Fizika fakulteti fizika kafedrasi

Yarimo’tkazgichli diodlarning volt-amper xarakteristikasini o’rganish. Dielektrikning nisbiy hajmining qarshiligini aniqlash
Ishning maqsadi: Metall-yarimo‘tkazgich kontaktini o‘rganish, metall-yarim o‘tkazgich kontakning volt-amper xarakteristikasi aniqlash.

YArimo‘tkazgich va metallni o‘zaro kontaktga keltirilsa qanday hodisalar yuz berishini ko‘rib chiqaylik (1-rasm). Avvaliga ular orasida elektr maydon yo‘q, ya’ni yarimo‘tkazgich va metall chegarasi sohalaridagi elektronlarning potensial energiyalari bir xil. Bu shuni anglatadiki, yarimo‘tkazgichni tark etayotgan barcha elektronlar metallga va metallni tark etayotgan elektronlar esa yarimo‘tkazgichga o‘tadi.

1-rasm. YArimo‘tkazgich va metall orasida potensial to‘siqning vujudga kelishi.

Termoelektron emissiya nazariyasiga muvofiq yarim-o‘tkazgichni tark etuvchi elektronlar oqimi yarimo‘tkazgich temperaturasiga va materialning parametri hisoblangan chiqish ishi kattaligiga bog‘liqdir. Bu oqimni quyidagicha yozish mumkin:

(1)
bu erda, -yarimo‘tkazgichning chiqish ishi, m-elektron massasi, k-Bolsman doimiysi, T-temperatura, -Plank doimiysi. Metallda erkin elektronlar soni yarimo‘tkazgichga nisbatan ko‘proq bo‘ladi. Ushbu elektronlar o‘tkazuvchanlik sohasida uning tubidan Fermi sathigacha bo‘lgan barcha quyi energetik sathlarni to‘ldiradi. Biroq, Fermi sathidan yuqori energiyaga ega elektronlar soni ham etarlicha kattadir. Bunday tez elektronlar ham yarimo‘tkazgich elektronlari kabi Maksvell statistikasiga bo‘ysunadi. Termoelektron emissiya hodisasini ko‘rib chiqishda faqat tez elektronlar hisobga olinadi. CHunki, faqatgina energiyasi Fermi sathidan etarlicha yuqori bo‘lgan elektronlargina metallni tark eta oladilar. Bundan kelib chiqqan holda, metalldan chiqayotgan elektronlar oqimini (1) ga o‘xshash holda, quyidagicha ifodalash mumkin:
(2)
bu erda -metallning chiqish ishi. CHiqish ishining son qiymatlari turli metall va yarimo‘tkazgichlarda 1,2 dan 6 eV gacha bo‘ladi. Metallning chiqish ishi yarimo‘tkazgichning chiqish ishi dan katta, ya’ni metallni tark etib chiqish uchun elektronlar etarlicha katta potensial to‘siqni engib o‘tishi zarur bo‘ladigan holni ko‘rib chiqamiz. (1) va (2) ifodalardan ko‘rinib turibdiki, bunday holatda yarimo‘tkazgichdan chiqayotgan elektronlar oqimi metalldan chiqayotganlarga nisbatan katta. Bundan kelib chiqadiki, bir qism elektronlarning ketishi natijasida yarimo‘tkazgichning sirtiy sohasi musbat zaryadlanib qoladi. Metallning bunday sohasi esa yarimo‘tkazgichdan o‘tgan qo‘shimcha elektronlar hisobiga manfiy zaryadlanadi. Natijada, yarimo‘tkazgich-metall kontakti orasida potensiallar farqi vujudga keladi.
Endi yarimo‘tkazgichdan uchib chiquvchi elektronlar metallga etib borishi uchun j = qU qo‘shimcha potensial to‘siqni engib o‘tishi kerak. Potensial to‘siq balandligidan kam energiyaga ega elektronlar yana yarimo‘tkazgichga qaytib tushadi. Bu shuni anglatadiki, yarimo‘tkazgich bilan metall orasidagi potensial to‘siq ortib, ga teng bo‘lib qoladi. Demak, yarimo‘tkazgichdan metallga o‘tuvchi elektronlar oqimi quyidagi kattalikka teng bo‘ladi:
(3)
metalldan yarimo‘tkazgichga o‘tuvchi elektronlar oqimi esa (2) ifoda yordamida aniqlanadi, chunki metallni tark etib yarimo‘tkazgichga o‘tuvchi elektronlar uchun potensial to‘siq balandligi (1-rasm) o‘zgarmaydi va u ga tengligicha qoladi. YUzaga kelgan potensiallar farqi U yarimo‘tkazgich va metalldan chiquvchi elektronlar oqimi o‘zaro teng bo‘lmaguncha ortaveradi. Ushbu oqimlar I₁ = I₂ muvozanat holatda teng bo‘ladi, ya’ni
(4)
olingan ifodadan ko‘rinib turibdiki, muvozanat holatida metall-yarimo‘tkazgich ajralish chegarasida hosil bo‘lgan j₀ potensiallar farqi ushbu materiallarning chiqish ishlari farqiga teng:
(5)
bundan kelib chiqadiki, kontaktni hosil qiluvchi metall va yarimo‘tkaz-gichning chiqish ishlari farqi qancha katta bo‘lsa, metall-yarimo‘tkazgich ajralish chegarasida hosil bo‘lgan potensial to‘siq balandligi shuncha katta bo‘ladi. Kontaktga to‘g‘ri kuchlanish ber-ilganda potensial to‘siq balandligi berilgan kuchlanish qiymatiga kamayadi. Potensial to‘siq balandligining bu kamayishi shunga olib keladiki, asosiy zaryad tashuvchilar kontakt orqali to‘siqni osongina engib o‘tadi va tok hosil qiladi. Zaryad tashib o‘tishning bir necha mexanizmlari mavjud.