Fizika fakulteti fizika kafedrasi

2 -rasm. Metall-yarimo‘tkazgich kontaktining potensial to‘sig‘idan tok o‘tishining asosiy mexanizmi

2-rasmda metall-yarimo‘tkazgich kontakti orqali zaryad tashib o‘tishning n-tur yarimo‘tkazgich asosida tayyorlangan kontaktning kambag‘allashishi holidagi asosiy mexanizmlari keltirilgan. Bular: to‘siq usti mexanizmi-1, to‘siq orqali tunnellanish mexanizmi-2, hajmiy zaryad sohasidagi rekombinatsiya-3, elektrneytral sohadagi rekombinatsiya-4. YArimo‘tkazgich asboblarda juda keng qo‘llaniladigani tok o‘tishining to‘siq usti mexanizmidir. SHuning uchun ushbu mexanizmni atroflicha ko‘rib chiqamiz. Erkin zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi va harakatchanligi yuqori bo‘lgan (kremniy va germaniy kabi) yarimo‘tkazgichlarda hajmiy zaryad sohasi yarimo‘tkazgichni metall bilan kontaktga keltirilganda, erkin yugurish yo‘lidan etarlicha kichik bo‘ladi. Bunda yarimo‘tkazgichlardagi zaryad tashuvchilar hajmiy zaryad sohasi qatlamini to‘qnashuvlarsiz, panjara bilan o‘zaro ta’sirlashmasdan egallay oladilar. Bu holatga asoslangan zaryad tashish nazariyasi–to‘g‘rilashning diod nazariyasi nomini olgan.

3-rasm. Metall-yarimo‘tkazgich kontaktining to‘g‘ri kuchlanish berilgan sohalari diagrammasi

Metall-yarimo‘tkazgich kontakti VAXini to‘g‘rilashning diod nazariyasiga ko‘ra hisoblaymiz. YUqorida ko‘rsatilganidek, balandlikka ega potensial to‘-siqni engib o‘tuvchi elektronlar oqimi (1) ifoda yordamida yoziladi. Metall-yarimo‘tkazgich kontaktiga to‘g‘ri kuchlanish berilganda to‘siq balandligi kamayadi va j=qU ga teng bo‘lib qoladi (3-rasm). To‘siq balandligining kamayishi yarimo‘tkazgichdan metallga o‘tuvchi elektronlar oqimining ortishiga olib keladi. (1) dagi ning o‘rniga j(₀)=j₀-qU kattalikni qo‘yib quyidagi tok oqimini topamiz:

(6)
ushbu tok oqimi faqatgina yarimo‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik sohasidagi elektronlarning sirtiy konsentratsiyasi bilan aniqlanadi:
(7)
bu erda, n₀-elektronlarning yarimo‘tkazgichdagi muvozanat konsentratsiyasi:
(8)
N_s-o‘tkazuvchanlik sohasining holatlar effektiv zichligi, m-elektron massasi.
Elektronlarning bizga yaxshi ma’lum bo‘lgan, o‘rtacha issiqlik harakati tezligi tushunchasi:
(9)
dan foydalanib, yarimo‘tkazgichdan metallga metall-yarimo‘tkazgich kontaktining kamaygan potensial to‘sig‘i orqali o‘tadigan elektronlar oqimini quyidagicha yozish mumkin:
(10)
metalldan yarimo‘tkazgichga o‘tuvchi elektronlar oqimi berilgan kuchlanish kattaligiga bog‘liq bo‘lmay u (2) ifoda yordamida aniqlanishi mumkin:
=
natijaviy I tok I1 va I2 oqimlar farqiga teng, ya’ni I=I₁-I₂ :
(11)
metall-yarimo‘tkazgich ajralish chegarasida yuzaga kelgan kontakt potensiallari farqini kontaktning volt-amper xarakteristikasi bo‘yicha aniqlash mumkin. Metall-yarimo‘tkazgich kontaktining VAXi uchun olingan ifodani ko‘rib chiqamiz:
(12)
bu erda: I-kontakt orqali o‘tuvchi tok, Is-to‘yinish toki Is=qnsv/4, U-kontaktga berilgan kuchlanish, q-elektron zaryadi, k-Bolsman doimiysi, T-temperatura. oladi: