Fizika” yo’nalishi 19. 11- guruh talabasi Abduqodirov Anvarjonning

Kurs ishining dolzarbligi: ХХI asrni zamonaviy texnikalarsiz his etish anchayin mushkil ishga aylangani sir emas albatta. Bizga malumki har bir elektron texnikaning asosiy qismlarini yarim o’tkazgichlar tashkil etadi. Shu sababli, ushbu kurs ishining dolzarbligi jumladan radio-elektronikani talabalarga tushuntirish va elektron jihozlar mukammal o’rganishga qaratilgan. Biz bu bilan talabalarni har qanday tehnik vaziyatdan chiqib ketishga o’rgatamiz.
Kurs ishining maqsadi: Yarim o’tkazgichlar inson hayotini yanada yaxshilashini tushintirish, ularni hayotga tadbiq etish va ulardan keng foydalanish.
Kurs ishi tarkibi: Kirish, birinchi va ikkinchi boblar, xulosa va foydalanilgan adabiyotlar.


I BOB. YARIM O’TKAZGICHLAR TO’G’RISIDA ASOSIY TUSHUNCHALAR
Radioelektronika barcha qayd qilish, avtomatik boshqarish, o‘lchash, hisoblash va boshqa elektron asbob va qurilmalar asosini tashkil qiluvchi fandir.
X
X asrning 90 yillaridan boshlab olimlar e’tiborini tortayotgan va XXI asr fani deb e’tirof etilayotgan nanofizikaga qisman to‘xtalsak. Jism o‘lchamiga ta’luqli bo‘lgan, ko‘p ishlatiladigan tushunchalardan biri mikrondir. Biz mikron, mikrojarrohlik, mikroolam, mikroiqtisod, mikroelektronika, mikrojarayon kabi iboralarni ko‘p qo‘llaymiz, lekin hamma vaqt ham bu o‘lchamni aniq mazmuniga e’tibor bermaymiz. 1 mikron yoki 1 mikrometr (qisqacha - 1 mkm) ta’rifi bo‘yicha metrning milliondan bir bo‘lagi bo‘lib, millimetrning mingdan bir qismiga to‘g‘ri keladi. Taqqoslash uchun, inson sochi tolasining o‘rtacha qalinligi 50-100 mikronga teng. Atom olami o‘lchamlari haqida gap ketganda esa mikronning mingdan bir bo‘lagiga teng nanometr (nm) va mikronning o‘n mingdan bir bo‘lagiga teng angstrem (а) bilan ish ko‘riladi. Bunday kichik o‘lchamdagi narsalarni faqat o‘ta kattalashtirish qobiliyatiga ega bo‘lgan elektron mikroskoplar yordamidagina ko‘rish mumkin.

1-rasm. Bakteriya 1-5 mkm. (Optik mikroskop – 0.3 mkm)

2
3-rasm, Alohida molekula o‘lchami 0,01-0,004 mkm
-rasm, Viruslar 0,03-0,005 mkm (Elektron mikroskop 0,005 mkm =5 nm)
4

-rasm Atom o’lcham 1nm (Zondli skanir)

XX asr fan va texnikasi taraqqiyotiga salmoqli ta’sir ko‘rsatgan tadqiqotlardan biri yarim o‘tkazgichlar fizikasi sohasiga tegishli bo‘lib, u avvaliga, yarim o‘tkazgichli diodlar va tranzistorlarning, keyinchalik esa mikrosxema, katta integral sxemalar va mikrochiplarning yaratilishiga, shuningdek mikroelektronika sanoatining paydo bo‘lishiga olib keldi. Hozirgi zamon kompyuterlari bir soniyada trillionlab amallarni bajara olishi bilan birga, nihoyatda kichik hajmda juda katta miqdordagi ma’lumotni saqlab tura oladi. Moddaning yarim o‘tkazgichlik xossasiga asoslangan elementlarda fizik jarayonlar mikronlar tartibidagi sohalarda yuz berib, zamonaviy mikrochiplarda kremniy kristalining kichik bo‘lagida bir-biriga ulangan millionlab diodlar, tranzistorlar, qarshiliklar, kondensatorlar joylashgan.

Nanotexnologiyani rivojlantirish haqida gap ketganda, asosan, quyidagi uch yo‘nalishni e’tirof etish mumkin.

• 
  molekula va atom o‘lchamidagi faol elementlardan elektron sxemalar tayyorlash;
  
• 
  molekula o‘lchamida mexanizm va robotlar, ya’ni nanomashinalar yaratish;
  
• 
  alohida atom yoki molekulalar bilan ish olib borish va ulardan barcha kerakli narsalarni yig‘ish ko‘zda tutiladi.
  
• 
  Nano texnikalarning asasiy qismini yarim o’tkazgishlarsiz tasavvur etish mumkin emas.
  

1.1 O‘tkazgichlar, dielektriklar va yarim o‘tkazgichlar
O‘zlarining elektr o‘tkazuvchanlik xossalariga qarab qattiq jismlar metallarga (o‘tkazgichlarga) yarim o‘tkazgichlarga va dielektriklar (izolyatorlar) ga bo‘linadi.
Metallar energetik zonalari elektron bilan to‘la band qilinmagan bo’ladi (6a- rasm) va ularga tashqaridan kuchsiz elektr maydon ta’sir etsa, elektronlar yuqorida joylashgan uzluksiz bo‘sh o‘tkazuvchanlik zonalariga o‘tib olib, ma’lum yo‘nalishda harakat qiladi va elektr toki hosil bo‘ladi. Sababi metallarda valent va o‘tkazuvchanlik energetik zonalar bir-birlari bilan chaplashib uzluksiz zona hosil qilindi.
6-rasm. Modda energetik zo’nalari

Yarim o‘tkazgichlarda esa valent zona elektronlar bilan to‘lgan bo’lib, agar elektronlar o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tmasa, ular erkin bo’lmaydi (6.b-rasm). Bu zona valent zonadan ∆E~0.1÷2eV energetik masofada joylashgan bo‘ladi, unda ∆E - taqiqlangan zonaning eni. Agar elektronlar valent zonadan o’tkazuvchanlik zonaga o’tmasa, tashqi elektr maydon ta’siri bilan tok hosil bo’lmaydi. Yarim o‘tkazgichda elektr toki hosil bo’lishi uchun, ma’lum tashqi faktor (temperatura, yorug‘lik va h.k.) yordamida elektronlar valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonaga o‘tgan bo‘lishi kerak.

Dielektriklarda esa o‘tkazuvchanlik zonasi bilan valent zonasi orasidagi energetik masofa eng kamida ∆E=2eB va undan ko‘proq bo‘lib, umuman erkin elektronlar bo‘lmayd (6.v-rasm).
Yarim o‘tkazgichlarga asosan kristall strukturaga ega bo‘lgan juda ko‘p qattiq jismlar kiradi. Yarim o‘tkazgichlar atomlar (germaniy, kremniy, tellur, selen va h.k.) shaklida va kimyoviy birlashmalar shaklida (sulfidlar, selenidlar va h.k.) uchraydi.
Elektr tokini yaxshi o‘tkazadigan, ya’ni yuqori elektr o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo‘lgan moddalar o‘tkazgichlar deyiladi. Elektr o‘tkazuvchi moddalar solishtirma qarshiligining katta kichikligiga qarab elektr tokini yaxshi o‘tkazadigan elektr o‘tkazgichlar (ρ =10^-6÷10^-4 Om-sm), izolyatorlar (ρ=10⁵÷10¹⁸ Om-sm) va yarim o‘tkazgichlar (ρ=10^-4÷10⁵ Om-sm)ga bo‘linadi. Metallar, elektrolitlar va plazmalar elektr o‘tkazuvchidir.
Elektr o‘tkazuvchanligi yuqori bo‘lgan modda yoki jism o‘tkazgich deb ataladi. O‘tkazgichlar ikki xil bo‘ladi birinchi tur o‘tkazgichlari va ikkinchi tur o‘tkazgichlari.
Erkin eletronlarni soni nihoyatda ko‘p bo‘lgan mis, alyuminiy kabi materiallar birinchi tur o‘tkagichlar deb aytiladi.
Amaliyotda keng qo‘llaniladigan o‘tkazgich elektr simi-bitta yoki bir necha tomirli simlardan iborat bo‘lgan metall o‘tkazgich elektr simi deyiladi. Tovar sifatida ishlab chiqarilgan va servis sohasida keng foydalanadigan elektr simlar quyidagi turlarga bo‘linadi: izolyatsiyalangan, izolyatsiyalanmagan elektr simi; cho‘lg‘ambop elektr simi; montaj simlari, elektr shnurlari, uzaytirgich (udlinitel) va boshqa turlarga bo‘linadi.
Elektr simi elektr energiyasini uzatish va taqsimlash, elektr va radio signallarini uzatish hamda elektr mashinalar, transformatorlar, o‘lchash asboblari va boshqa asbob-uskunalar cho‘lg‘amlarini tayyorlashda qo‘llaniladi.
Hozirgi zamonda simli aloqa katta ahamiyatga ega. Axborotni sim orqali elektr signallar vositasida uzatish va qabul qilish simli aloqa deb aytiladi. Simli aloqa elektr aloqaning bir turi bo‘lib, undan ko‘pincha radioaloqa bilan birga foydalaniladi.
Qattiq jismlar kabi, suyuqliklarning ham dielektrigi, o‘tkazgichi va yarim o‘tkazgichi bo‘ladi. Dielektriklar jumlasiga distillangan suv, o‘tkazgichlar jumlasiga elektrolitlaming, ya’ni kislota, ishqor va tuzlaming eritmalari kiradi. Suyuq yarim o‘tkazgichlar jumlasiga, eritilgan selen, eritilgan sulfidlar kiradi.
Moddalaming qisman yoki to‘liq ionlardan tashkil topgan eritmalari yoki suyultirilgan holatdagi moddalar elektrolitlar yoki ikkinchi tur o‘tkazgichlari deyiladi. Elektrolit eritmalarining xossalarini o‘rganish bilan tokning yangi kimyoviy manbalari yaratiladi.
Elektrolitlaming suvdagi eritmalarida yoki aralashmalarida zaryad tashuvchilar musbat va manfiy zaryadlangan ionlar bo‘lgani uchun elektrolitlar ionli o‘tkazuvchanlikka ega.
Suyuqliklar elektronli o‘tkazuvchanlikka ham ega bo‘lishi mumkin. Masalan, suyuq metallar ana shunday o‘tkazuvchanlikka ega.
Elektrolit orqali elektr toki o‘tganda elektrodlarda elektrolit tarkibiy qismlarining ajralib chiqish jarayoni elektroliz deyiladi.
Texnikada elektroliz turli maqsadlarda keng qo‘llaniladi. Bir metallning sirti boshqa metallning yupqa qatlami bilan elektrolitik usulda qoplanadi (nikellash, xromlash, emallash, mis yalatish va h.k.). Bu mustahkam qoplama sirtni zanglashdan asraydi. Elektroliz yordamida turli buyumlar metall qatlami bilan qoplanadi (galvanostegiya), shuningdek, kerakli buyumlarning relefi metall nusxalari, masalan tipografiya klishelari tayyorlanadi (galvanoplastika).
Elektroliz sof metallar, xususan mis olishda keng qo‘llaniladi. Boksitlar aralashmasidan alyuminiy elektroliz yo‘li bilan olinadi. Xuddi shu usul tufayli alyuminiy arzon, texnika va turmushda temir bilan bir qatorda eng ko‘p tarqalgan metall bo‘lib qoldi.
Amaliyotda kimyoviy tok manbai, ya’ni galvanik elementlar, batareyalar va akkumulyatorlar katta ahamiyatga ega. Ular kimyoviy energiyani o‘zgarmas tok elektr energiyasiga aylantirib beradilar. Kimyoviy tok manbalari transportda, radiotexnikada, avtomatik boshqarish sistemalarida keng ko‘lamda qo‘llaniladi.
Texnikada va amaliyotda eng ahamiyatli materiallardan biri ham elektr o‘tkazmaydigan moddalar, dielektriklardir.
Texnikada ishlatiladigan dielektriklar har xil. Ular tabiiy va sun’iy bo‘lishi mumkin. Ammo ular fizik tuzilishlari jihatidan uch turga ajratiladi: 1) gaz; 2) suyuq; 3) qattiq.
Texnikada ishlatiladigan barcha izolyatsiya materiallari elektr maydoni ta’sirida ma’lum energiya nobudligiga sabab bo‘ladi. Tabiatda absolyut dielektrik yo‘q. Dielektrikdan oz bo‘lsa-da, tok o‘tadi, natijada ma’lum energiya issiqlik energiyasiga aylanadi. Agar dielektriklar o‘zgarmas kuchlanish ta’siri ostida bo‘lsa, unda hosil bo‘luvchi nobudliklar faqat Lens-Joul qonuniga bog‘liq bo‘ladi.
Dielektrikka o‘zgaruvchan kuchlanish ta’sir etsa, unda qo‘shimcha nobudliklar ham bo‘ladi. Bunday energiya nobudligi dielektrik gisterezisidir. Bu nobudlik quyidagi formula bilan aniqlanadi: