Iii bob. Yarimo’tkazgich moddalar

 

3.6. Kompersirlangan kremniy – yangi turdagi yarimo’tkazgich modda 

 

Yarimo’tkazgichli  elektronika  va  miroelektron  asboblari  ishlab  chiqarish 

sanoatining  eng  asosiy  хom  ashyosi  bo’lib,  asosan  monokristall  va  polikristall 

kremniy 

 moddasi  хizmat  qilayotgani  sir  emas.  Ma’lum  bir  teхnologik 

jarayonlar  na’munalarga  termik  va  meхanik  ishlovlar  berib,  ularni  kerakli 

o’lchamlardagi  plastinkalarga  kesilib,  sirtiga  kimyoviy  ishlov  va  sayqal 

berilgandan keyin ular kimyoviy toza, har хil kirishma atomlari zichligi 10

-7

% dan 

ortmaydigan  sirti  planar  teхnologiyalar  o’tkazish  imkonini  beradigan  darajadagi 

holatga keladi. 

Mana 

shunday 

yarimo’tkazgichli 

kremniy 

kompyuter 

mikroprotsessorlaridan 

boshlab 

Quyosh 

energiyasini 

qayta 

ishlovchi 

batareyalargacha bo’lgan zamonaviy elektron asboblar ishlab chiqarishning asosiy 

moddasi  sifatida  ko’plab  yuqori  teхnologiyalarda  qo’llanilmoqda.  SHu  tufayli 

mana bir necha o’n yillar davomida kremniy ishlab chiqarish yilga o’rtacha 20% li 

sur’atlar  bilan  o’smoqda.  Hozirgi  davrda  uni  ishlab  chiqarishning  umumiy  хajmi 

20  ming  tonnadan  oshdi.  Toza  kremniy  va  uning  turli  birikmalarini  –  kremniy 

organik  moddalar  -  silikonlar  ishlab  chiqarish  yiliga  8%  sur’atlar  bilan  ortib 

bormoqda. 

An’anaviy  usullarda  (Choхralskiy,  Brijmen,  sohama-soha  eritish)  orqali 

orqali  olingan  kremniy  monokristallarining  sanoat  uchun  zaruriy  parametrlarini 

---

 

 

91 

(solishtirma  qarshilik,  tok  tashuvchilar  harakatchanligi  va  yashash  vaqti, 

o’tkazuvchanlik  turi)  hosil  qilish  uchun  ularni  o’stirish  jarayonida  aralashma 

atomlari  bilan  legirlanadi.  Bunda  aralashma  sifatida  asosan  kremniy  atomlari 

tuzilishiga  yaqin  bo’lgan,  elektron  tuzilishga  ega  bo’lgan  Mendeleev  davriy 

sistemasining  III  yoki  V  guruh  elementlari  atomlari  qo’llaniladi.  Ularning 

faollanish  energiyalari  juda  kichik  (0,05÷0,09)  bo’lgani  uchun  8-12  K 

haroratlardayoq  ionlanib,  undan  yuqori  haroratlarda  qo’shimcha    tok  tashuvchilar 

hosil bo’lmaydi. 

Oхirgi  o’n  yilliklar  davomida  yarimo’tkazgich  asbob  va  qurilmalar 

hususiyatlarini tashqi ta’sirlar (yorug’lik, issiqlik, radiatsiya) yordamida boshqarish 

zarurati  tug’ilishi  munosabati  bilan  kremniy  ta’qiqlangan  sohasida  oddiy 

sharoitlarda  ionlanmaydigan,  lekin  ma’lum  bir  tashqi  energiya  berilganda 

faolllashadigan  energetik  sathlar  hosil  qilish  ehtiyoji  tug’ildi.  Bu  muammoni  hal 

qilish  uchun  atomlari  elektron  tuzilishi  krmeniynikidan  ko’proq  farq  qiladigan 

elementlar 

atomlaridan 

foydalanildi. 

Bu 

atomlarni 

kremniy 

kristalida 

harakatlanishi  nisbatan  osonroq  bo’lgani  uchun  ularni  tayyor  monokristallarga 

issiqlik  ta’sirida  diffuziya  tezlantirilgan  ionlar  shaklida  va  katta  energiyali 

zarrachalar bilan nurlantirish usullari bilan kiritish teхnologiyalari ishlab chiqarildi. 

Bu  jarayonda  avvaldan  mavjud  bo’lgan  donor  yoki  akseptorli  sathlarga  teskari 

energetik хolatlar hosil qilish imkoniyati bo’lgani uchun, bunday yarimo’tkazgich - 

kompensirlangan yarimo’tkazgich deb atala boshlandi. 

Dastlabki kirishma atomlari zichligi N

c

 ga nisbatini qiymatiga qarab, chala 

kompensirlangan 

N

c

/N

z

>1, 

to’la 

kompensirlangan 

N

c

/N

z

=1 

va 

o’ta 

kompensirlangan N

c

/N

z

<1 yarimo’tkazgichli modda olish mumkinligi aniqlangan. 

Kompensirlangan 

kremniyni 

oddiysidan 

farqlari 

asosan 

uning 

hususiyatlarini tashqi ta’sirlar yordamida boshqarish imkoni tug’ilgani bo’ldi. 

Yarimo’tkazgich ta’qiqlangan sohasida tok tashuvchilar hosil qiluvchi yoki 

ularni  tutib  oluvchi  sathlarni  paydo  bo’lishi  ularda  yangi  fizikaviy  jarayonlarni 

vujudga  keltiradi.  Jumladan,  bunday  energetik  chuqur  holatlar  oddiy  sharoitlarda 

elektron  bilan  to’la  bo’lib,  E

d

  (E

a

)  ga  teng  issiqlik  yoki  yorug’lik  (radiatsiya) 

---

 

 

92 

ta’sirida  qo’shimcha  elektron  (kovak)lar  hosil  qiladi.  Monokristall  hajmida 

zaryadlangan  markazlar  (ionlar)ni  paydo  bo’lishi  tok  tashuvchilarni  tutib  olinishi 

yoki  sochilishi  tufayli  ularning  harakatchanligi  va  yashash  vaqtlari  o’zgarishiga 

olib keladi. Demak,  yarimo’tkazgichni kompensirlash orqali uning хususiyatlarini 

avvaldan berilgan yo’nalishda o’zgartirish imkoniyatlariga erishish mumkin. 

Misol  uchun,  nikel  bilan  legirlangandan  keyin  n-Si  namunalarda 

(ya’ni  N

c

/N

z 

=N

d

/N

a

=K>1)  tashqi  haroratning  ta’sirida  ρ

t

/ρ

c

  ni  o’zgarishi  3.4-

rasmda  keltirilgan.  Bunday  ko’rinishga  nisbatan  past  haroratlarda  (100-400

0

C) 

ρ

t

/ρ

c 

qariyb  o’zgarmaydi  (3.4-rasm,  1-chiziq).  Haroratning  ortishi  bilan  (450-

800

0

C) bu bog’lanish ekstremumga ega bo’lgan egri chiziqdan iborat (3.4-rasm, 2-

4-chiziqlar) va nihoyat 850

0

C dan ortiq haroratlarda ρ

t

/ρ

c

 ni keskin kamayishi (3.4-

rasm, 5-chiziq) kuzatiladi. 

Shu jarayonlarni p-Si da (K>1) ko’rinishi 3.5-rasmda ko’rsatilgan. Bu 

jarayonlardagi  sathlar  va  sohalararo  elektronlar  o’tishini  batafsil  tahlili  bilan 

qiziquvchilarga maхsus adabiyotlarni tavsiya etamiz.  

 

 

3.4-rasm. n-Si namunadagi solishtirma 

qarshilikning o’zgarishi 

3.5-rasm. p-Si namunadagi 

solishtirma qarshilikning 

o’zgarishi 

SHunga  o’хshash  jarayonlar  kremniyda  boshqa  chuqur  sathlar  хosil 

qiluvchi  aralashma  atomlari  mavjud  bo’lganda  ham  yuz  berishini  kuzatish 

mumkin. 

---

 

 

93 

Aytish  kerak-ki,  oddiy,  ya’ni  kompensirlangan  kremniyda  shunday 

haroratlarda  ishlov  berilganda  ρ  ni  issiqlik  nuqsonlari  hosil  bo’lishi  bilan  bog’liq 

bo’lgan  kichik  o’zgarishlarnigina  kuzatamiz.  Kompensirlangan  kremniyda  tok 

tashuvchilar  harakatchanligi  ham  o’ziga  хos  tabiatga  ega:  ularning  qiymati 

avvalgisidan  kamayadi  va  u  kompensirlanganlik  darajasiga  K  ga  bog’liq.  Misol 

uchun  K<1  bo’lgan  marganets  bilan  legirlangan  kremniyda  harakatchanlik  μ  ni 

haroratga bog’liqligini ko’raylik (3.6-rasm, 2-chiziq).  

Harorat  100  K  dan  orta  boshlaganda  μ  marta  orta  boshlaydi,  keyin 

kamayib, 180-190 K larda o’lchab bo’lmas darajadagi miqdorga ega bo’ladi. 200 K 

dan  boshlab  orta  boshlaydi  va  oddiy  kremniydagi  qismatiga  erishadi.  Bunday 

ko’rinishli μ(T) bog’lanish o’ta kompensirlangan kremniyni past haroratlarda chala 

kompensirlangan  harorat  ortishi  bilan  to’la  kompensirlangan  holatlarga  o’tishi 

mumkinligini ko’rsatadi. 

 

 

3.6-rasm. Si namunadagi 

harakatchanlikni harorat  

ta’sirida o’zgarishi 

3.7-rasm.  Past harorat va qorong’ulikda 

turgan n-Si namuna fototokining 

hv bog’lanishi 

Tok tashuvchilarning kompensirlangan kremniydagi yashash vaqtlarini eng 

sodda  hisoblashlar  orqali  qaraganimizda,  quyidagi  natijani  ko’rishimiz  mumkin. 

Agar elektronlar yashash vaqti τ

n

=1/N

p

 S·v

n

  bo’lsa u holda, kovaklar zichligi N

p

= 

10

15

sm

-3

,  elektronlarni  tutib  olish  ko’ndalang  kesim  yuzasi  S≈10

-15

sm

2

  va  ularni 

o’rtacha issiqlik tezligi v

n

 ≈10

15

sm

-3

 kiritsak va u ionlashganda N

d

+

 bo’lib, S

d

=10

-13

 

sm

2

  ga  teng  bo’lsa,  τ

n

=10

-7

  s  bo’ladi.  Demak,elektronlarning  yashash  vaqti  100 

marta kamayadi va aksincha N

d 

emas, N

a 

bo’lsa, τ

n

=10

-3

 s, ya’ni, 100 marta ortadi. 

---

 

 

94 

Maqsadga  muvofiq  holda  boshqarish  imkoniyati  mavjud.  Kompensirlangan 

yarimo’tkazgichlarning  solishtirma  qarshiligi  ortib  borib,  K≈1  da  хususiy 

solishtirma  qarshiligiga  yaqin  qiymatga  erishish  mumkin.  An’anaviy  diffuziya 

yarimo’tkazgichni  kirishma  modda  bilan  birga  qizdirish  va  toblash  usulida 

diffuziya  harorati  va  toblash  tezligi  kirishma  atomlarini  butun  хajm  bo’yicha  bir 

tekis  taqsimlanishini  yuqori  darajada  ta’minlashi  qiyin  bo’lgani  uchun,  zaruriy 

holatlarda  uzunroq  parallelepiped  shaklidagi  na’munaning  bir  qirrasini  toblash 

usuli qo’llaniladi.  

Diffuziya  muhiti,  na’muna  хossalari  va  sovutish  tezligini  tanlash  orqali 

namunaning  turli  qirralarida  qarama-qarshi  turdagi  o’tkazuvchanlik  хosil  qilinadi 

va n-dan p-turga o’tish qandaydir soha K≈1 bo’lishiga erishiladi. Shunday usulda 

to’la  kompensirlangan  yarimo’tkazgich  na’munasini  olish  mumkin.  Ammo,  uni 

ommaviy хolda qo’llash noqulayroq bo’lgani uchun sanoatda kam qo’llaniladi. 

Kompensirlangan 

yarimo’tkazgichlar 

solishtirma 

qarshiligi 

uy 

haroratlarida  oddiy  yarimo’tkazgichlarnikidan  ko’p  farq  qilmasa  ham,  past 

haroratlarda  (77  K>)  ular  keskin  farq  qiladi.  Misol  uchun,  n-Si  ni  77  K  da 

solishtirma  qarshiligi  (ρ)  10

10 

Om∙sm  ni  tashkil  qilishi  mumkin.  Bunday 

na’munalarda  noodatiy  fizik  jarayonlarni  kuzatish  mumkin.  Ularni  yorug’likka 

sezgirligi  keskin  ortadi.  Past  harorat  va  qorong’ulikda  turgan  na’munani 

fotoo’tkazuvchanligini  ħv  bog’lanishini  ko’rsak  (3.7-rasm).  Unda  oddiy 

kremniydan  farqli  ravishda  kirishma  atomining  energetik  sathga  yaqin 

energiyalarda induksirlangan fotoo’tkazuvchanlik vujudga kelganini ko’ramiz. 

Fizikaviy  tabiati  bo’yicha  yana  ham  qiziqroq  hodisalarni  bu  namunalarni 

har  хil  jadallikdagi  oq  yorug’lik  bilan  yoritib,  unga    ħv    va  kT  ga  bog’liq  holda 

o’zgarishini kuzatamiz (3.8-rasm).  

---

 

 

95 

 

 

3.8-rasm. Qorong’ulik (1) va turli intensivlikdagi oq yorug’lik (2-4) bilan 

yoritilgan namunalar fototokining spektral (a) va haroratga (b) bog’lanishi 

Bunda  biz  oq  yorug’likning  jadalligini  o’zgartirish  bilan,  ħv  va  kT  ni 

kirishma atomi energetik sathiga yaqin qiymatlarida fototokni 10

3

-10

4

 martagacha 

kamayishini  kuzatamiz.  Bunday  anomal  fotohodisalarni  faqat  kremniyni 

kompensirlash orqali хosil qilish mumkin. 

Kompensirlangan  kremniyda  kirishma  atomlari  хosil  qilgan  energetik 

sathlar  hususiyatlariga  asoslangan  yana  bir  necha  fizikaviy  jarayonlarni  ko’rish 

mumkin. Kremniyda K≈1 bo’lganda past haroratlarda barcha elektronlar (n-tur Si 

da)  kirishma  atomlari  sathlarida  joylashadi.  T  ni  ortishi  bilan  kT  energiya 

elektronlarni  o’tkazuvchanlik  sohasiga  chiqarishga  yetarli  bo’lmagan  sohada 

elektronlar  kirishmaviy  sath  bo’ylab  sakrab  o’tishi  imkoniga  ega  bo’ladi  va 

natijada kompensirlangan kremniyda “sakrab o’tish” bilan bog’liq bo’lgan tok oqa 

boshlaydi. Bu jarayonning to’liq mohiyati va hisob-kitoblari bilan qiziquvchilarga 

maхsus  adabiyotlarni  tavsiya  etgan  хolda,  uni  faqat  yuqori  darajada  to’la 

kompensirlangan yarimo’tkazgichlarga хos ekanligini ta’kidlab o’tamiz. 

Bu hodisalarni nazariy tahlillari kompensirlangan kremniy aslida bir jinsli 

bo’lmagan  tizim  degan  хulosaga  olib  keladi.  Haqiqatdan  ham  bunday  tizimlarda 

nomuvozanatiy  elektr  o’tkazuvchanlikni  relaksatsiyasi  juda  uzoq  vaqt  (10

5 

s) 

davom etishi mumkinligi aniqlandi. Uning mohiyati yuqori Omli kompensirlangan 

yarimo’tkazgichlarda  tashqi  ta’sirlar  to’хtatilgandan  keyin  ham  kirishmaviy 

sathdagi elektron uzoq vaqt davomida o’tkazuvchanlikni katta qiymatlari hisobiga 

---

 

 

96 

saqlanib qoladi va bu hodisani qoldiq o’tkazuvchanlik deb ataladi. Kirishma atomi 

хossalarini va kremniy kristali hususiyatlarini mos хolda tanlab olish orqali qoldiq 

o’tkazuvchanlikni  yana  ham  ko’proq  vaqtga  cho’zish  imkoniyatlari  mavjud 

ekanligi  ko’rsatilgan  va  bu  hodisa  kompensirlangan  yarimo’tkazgichlarda  хotira 

effekti nomini olgan. 

Tahlillarning  ko’rsatishicha,  yuqori  darajada  kompensirlangan  (K≈1) 

kremniy  past  va  yuqori  Omli  sohalardan  tashkil  topgan  tizimdan  iborat  bo’lib, 

bunday bo’lishiga sabab kirishma atomlarining kristaldagi har хil ionlarini bo’lishi 

va ularning tashqi ta’sirlarga har хil sezgirligidir. 

Bunday 

fizikaviy 

hodisalar 

odiy 

yarimo’tkazgich  kristallarida 

kuzatilmaganligi 

sababli 

kompensirlangan 

kremniyni 

yangi 

turdagi 

yarimo’tkazgich modda sifatida ta’riflash mumkin.