Kurs ishi Ilmiy rahbar : A. Qo’chqorov Imzo: Topshirdi: M. Minavvarova Imzo: mundarija

2-rasm. Donor aralashmali kremniy yoki germaniyning krpistall panjarasi.

3-rasm. Aksteptor aralashmali germaniy yoki kremniyning kristall panjarasi.

p-n o’tish hodisasi asosida ishlaydigan eng sodda yarimo’tkazgichli asbob yarimo’tkazgichli diod deb ataladi. Shunga ko’ra 4-rasmda tasvirlangan p-n o’tishning volt-amper xarakteristikasi yarim o’tkazgichli diodning volt- amper xarakteristikasidir.

4 – rasm.

Masalan ular tashqi temperaturaga, kontakt soxasining geometrik o’lchamlariga, tok tashuvchilar miqdoriga , teskari kuchlanish kattaligiga va hokazolarga bog’liq. Amaliy jihatdan bu faktorlarining teskari bo’lgan ta’siri katta ahamiyatga ega. Masalan, muhit haroratining ko’tarilishi yoki teskari kuchlanishning biror qiymatgacha oshirilishi teskari tokning birdan buzilishiga sabab bo’ladi. Umuman olganda p-n o’tishning buzilish turlari xilma-xil bo’ladi: issiqlik buzilish , elektr buzilish va hokazo.

Agar p-n- o’tishga tashqi kuchlanish ulansa, tashqi maydon kuchlanganligi p-n- o’tish maydoni kuchlanganligini zaiflashtiradi va p-n- o’tishda avval o’rnatilgan dinamik muvozonat buziladi. Shunday qilib, tashqi maydon ta’sirida teshiklar p-sohadan n- sohaga, elektronlar esa n- sohadan p- sohaga o’ta boshlaydi. Bu holda teshiklar p- tip yarim o’tkazgichdan n- tip yarim o’tkazgichga, elektronlar esa n- tip yarim o’tkazgichdan p- tip yarim o’tkazgichga injeksiyalanadi deb ataladi. Tashqi maydonning bu yo’nalishi «to’g’ri» yo’nalish deb ataladi. Demak, «to’g’ri» yo’nalishda kuchlanishning maolum qiymatidan boshlab diodtok o’tkaza boshlaydi (5-b rasm). Bu kuchlanishning kattaligi yarim o’tkazgich materialining turiga, aniqrog’i undagi taqiqlangan zonaning kengligiga bog’liq.

Agar kuchlanishning qutblari almashtirilsa, tashqi maydon kuchlanganligi yo’nalishi p-n- o’tish maydon kuchlanganligi yo’nalishi bilan mos tushib qoladi. Demak, «teskari» yo’nalishda elektron va teshielar uchun potenstial to’siq yanada ortib ketadi. Tok tashuvchilarning injekstiyasi to’xtaydi va p-n- o’tishdan tok deyarli o’tmaydi. «Teskari» yo’nalishda ozgina teskari tokning bo’lishi (5-v rasm) p-n- o’tishdan asosiy bo’lmagan tok tashuvchilarning o’tishi tufayli vujudga keladi. Ya’ni n- soha uchun asosiy bo’lmagan teshiklar va p- soha uchun asosiy bo’lmagan elektronlar p-n- o’tish maydonidan bemalol o’ta oladi.

Shunday qilib, p-n- o’tish asosida tayyorlangan yarim o’tkazgichli diod «to’g’ri» yo’nalishda tokni yaxshi o’tkazadi, «teskari» yo’nalishda esa deyarli o’tkazmaydi.

Yarim o’tkazgichli diodning asosiy xarakteristikalaridan biri uning VAX dir (5-b rasm). Yarim o’tkazgichli diodning «to’g’ri» yo’nalishdagi to’la va differenstial qarshiligi uning asosiy parametrlaridan hisoblanadi. To’la (o’zgarmas tok bo’yicha) qarshilik VAX ning biror nuqtasi uchun kuchlanishning tokka nisbatan sifatida aniqlanadi ( 5-b rasm):

.

Ditfferenstial (o’zgaruvchan tok bo’yicha) qarshilikni VAXning biror nuqtasida hisoblash uchun esa kuchlanish va tokning o’zgarish qiymatlari olinadi

.

5 – rasm.

I_tes I_tes

Germaniy uchun Kremniy uchun

Yarim o’tkazgichli asboblarning ishlash prinstipi p-n o’tish hodisasiga asoslangandir. O’tkazuvchanliklari turlicha bo’lgan yarimo’tkazgichlarni kontaktga keltirish natijasida hosil bo’ladi. Lekin yarim o’tkazgichlarning mexanik kontakti p-n hosil qilb olmaydi, chunki ular orasida ideal kontakt hosil qilish mumkin emas. Shuning uchun yagona yarim o’tkazgich kristall olinib, shartli ravishda ikki bo’lak deb qaraladi va ularda turli ishorali o’tkazuvchanlik hosil qilinadi. Ular orasidagi yupqa qatlam kontakt sohasi deyiladi.

Kremniy va germaniy kristalida turli o’tkazuvchanlik hosil qilingan bo’lsin. Unda donor va aksteptorlar moddalar miqdori konstentrastiyasi bir xil bo’lsin. Tok tashuvchilar ham bir xil bo’lsin.

Kontaktga keltirishning boshlang’ich vaqtida p-sohadagi kovaklar miqdori n- sohadagidan, n -sohadagi elektronlar miqdori p- sohadagidan katta bo’ladi. Shundan so’ng kontakt sohada tok tashuvchilar diffuziyasi vujudga keladi. Bunda n -sohadagi elektronlar p- soha tomon , p -sohadagi kovaklar n - soha tomon ko’chadi va bunga sabab bir xil zaryadlarning itarishishi va hamda har xil zaryadlarning tortishishidir. Diffuziya hosil bo’lishining asosiy sababi kontakt sohasida tok tashuvchilar konstentrastiyasining turlicha bo’lishidir. n -sohadan p- sohaga elektronlarning siljishi natijasida kontakt chegarasida musbat atomlar – ionlar qoladi. Ular qo’zg’almas musbat zaryadli atomlarning konstentrastiyasi ortiqcha bo’lishiga olib keladi. Natijada bu soha elektronlarga muhtoj bo’lib qoladi.

Xuddi shunday jarayon natijasida r-sohada manfiy zardlar konstentrastiyasi ortib, soha kovaklarga muhtoj bo’ladi. Natijada kondensatorga o’xshash turlicha zaryadga ega bo’lgan ikki qatlamni hosil qiladi. Shu sababli potensiallar ayirmasi va maydon kuchlanganligi vujudga keladi . Uning yo’nalishi shundayki, asosiy tok tashuvchilarning diffuziyasiga to’sqinlik qilib, asosiy bo’lmagan tok tashuvchilarning ko’chishiga imkon beradi. Zaryadlarning ko’chishi elektr maydon kuch chiziqlari bo’yicha bo’lgani uchun uni dreyf toki deyiladi.

Yarim o’tkazgichli elektronika maxsulotlarining deyarli 97 % kremniy asosida yasaladi. 6 – rasmda kiritmasiz kremniy panjarasining soddalashtirilgan modeli (a) va uning zona energetik diagrammasi (b) keltirilgan. Agar yarim o’tkazgich kristalli tarkibida kiritma umuman bo’lmasa va kristall panjaraning tuzulmasida nuqsonlar (bo’sh tugunlar, panjara siljishi va boshqalar) mavjud bo’lmasa, bunday yarim o’tkazgich xususiy deb ataladi va i harfi bilan belgilanadi.


6-rasm. Kiritmasiz kremniy panjarasining soddalashtirilgan modeli (a) va uning zona energetik diagrammasi (b) keltirilgan.

6 – rasmdan ko’rinib turibdiki, kremniy xususiy kristallida uning atomining to’rtta valent elektroni kremniyning qo’shni atomining to’rtta elektroni bilan bog’lanib, mustahkam sakkiz elektronli qobiq (to’g’ri chiziq) hosil qiladi. 0 K temperaturada bunday yarim o’tkazgichda erkin zaryad tashuvchilar mavjud bo’lmaydi. Lekin temperatura ortishi bilan yoki yorug’lik nuri tushirilganda kovalent bog’lanishlarning bir qismi uziladi va valent elektronlar o’tkazuvchanlik zonasiga o’tish uchun etarlicha energiya oladilar (6. b-rasm).

Natijada valent elektron erkin zaryad tashuvchiga aylanadi va kuchlanish ta’sir ettirilsa, u tok hosil qilishda ishtirok etadi. Elektron yo’qotilishi natijasida atom musbat ionga aylanadi.

Bir vaqtning o’zida valent zonada bo’sh sath hosil bo’ladi va valent elektronlar o’z energiyalarini o’zgartirishlariga, ya’ni valent zonasining biror ruxsat etilgan sathidan boshqasiga o’tishiga imkon yaratiladi. Shunday qilib, u tok hosil bo’lish jarayonida qatnashishi mumkin. Temperatura ortgan sari ko’proq valent elektronlar o’tkazuvchanlik zonasiga o’tadilar va elektr o’tkazuvchanlik ortib boradi.

Valent zonadagi erkin energetik sath yoki erkin valent bog’lanish kovakli deb ataladi va u elektron zaryadining absolyut qiymatiga teng bo’lgan erkin musbat zaryad tashuvchi hisoblanadi. Kovakning harakatlanishi valent elektroni harakatiga qarama – qarshi bo’ladi.

Shunday qilib, atomlar orasidagi kovalent bog’lanishning uzilishi bir vaqtning o’zida erkin elektron va elektron ajralib chiqqan atom yaqinida kovak hosil bo’lishiga olib keladi. Elektron – kovak juftligining hosil bo’lish jarayoniga zaryad tashuvchilar generastiyasi deb ataladi. Agar bu jarayon issiqlik ta’sirida amalga oshsa, u issiqlik generastiyasi deb ataladi. O’tkazuvchanlik zonasida elektronning hosil bo’lishi va valent zonasida kovakning yuzaga kelishi 6. b-rasmda mos ishoralar yordamida aylanalar ko’rinishida tasvirlangan. Strelka yordamida elektronning valent zonasidan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishi ko’rsatilgan.

Generastiya natijasida yuzaga kelgan elektronlar va kovaklar yarim o’tkazich kristallida yashash vaqti deb ataladigan biror vaqt mobaynida tartibsiz harakatlanadilar, so’ngra erkin elektron to’liq bo’lmagan bog’lanishni to’ldiradi va bog’lanish hosil bo’ladi. Bu jarayon rekombinastiya deb ataladi.

O’zgarmas temperaturada (boshqa tashqi ta’sirlar mavjud bo’lmaganda) kristall muvozanat holatda bo’ladi. Ya’ni, generastiyalangan zaryad tashuvchilar juftligi soni rekombinastiyalangan juftliklar soniga teng bo’ladi. Birlik hajmdagi zaryad tashuvchilar soni, ya’ni ularning konstentrastiyasi, solishtirma elektr o’tkazuchanlik qiymatini beradi. Xususiy yarim o’tkazgichlarda elektronlar konstentrastiyasi kovaklar konstentrastiyasiga teng bo’ladi (n_i= p_i). n (negative so’zidan) va p (positive so’zidan) harflari mos ravishda elektron va kovakka mos keladi. Kiritmasiz yarim o’tkzgichda hosil bo’lgan elektron va kovaklar xususiy erkin zaryad tashuvchilar va ularga asoslangan elektr o’tkazuvchanlik esa – xususiy elektr o’tkazuvchanlik deb ataladi.

Yarim o’tkazgichli asboblarning ko’p qismi kiritmali yarim o’tkazichlar asosida yaratiladi. Elektr o’tkazuvchanligi kiritma atomlari ionizastiyasi natijasida hosil bo’ladigan zaryad tashuvchilar bilan asoslangan yarim o’tkazgichlar – kiritmali yarim o’tkazgichlar deyiladi.

Kremniy atomiga D.I. Mendeleev davriy elementlar tizimidagi V guruh elementlari (masalan, margumush(As)) kiritilsa uning 5ta valent elektronidan to’rttasi qo’shni kremniy atomining to’rtta valent elektronlari bilan bog’lanib - sakkiz elektrondan tashkil topgan mustahkam qobiq hosil qiladilar. Beshinchi elektron ortiqcha bo’lib, o’zining atomi bilan kuchsiz bog’langan bo’ladi. Shuning uchun kichik issiqlik energiyasi ta’sirida u uziladi va erkin elektronga aylanadi (7. a - rasm), bu vaqtda kovak hosil bo’lmaydi. Energetik diagrammada bu jarayon elektronning donor sathi W_d dan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishiga mos keladi (7. b - rasm). Kiritmali atom musbat zaryadlangan qo’zg’almas ionga aylanadi. Bunday kiritma donor deb ataladi.

Yarim o’tkazgichli asboblar yasashda ko’p kiritma atomlari kiritiladi (1 sm³ hajmga 10¹⁴-10¹⁸ darajadagi atomlar). Xona temperaturasida kiritmaning har bir atomi bittadan erkin elektron hosil qiladi. Kovaklar esa xususiy yarim o’tkazichlardagi kabi kremniy atomi elektronlarining o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishidagi termogenerastiya hisobiga hosil bo’ladi.



7 – rasm.Kremniy atomining bog’lanishlari.