Ma’ruza yarimoqchilar materiallarning elektr o’tkazishi

Ma’ruza 2. YARIMOQCHILAR MATERIALLARNING

ELEKTR O’TKAZISHI.

Reja:

1. 
   Yarimo'tkazgichlarning elektrofizik xususiyatlari;
   
2. 
   Yarimo'tkazgichlarning ichki va nopoklik o'tkazuvchanligi;
   
3. 
   Jismoniy va xususiyatlar pno'tishning shakllanish asoslari.
   

Yarimo'tkazgichli materiallarga xona haroratida harorat, yorug'lik, ionlashtiruvchi nurlanish, elektr maydoni va boshqalarga qarab o'ziga xos qarshilik  = ... Om sm bo'lgan materiallar kiradi.Yarim o'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqarish uchun oddiy yarim o'tkazgich moddalar. ishlatiladi germaniy, kremniy, selen va ba'zi kimyoviy birikmalar, masalan, galliy arsenid GaAs, indiy antimonid InSb, indiy fosfid InP, silikon karbid SiC. Yarimo'tkazgichlar mutlaq nol haroratda bir xil bo'lgan kristall tuzilishga ega. Qism qizib ketgandavalent bog'lanishlarkristall panjaradagi termal tebranishlar tufayli buziladi, bu esa bir vaqtning o'zida erkin elektronlar va to'ldirilmagan bog'lanishlar (teshiklar) paydo bo'lishiga olib keladi. Juft zaryad tashuvchilarning hosil bo'lishi yorug'lik, elektr maydoni, nurlanish va boshqalar ta'sirida ham sodir bo'lishi mumkin. Juftlangan zaryad tashuvchilar (elektronlar va teshiklar) tufayli ichki yarimo'tkazgichning elektr o'tkazuvchanligi ichki deyiladi. O'zining yarimo'tkazgichiga aralashmalarni kiritish orqali nopoklik elektr o'tkazuvchanligi olinadi.Donor aralashmalari, ularning atomlari elektronlar beradi, ustun elektron elektr o'tkazuvchanligi (n-tipi) bo'lgan yarim o'tkazgichlarni hosil qiladi. Teshik elektr o'tkazuvchanligi ustun bo'lgan yarimo'tkazgichlar p tipidagi yarimo'tkazgichlar deb ataladi va tegishli aralashmalarqabul qiluvchilar.
Qarama-qarshi turdagi elektr o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan ikkita yarim o'tkazgichning aloqa chegarasidagi maydon elektron-teshik yoki np-birikma deb ataladi. O'tish assimetrik o'tkazuvchanlikka ega, ya'ni chiziqli bo'lmagan qarshilikka ega. Ko'pgina yarimo'tkazgichli qurilmalarning (diodlar, tiristorlar va boshqalar) ishlashi np birikmalarining xususiyatlaridan foydalanishga asoslangan.
n-p-o'tishdagi jarayonlarni ko'rib chiqingtashqi kuchlanish manbai bo'lmaganda (2.1-rasm). Zaryad tashuvchilar tasodifiy termal harakatni amalga oshirganligi sababli, ulardiffuziyabir yarimo'tkazgichdan ikkinchisiga. n-qatlamdagi elektron kontsentratsiyasi p-qatlamga qaraganda yuqori bo'lib, elektronlarning bir qismi n-qatlamdan p-qatlamga o'tadi. Shu bilan birga, p-qatlamdan n-qatlamga teshiklarning diffuziyali o'tishi kuzatiladi. Natijada, kompensatsiya qilinmagankosmik zaryadmusbat ionlar (asosan donor nopokligi), p-qatlamda esa qabul qiluvchi nopoklikning manfiy ionlarining kompensatsiyalanmagan kosmik zaryadi. Shakllangan fazoviy zaryadlar U_К = _n – _p va quvvati U_К boʻlgan elektr maydon oʻrtasida kontakt potentsial farqi yuzaga keladi. n-p-o'tishning potentsial diagrammasida (2.1-rasm, b) chegara qatlamining potentsiali nol potentsial sifatida qabul qilinadi. n-p o'tish joyida potentsial to'siq paydo bo'ladi, zaryad tashuvchilarning diffuziya harakatining oldini olish. To'siqning balandligi kontakt potentsial farqiga teng va odatda voltning o'ndan bir qismini tashkil qiladi. Shaklda. 2.1, b diffuziya tufayli p mintaqasidan n mintaqasiga o'tishga moyil bo'lgan teshiklar uchun to'siqni ko'rsatadi.

Rasm. 2.1.

Shunday qilib, n-p o'tish joyida, elektronlar va teshiklarning p va n mintaqalariga chuqur ketishi tufayli, zaryadsizlangan qatlam hosil bo'ladi, bu qulflash deb ataladi va qolgan hajmlarning qarshiligiga nisbatan yuqori qarshilikka ega. n va p maydonlari.
Agar tashqi kuchlanish manbai p-tipli yarim o'tkazgichga musbat qutb bilan va n-tipli yarim o'tkazgichga salbiy (to'g'ridan-to'g'ri ulanish) ulangan bo'lsa, u holda to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish U_pr tomonidan np birikmasida hosil bo'lgan elektr maydoni kontakt potentsial farqiga qarab harakat qiladi. Buyuk Britaniya Potensial to'siq U_К - U_pr qiymatiga tushiriladi, blokirovka qatlamining qalinligi va uning qarshiligi R_pr kamayadi.
Agar tashqi manbaning qutbliligi teskari bo'lsa, u holda potentsial to'siq U_К + U_obr qiymatiga oshadi. Bunday holda, faqat ozchilik tashuvchilari o'tishdan o'tishi mumkin: p-mintaqasidan n-mintaqaga elektronlar va teskari yo'nalishdagi teshiklar. Ko'pchilik zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasi kichiklarning kontsentratsiyasidan bir necha daraja yuqori bo'lganligi sababli, to'g'ridan-to'g'ri oqimlar teskari oqimlarga qaraganda bir necha marta kattaroqdir. Elektron-teshik birikmasi diodlarni yaratish uchun ishlatiladigan rektifikator va xususiyatlarga ega.

P-n-birikmasining shakllanishi

Ko'pgina yarim o'tkazgich qurilmalari heterojen yarim o'tkazgichlar deb ataladigan vositalar yordamida ishlab chiqariladi. Muayyan holatda, bir jinsli bo'lmagan yarimo'tkazgich monokristal bo'lib, uning mintaqalaridan biri p-tip, ikkinchisi esa n-tipdir.
Bunday bir hil bo'lmagan yarimo'tkazgichda p va n mintaqalari bilan ichki qism o'rtasidagi interfeysda fazoviy zaryad qatlami paydo bo'ladi, elektr maydoni bu qatlam chegaralarida bo'lsa, bu qatlam elektron-teshik birikmasi yoki p-n o'tish deyiladi. P-n-o'tishning xususiyatlari yarimo'tkazgichli qurilmalar va integral mikrosxemalar mutlaq ko'pchiligining ishlash printsipi uchun asosdir.
Keling, pn birikmasining hosil bo'lish mexanizmini ko'rib chiqaylik. Oddiylik uchun n-hududdagi elektronlar kontsentratsiyasi va p-mintaqasidagi teshiklar teng deb faraz qilamiz. Bundan tashqari, har bir mintaqada oz sonli tashuvchilar mavjud. Xona haroratida p tipidagi yarimo tkazgichda manfiy qabul qiluvchi ion Na konsentratsiyasi teshiklar konsentratsiyasiga pp, n tipidagi yarim o tkazgichda esa musbat donor ionlar Ng konsentratsiyasi erkin elektronlar konsentratsiyasiga teng bo ladi. nn. Teshiklar va elektronlar kontsentratsiyasida p- va n- mintaqalari o'rtasida sezilarli farq borligi sababli, bu hududlar aloqa qilganda, elektronlarning p-mintaqasiga va teshiklarning n-mintaqasiga tarqalishi boshlanadi.
Diffuziya natijasida n- chegaradagi elektron konsentratsiyasi musbat donor ionlari konsentratsiyasidan kamroq bo'ladi va bu qatlam musbat zaryad oladi. Shu bilan birga, chegara p-hududida teshiklarning konsentratsiyasi kamayadi va u qabul qiluvchi nopoklik ionlarining kompensatsiyalanmagan zaryadlari tufayli manfiy zaryadga ega bo'ladi (2.2-rasm). Plyus va minusli doiralar mos ravishda donor va qabul qiluvchi nopoklik ionlarini ifodalaydi.
Olingan kosmik zaryadlarning ikki tomonlama hajmli qatlami p-n birikmasi deb ataladi. Bu qatlam mobil zaryad tashuvchilarda tugaydi. Shuning uchun uning qarshiligi p- va n-tipli hududlarga nisbatan yuqori. Ko'pincha adabiyotda bu qatlamni kamaygan, kamaygan qatlam yoki i-mintaqa deb ham atashadi.
Kosmik zaryadlar turli xil belgilarga ega va p- elektr maydonini hosil qiladi.
o'tish kuchlanish . Bu asosiy uchun inhibitor hisoblanadi zaryad tashuvchilarni va ularning p-n birikmasi orqali erkin harakatlanishini oldini oladi. Shaklda. 2.2, b maydon potentsialining X o'qi bo'ylab o'tish tekisligiga perpendikulyar o'zgarishini ko'rsatadi va chegara qatlamining potentsiali nol potentsial sifatida qabul qilinadi.
Chizishdan p-n o'tish joyida potentsial to'siq paydo bo'lishini ko'rish mumkin,
teng aloqa farq potentsiallar ^U_K ^_n ^_p, qaysi potentsial to'siq balandligi deb ataladi va voltlarda ifodalanadi. ^U_K qiymati dastlabki yarimo'tkazgichning tarmoqli bo'shlig'iga va nopoklik kontsentratsiyasiga bog'liq. Ko'pchilik p-n o'tishlarining kontakt potentsial farqi germaniydan ^U_K = 0,35 V, kremniydan esa 0,7 V ni tashkil qiladi. p-n o'tish kengligil₀ mutanosib ^{Buyuk Britaniya}va o'ndan birdir fraktsiyalar yoki mikron birliklari. Tor p-n o'tishini yaratish uchun yuqori aralashmalar kontsentratsiyasi kiritiladi va ^l₀ ni oshirish uchun past konsentratsiyalardan foydalanish kerak.

Rasm. 2.2