Радиоэлектроника асослари

p-n ўтиш ҳодисаси
Ярим ўтказгичли асбобларнинг ишлаш принципи (p-n) ўтиш ҳодисасига асосланган. ўтказувчанликлари турлича бўлган ярим ўтказгичларнинг контакт чегарасида ҳосил бўладиган ҳодисага (p-n) ўтиш дейилади. (р-n) ўтиш носимметрик ўтказувчанликка эга яъни чизиқли бўлмаган қаршиликка эга бўлади. Лекин турли ўтказувчанликка эга бўлган ярим ўтказгичларни оддий механик контактга келтириш (p-n) ўтишни ҳосил қилмайди, чунки улар орасида идеал контакт ҳосил қилиш мумкин эмас. Шунинг учун ягона ярим ўтказгич кристали олиниб, у шартли 2 бўлак деб қаралади ва бу бўлакларда турли ўтказувчанлик ҳосил қилинади. Бу иш бўлакларнинг бирига донор иккинчисига акцептор модда элементларини киритиш орқали амалга оширилади.
Контакт ҳосил қилинган бошланғич вақтда n-соҳада электронларнинг, р-соҳада ковакларнинг концентрацияси қарама-қарши бўлак қисмидагига нисбатан юқори бўлади. Шунинг учун контакт соҳасида асосий заряд ташувчиларнинг диффузияси вужудга келади. Диффузия натижасида n-соҳадан электронларнинг р-соҳага, р-соҳадан ковакларнинг n-соҳага силжиши рўй беради. Бу заряд ташувчиларнинг силжиши натижасида чегаранинг n-соҳасида мусбат ортиқча зарядлар тўплами ҳосил бўлади. Бу зарядлар тўплами донорларнинг мусбат ионлари ва диффузион кўчиш натижасида р-соҳадан келган коваклардан иборат бўлади. Худди шунингдек, чегаранинг р-соҳасида акцепторларнинг манфий ионлари ва диффузия натижасида n-соҳадан силжиб ўтган электронлардан иборат манфий ортиқча зарядлар тўплами ҳосил бўлади. Натижада контакт чегарасининг икки томонида асосий заряд ташувчиларига камбағаллашган соҳа ҳосил бўлади. Чегаранинг икки томонида тўпланган заряд орасида зарядланган конденсатор қопламалари орасидагига ўхшаш электр майдон ҳосил бўлиб, бу майдоннинг йўналиши шундайки, у асосий заряд ташувчиларнинг диффузион кўчишига қаршилик қилади. Асосий бўлмаган заряд ташувчиларнинг кўчиши ҳосил бўлган ички майдон куч чизиқлари бўйича бўлгани учун улар ҳосил қилган ток Дрейф токи дейилади.
Ч егаранинг икки томонидаги зарядлар тўплами орасида контакт потенциал фарқи ҳосил булади
_.
Чегаранинг икки ёнида ҳосил булган асосий заряд ташувчиларга камбағаллашган соҳа ярим ўтказгичнинг n ва р соҳаларини ажратиб туради. Шунинг учун бу қатламни тўсиқ қатлам дейилади. Ҳосил бўлган потенциаллар айирмасини потенциал тўсиқ дейилади.
Доимий ҳароратда (р-n) ўтиш динамик мувозанатда бўлади. Динамик мувозанат пайтида ҳар секундда чегарадан бир хил микдорда асосий заряд ташувчилар диффузия бўлиб ўтади ва худди шунча асосий бўлмаган заряд ташувчи майдон таъсирида тескари томонга ўтиб туради. Бу вақтда

бўлади. (р-n) ўтиш соҳасининг қаршилиги n ва р соҳалар қаршилигига нисбатан анча катта бўлади, чунки бу соҳада контакт потенциаллар фарқининг электр майдони таъсири остида деярли барча тез ҳаракат қиладиган асосий заряд ташувчилар сиқиб чиқарилган бўлади.
Э нди динамик мувозанатда бўлган (p-n) ўтиш системасини ташқи манбага улаймиз. Бунда потенциал тўсиқнинг баландлиги ўзгариб, динамик мувозанат бузилади. Натижада дрейф ва диффузия токларининг мувозанати ҳам бузилиб, натижавий токнинг катталиги ташқи манба кучланишига боғлиқ бўлиб қолади. Бу боғлиқликни график усулдаги тасвири (p-n) ўтишнинг вольт-ампер характеристикаси дейилади.
Дастлаб манбанинг мусбат қисмини ярим ўтказгичнинг р-ўтказувчанлик соҳасига, манфий қутбини n-ўтказувчанлик соҳасига улайлик. Бундай уланишда бериладиган кучланиш тўғри кучланиш дейилади. Бу ҳолда тўғри кучланиш ҳосил қиладиган электр майдон куч чизиқлари контакт потенциаллар фарқи ҳосил қиладиган куч чизиқлари йўналишига қарама-қарши бўлади. Натижада потенциал тўсиқ пасаяди. Бу ўз навбатида диффузия токининг ортишига олиб келади.

Тўғри, кучланиш ортиб борган сари, потенциал тўсиқ ҳам борган сари пасая бориб, унга мос ҳолда кўп асосий заряд ташувчилар потенциал тўсиқдан ўтади. Тўғри кучланиш берилганда потенциал тўсиқнинг пасайишидан ташқари тўсиқ соҳанинг қалинлиги камайиб боради. Тўғри кучланиш маълум бир қийматга етганда потенциал тўсиқ бутунлай йўқолади. Тўғри кучланишнинг қиймати нольга яқин бўлганида тўсиқ соҳанинг қаршилиги жуда катта бўлиб, потенциал тўсиқ йўқолган вақтда ўтишнинг қаршилиги жуда кичик бўлиб қолади.
Тўғри кучланиш бериш натижасида пасайган потенциал тўсиқ орқали асосий заряд ташувчиларнинг улар асосий ҳисобланмаган соҳага ўтишини заряд ташувчиларнинг инжекцияси дейилади. Заряд ташувчилар қайси соҳадан инжекцияланса бу соҳани эмиттер, улар инжекция натижасида ўтадиган соҳани эса база дейилади. Демак, агар электронлар инжекциясини кўрадиган бўлсак n-соҳа эмиттер, р-соҳа база бўлади. Ковак инжекцияси учун р-соҳа эмиттер, n-соҳа база бўлади.
(p-n) ўтиш орқали икки хил ток: электрон токи ва ковак токи оқади. Схеманинг чап чеккасида электрон ток максимал қийматга эга бўлиб, ўнг томонга силжиб борган сари у электронларни рекомбинацияланиши ҳисобига камайиб боради ва системанинг ўнг чеккасига етганда минимал бўлади.
Ковак токи аксинча схеманинг ўнг чеккасида максимал қийматга эга бўлиб, схеманинг чап чеккасида ноль бўлади. Аммо тўлиқ тўғри ток схеманинг ихтиёрий қисмида бир хил бўлади, чунки тўлиқ ток электрон ва ковак токлари йиғиндисидан иборат

Э нди ташқи манба қутбларини аксинча, муссбат қутбини n-соҳага, манфий қутбини р-соҳага улайлик. Бунда потенциал тўсиқ ортади ва бунинг натижасида _{ }=0 бўлади, чунки энди ташқи кучланиш электр майдони куч чизиқлари, контакт потенциаллар фарқи ҳосил қиладиган куч чизиқлари йўналиши билан бир хил бўлади.
Бундай уланишда бериладиган кучланиш тескари кучланиш дейилади. Бу ҳолатда (р-n) ўтиш орқали оқаётган ток тескари ток дейилади. _{ }бўлади. Тескари токнинг қиймати жуда кичик бўлади, чунки у кам сонли заряд ташувчиларнинг майдон таъсирида силжишидан ҳосил бўлади. Тескари кучланиш ортишии билан, потенциал тўсиқнинг ортиб боришидан ташқари, тўсиқ қатламининг қалинлиги ҳам ортиб боради.
d_теск>d_т R_теск>>R_т
Тескари кучланишнинг кичик қийматиданоқ тескари ток ўзгармас бўлиб қолади. Бунга сабаб асосий бўлмаган заряд ташувчиларнинг сони чегараланган бўлиб, бу вақтда электрон-ковак жуфтликларини ҳосил бўлиши натижасида пайдо бўлаётган асосий бўлмаган заряд ташувчиларнинг ҳаммаси тескари ток ҳосил қилишда иштирок этаётган бўлади.
Э нди (р-n) ўтишнинг вольт-ампер характеристикасини тўлалигича таҳлил қиламиз. Тўғри кучланиш вольтнинг бир неча ўндан бир улушига тенг бўлган қийматидаёқ анча катта тўғри ток ҳосил бўлади. Шу билан бирга кўриниб турибдики, тескари ток U_теск нинг қиймати ортиб бориши билан, жуда секин ўсиб борар экан. U_теск маълум бир қийматга етгандан кейин i_теск тез ўса бошлайди. Бу (р-n) ўтишда содир бўлаётган бузилишларнинг бошланиши сабабли содир бўлади. (р-n) ўтишдаги бузилиш икки хил бўлади: электр бузилиш, иссиқлик бузилиш. Электр бузилиш содир бўлганда қайтмас жараёнлар содир бўлмайди (графикнинг АБВ қисми), ток ўтиш сабаби бу майдон таъсирида асосий бўлмаган заряд ташувчилар тезланиш билан ҳаракатлана бошлайди ва U_теск маълум бир қийматга етгандан кейин кинетик энергиялари нейтрал атомлар билан тўқнашганда уларни ионлаштириш учун етарли бўлиб қолади. Натижада урилиш туфайли ионланишнинг кўчкисимон кўпайиши вужудга келиб бу ўз навбатида (р-n) ўтишда бузилиш содир бўлишига олиб келади. Электр бузилиш қайтар жараёндир, чунки майдон кучланганлиги йўқолиши билан бошланғич ҳолат тикланади. Иссиқлик бузилиши қайтмас жараён ҳисобланади. Сабаби, ток ўтиши натижасида ярим ўтказгич қизийди. “Қизиш” натижасида эса кристалл панжаранинг ҳаракат тезлиги ортади ва кўплаб валент электронлар ажралиб чиқа бошлайди. Демак, заряд ташувчилар сони орта бошлайди. Агар (р-n) ўтишда ажраладиган иссиқликни йўқотиш чораси кўрилмаса, ярим ўтказгичнинг кристалл панжараси нурайди. Шунинг учун иссиқлик бузилиши қайтмас жараён дейилади.
Ярим ўтказгичли асбобларнинг хусусиятлари температурага боғлиқ, температура ортиши билан тўғри ток ҳам, тескари ток ҳам ортади. Айниқса тескари ток кескин кўпаяди, чунки электрон-ковак жуфтликларини ҳосил бўлиши кўпаяди.