3
SO‘Z BOSHI
XXI аsrdа ilmiy-texnikаviy inqilobning yanаdа shiddаtli rаvishdа o‘sishi
oliy o‘quv yurti bakalavrlariga yarimo’tkazgichlar fizikаsi kursidan laboratoriya
mashg’ulotlarini tashkil etish va uni o’tkazishning eng qulay usullarini yaratish,
mashg’ulotlarning mаzmunini qаytа ko‘rib chiqishni tаqozo etmoqdа. Ajratilgan
qisqa vaqt davomida yarimo’tkazgichlarning xossalarini o’rganish uchun chuqur
bilim va malaka talab etiladi. Biroq dаvrimizning аsosiy xususiyati – аxborotlаr
texnologiyasi vа ko‘lаmining tez kengаyib borishi, vаqt tаnqisligi esа kаttа
hаjmdаgi o‘quv аdаbiyotlаrigа ehtiyojni kаmаytirib, аsosiy mа’lumotlаrni
mujаssаmlаshtirgаn ixchаm vа uslubiy jihаtdаn yuqori did bilаn tuzilgаn
qo‘llаnmаlаrgа zаruriyat tug‘dirmoqdа. Shuni xisobga olgan holda ushbu
qo’llanma ishlab chiqildi.
Qo‘llаnmа O‘zbekiston Respublikаsi oliy vа o‘rtа mаxsus tа’lim
vаzirligi qoshidаgi uslubiy birlаshmа tаsdiqlаgаn fizika ta’lim yo’nalishi
davlat ta’lim standarti hamda o‘quv dаsturlarigа аsosаn yozilgаn bo‘lib,
undа yarimo’tkazgichlar solishtirma qarshiligini aniqlash metodlari, ular
asosida laboratoriya islarini bajarishga oid ko’rsatmalar hamda bajarishning
soddа vа qulаy usullаri berilgаn.
Qo’llanma ikki bobdan iborat bo’lib, birinchi bobda yarimo’tkazgich
namunalarini tayorlash usullari bayon qilingan. Unga oid laboratoriya ishi
berilgan.
Ikkinchi bob asosiy bob bo’lib, unda yarimo’tkazgichlarning
solishtirma qarshiligini aniqlash metodlari hamda laboratoriya ishlari
berilgan. Bundan tashqari, bu bobda yarimo’tkazgich solishtirma
qarshiligiga tashqi muhit ta’sirini o’rganishga oud laboratoriya ishlari
tavsiya etilgan.
4
I bob YARIMO’TKAZGICHLI NAMUNALARNI TAYORLASH
Ma’lumki, mikroelektronika va fotoenergetikada qo’llaniladigan
mikroo’lchamli yarimo‘tkazgichlar qalinligi jihatidan, mikroo’lchamlarda
bo’ladi. Bunday o’lchamli yarimo’tkazgichlarning asosi plastinalar hisoblanadi
(1.1b – rasm). Plastinalar turli o’lchamdagi quymalardan qirqib olinadi (1.1a –
rasm). Hozirgi kunda yarimo’tkazgichli namunalarini kerakli shaklda
qirqishning turli usullar ishlab chiqilgan. Jumladan, mexanik usulda qirqish
jarayoni olmos disk yoki arra shuningdek, suyuqlikda qirqishga mo’ljallangan
po’lat disk yoki arra, ultratovushl tebranishiga asoslangan qirqish usuli va
boshqalar. Mexanik yoki ultratovushli qirqishda turli kukunlardan: karbid
kremniy, bor karbidi, qattiq minerallardan olingan yoki olmos kukunlari va
boshqa qattiqlikdagi moddalardan foydalanish mumkin. Bundan tashqari
qirqishning elektrolitik usuli ham mavjud. Bunda yarimo’tkazgich namunasi
simli elektrolit yordamida qirqiladi. Kuchlanish berilganda namunada
elektrolitik yemirish jarayoni yuz beradi. Simli elektrolit yoki yarimo’tkazgich
namunasini harakatga keltirish bilan qirqish jarayonini amalga oshiriladi.
Qirqish jarayonlarida plastinalar surtida turli gadir-bidirliklar hosil bo’lib,
tashqi muhitdan kirib qoluvchi kirishma atomlari sirtda turli xil birikmalar hosil
qilishi mumkin. Bu plastina sirtining ifloslanishiga olib keladi. Masalan,
kremniy kislorod bilan tez birikib turli oksid qatlamlarini hosil qiladi. Bunday
birikmalar kremniyning xossalariga salbiy ta’sir ko’rsatadi. Shuning uchun
asosiy e’tibor namuna sirti tozaligiga qaratiladi. Plastina siritiga ishlov berish
asosan ikki hil mexanik hamda kimyoviy usullar yordamida amalga oshirilishi
mumkin. Bularga bog’liq holda ushbu bob yarimo’tkazgichlarni tayorlash
metodlari bilan tanishish hamda laboratoiya sharoitlarida yarimo’tkazgichli
namunalar sirtiga ishlov berish usullarini o’rganishni yoritishga bag’ishlangan.
Quyida sirtga ishlov berishning an’anaviy usullarini ko’rib chiqaylik.
5
1.1. Mexanik usulda ishlov berish
Plastinalar qirqish jarayonida hosil bo’lgan g’adir-budirliklarni bartaraf
qilish uchun asosan mexanik usuldan foydalaniladi. Mexanik usulda ishlov
berish ikki xil qo’l hamda avtomat qurilma yordamida bajarilishi mimkin.
Dastlab, qo’lda bajarilishi mumkin bo’lgan ishlarni ko’rib chiqaylik.
Bu usul sodda, murakkab texnologik jarayon va qurilmalar talab qilmaydi.
Qo’l yordamida plastina sirtidagi g’adir – budirliklarni bartaraf qilishda turli
o’lchamlardagi maxsus kukunlardan foydalaniladi. Masalan, kremniy plastinasi
sirtidagi g’adir-budirliklarni bartaraf qilishda olmos kukunlari qo’llaniladi.
Buning uchun shisha taglik olib, uning sirtiga olmos kukunlari sepiladi (1.1c –
rasm). So’ngra, qorishma tayorlash uchun kukunga kerakli miqdorda toza
(distirlangan) suv tomiziladi. Suvning miqdori qorishma hosil bo’lishi bilan
belgilanadi. Plastina qorishma ustida 1.1c – rasmda tasvirlanganday harakatga
keltiriladi. Plastinaning harakat yo’nalishi vaqti-vaqti bilan soat strelkasi
bo’ylab y`oki unung yo’nalishiga teskari holatda o’zgartirib turiladi.
1.1 – rasm. Quymadan plastina qirqish, uning sirtida hosil bo’lgan g’adir-
budirliklarni bartaraf qilish ketma-ketligi.
Ta’kidlash joizki, kukunlar turli o’lchamlarda bo’lib, ular plastina sirtidagi
g’adir-budirliklarga mos holda tanlab olinadi. Dastlab nisbatan katta o’lchamli
so’ngra kichik o’lchamli kukunlardan foydalanish maqsadga muvoffiq. Bu
plastina sirtidagi g’adir-budirliklarni ketma-ket yemirish imkonini beradi.
Plastina sirti g’adir – budirliklardan bartaraf bo’lgandan so’ng, uni toza suvda
6
yuviladi. Yakuniy bosqich maxsus olmos pastasi yordamida plastina sirtini
silliqlanish so’ngra, spirt yordamida tozalash bilan tugaydi.
Plastina sirtiga ishlov berish usullaridan yana biri avtomat qurilma
yordamida amalga oshiriladi. 1.2 – rasmda avtomat qurilma tuzilishining
soddalashtirilgan sxemasi tasvirlangan.
Qurilmada asosiy ishni po’lat shar (2) bajaradi. Po’lat shar o’z o’qi atrofida
erkin harakat qiladi. Namuna tutgich (3) ham namuna (1) bilan birgalikda
gorizontal x va y o’qlar bo’ylab erkin harakat qiladi. Bundan tashqari, po’lat
sharning vertikal o’q bo’ylab harakat qila olishi istalgan qalinlikda plastina
sirtiga ishlov berish imkonini beradi. Odatda bu usulni shar yordamida yemirish
deb ataladi.
Shar yordamida yemirishning bu usuli yarimo’tkzgichlar sirtida hosil
bo’lgan qatlam yoki p-n – o’tishlar sirto’tkazuvchanligining n yoki p qatlam
qalinligiga bog’liqligini o’rganishda keng qo’llaniladi.
1.2 – rasm. Avtomat qurilma yordamida plastina sirtlariga ishlov berishning
soddalashtirilgan sxemasi.
1 – namuna, 2 – po’lat shar, 3 – namina tutgich, 4 – ko’rpus.
7
1.2. Namuna sirtiga kimyoviy usulda ishlov berish
Plastina qirqish, ularning sirtiga ishlov berish hamda yuvish jarayonlarida
tashqi muhitdan kirib qolgan kirishma atomlari sirtda turli birikmali dog‘ yoki
nuqsonlarni hosil qiladi. Masalan, mexanik ishlov berilgandan so’ng, plastina
toza (distrlangan) suv yoki yuvish uchun qo’llanilgan boshqa suyuqliklar bilan
yuviladi. Ularning tarkibidagi kirishma atomlari sirtda turli birikmalar hosil
qilishi mumkin. Ayniqsa, bu jarayon polikristal tuzilmali yarimo’tkazgich
donadorliklararo chegara sohalarida kuchli yuz beradi. Bu sohada saqlanib
qolgan kirishma atomlari yoki ular hisobiga hosil bo’lgan nuqsonlar
donadorliklararo chegara sohalarida potesial to’siq balandligining ortishiga olib
keladi, bu esa o’tkazuvchanlikka salbiy ta’sir ko’rsatadi. Bu yarimo’tkazgichlar
materialshunosligidagi asosiy muammolardan biri hisoblanadi.
Kimyoviy usul boshqa usullarga nisbatan samarali hisoblanadi. Usulni
tushuntirish uchun kremniyni tozalash texnologiyasini ko’rib chiqaylik. Bu
usulda asosan kimyoviy standart yemiruvchilar ya’ni, kimyoviy reogentlardan
foydalaniladi. Masalan, kremniy sirtini yemirishda SP-4 va uning turlari, HF,
HHO va uksus kislota aralashmalaridan foydalaniladi. Buning uchun SP-4 va
uning turlari, 1-foiz HF, 5-foiz HHO va 1-foiz uksus kislota aralashmalari
tayorlanadi. Kimyoviy reogentlar yemiruvchi hisoblanganligi uchun ularni
maxsus polimer idishlarda saqlash hamda tayorlash maqsadga muvoffiq.
Odatda kimyoviy reogent tayorlangan idishni sodda qilib vanna deb ataladi (1.3
– rasm). Qirqib olingan namunalar kimyoviy reogentga tashlanadi. Bunda
elektroliz hodisasi singari yemirilish jarayoni yuz beradi. Usulning
qulayliklaridan biri shundaki, yemirish jarayonini istalgan tezlikda amalga
oshirishi mumkinligidir. Buning uchun kimyoviy reogent tarkibidagi HHO va
uksus kislota miqdorini o’zgartirish kerak bo’ladi.
Ta’kidlash joizki, kimyoviy reogentlar zaharli moddalardan tashkil topgan.
Uni tayorlash jarayoni sog’liq uchun o’ta havfli hisoblanadi. Kimyoviy
reogentlarni tayorlashda havfsizlik qoidalariga qat’iy rioya qilish talab etiladi.
Kimyoviy regentlar ovqatlanish yo’llarini zaharlshi, k’orish organlarini ishdan
chiqarishi mumkin. Namunani vannaga tashlash yoki undan chiqarib olishda
metal ushlagich yoki pinsetlardan umuman foydalanib bo’lmaydi. Chunki, har
qanday metal buyumlar kimyoviy reogent ta’sirida juda tez yemiriladi.
8
Namunani vannaga tashlash yoki undan chiqarib olishda faqatgina polimer yoki
plastmassa ushlagich va pinsetlardan foydalanish maqsadga muvoffiq.
1.3 – rasm. Kimyoviy usulda ishlov berishning soddalashtirilgan sxemasi.
Kimyoviy usulda ishlov berish ham nafaqat plastina sirtlarini turli
iflosliklardan tozalash balki, yarimo’tkzgichlarning elektrofizik va fotoelektrik
xossalarini p yoki n qatlam qalinligiga bog’liqligini o’rganishda, mikro- yoki
nanoo’lchamli yarimo’tkazgichli asboblar, mikrosxemalar va boshqalarda ham
keng qo’llaniladi.
1.1.1-laboratoriya ishi
Yarimo’tkazgichli namunalar sirtiga ishlov berish usullarini o’rganish.
Ishning maqsadi: Qirqish jarayonida bir jinsli yarimo’tkazgich namunalari
sirtida hosil bo’lgan nuqsonlarni aniqlash. Mexanik usulda sirtdagi g’adir-
budirliklarni bartaraf qilish. Sirtlarga kimyoviy usulda ishlaov berish usullarini
o’rganish.
Kerakli asbob – uskuna va jihozlar: Mono- va polikristall
yarimo’tkazgichli namunalar masalan, kremniy plastinalari, turli o’lchamdagi
olmos kukunlari, distrlangan suv, shafof oyna, nutrometr, kimyoviy reogentlar,
mikroskop va boshqalar.
9
Ishni bajarish tartibi:
1. Mono- va polikristall tuzilmali kremniy namunalari sirtini mikroskop
yordamida tekshirish. Dastlab mikroskopning ishlash prinsipini ko’rib chiqing.
Uning ishga tayorligini aniqlagandan so’ng, namuna tutqichga namunani
joylashtiring. Obektiv orqali qirqishda hosil bo’lgan nuqson yoki g’adir-
budirliklarni aniqlang. Natijalar asosida mono- va polikristall namunalar
o’rtasidagi farqni taxlil qiling.
2. Nutromer yordamida kremniy plastinalari qalinligini aniqlash. G’adir-
budirliklar o’lchamini aniqlang. Oldingi bosqichdagi singari natijalar asosida
mono- va polikristall namunalar o’rtasidagi farqni taxlil qiling.
3. Namunalar sirtiga mexanik usulda ishlov berish uchun shofof oyna
sirtida kukunlar qorishmasini tayorlash. Buning uchun oyna sirtiga kerakli
miqdorda kukunlar sepiladi so’ngra, distrlangan suv yordamida uning
qorishmasi tayorlanadi. Izoh; namunalar sirtdagi g’adir-budirliklarni bartaraf
qilish uchun mos holda, qorishma turli o’lchamdagi kukunlar asosida
tayorlanadi.
4. Namunalar sirtdagi nuqson yoki g’adir-budirliklarni bartaraf qilish.
Buning uchun namunalar shofof oyna sirtida tayorlangan kukunli qorishma
ustida 1.1c – rasmda tasvirlanganday harakatga keltiriladi. Plastinaning harakat
yo’nalishi vaqti-vaqti bilan soat strelkasi bo’ylab y`oki unung yo’nalishiga
teskari holda o’zgartirib turiladi. Yakunda namunalar sirti distrlangan suv
so’ngra, spirt yordamida tozalanadi.
5. Sirtga ishlov berilgan namunalar sirtini tekshirish. Buning uchun 1 va 2
– bosqich qayta bajariladi.
6. Namunalar sirtiga kimyoviy usulda ishlov berish. Bu bosqichda
kimyoviy standart yemiruvchilar ya’ni, kimyoviy reogentlardan foydalaniladi.
Plastmassa idishda SP-4 va uning turlari, HF, HHO va uksus kislota
aralashmalari tayorlanadi. Ularning miqdori quyidagi tartibda tanlab olinsin. 1-
foiz HF, 5-foiz HHO, uksus kislota miqdori 1-foizdan 5 foizgacha
o’zgartirilsin. Bularga mos holda kremniy namunasi yemirilish tezligi va
aniqligi o’rganilsin.
7. Kimyoviy usulda ishlov berilgan namunalar sirtini taxlil qilish. Buning
uchun 1 bosqich qayta bajariladi. Namunalar sirti 6-bosqichdagi kimyoviy
reogentlar miqdoriga mos holda taxlil qilinadi.
10
Ish yuzasidan xisobot:
Ishning maqsadidan kelib chiqib, ishni bajarish tartibi bosqichlari asosida
qisqacha yozma axborot tayyorlang. Tayyorlangan axborotingiz asosida
atroflicha so‘zlab bering.
Nazorat savollari:
1. Yarimo’tkazgichli namunalarini qirqish usullarini aytib bering?
2. Qirqishda yuz beruvchi fizik jarayonlarni tushuntiring?
3. Sirtga ishlov berish usullarini tushuntiring?
4. Mexanik va kimyoviy ishlov berish usullarining farqini tushuntiring?
5. Kimyoviy reogentlarning zararli tomonlarini tushuntiring?
6. G’adir-budirliklarning hosil bo’lish mexanizmlarini tushuntiring?
7. Elektrolit yordamida qirqish usulining fizik mohiyatini tushuntiring?
8. Mikroskopning ishlash prinsipini tushuntiring?
9. Nutromer qanday asbob? Undan qanday maqsadda foydaliniladi?
10. Kimyoviy yemirish jarayoni kristall tuzilishiga bog’liqmi?
11
II bob SOLISHTIRMA QARSHILIKLSRNI O’LCHASH USULLARI
Hozirgi kunda yarimo’tkazgichlar solishtirma qarshiigini aniqlashning
ko’plab usullari mavjud. Barcha usullar asosiy zaryad tashuvchilarning
xarakteristikalarini o’lchashga asoslangan. Asosiy zaryad tashuvchilar
xarakteristikalarini o’lchash orqali solishtirma qarshilik aniqlanadi. Solishtirma
qarshilikni aniqlashda namuna tuzilishi hamda geometrik o’lchamlari muhim
ahamiyatga ega. Bularga bog’liq holda, solishtirma qarshilikni aniqlash usullari
bir-biridan farq qiladi. Ularni toliq qarshilik yordamida solishtirma qarshilikni
aniqlash, bir zond, ikki zond va to’rt zond yordamida solishtirma qarshilikni
aniqlash va boshqa turlariga bo’lishimiz mumkin. Bundan tashqari,
yarimo’tkazgichlarda zaryad ko’chish jarayoni tashqi muhit: temperatura
o’zgarishiga, yorug’likka o’ta sezgir. Shuning uchun laboratoriya sharoitlarida
bunday fizik jarayonlarni o’rganishni e’tiborga olish maqsadga muvoffiq.
Shularni hisobga olgan holda, ushbu bob yarimo’tkazgichlar solishtirma
qarshiligini aniqlash metodlari, ularning mohiyati hamda solishtirma qarshilikni
aniqlashga oid laboratoriya ishlarini yoritishga bag’ishlangan.
2.1. To'liq qarshilik yordamida namuna solishtirma qarshiligini aniqlash
Solishtirma qarshilikni aniqlashning kontaktli va kontaktsiz metodlari
mavjud. Dastlab namuna sirtlarida metall kontaktlar hosil qilinadi. Ular orqali I
tok o’tadi. Bunda I tokka mos holda namuna ikki kontaktlari orasida U=IR
kuchlanish o’lchanadi. I tok, U kuchlanish hamda namunaning geometrik
o’lchamlari ma’lum bo’lsa, (
) solishtirma qarshiligini aniqlash mumkin.
Bunday sodda metod to’liq qarshilik yordamida solishtirma qarshilikni aniqlash
deb ataladi. Buning uchun namuna ikki chetki sohasida metall kontaktlar hosil
qilinadi. Bunda yarimo’tkazgich va metall kontakt orasida yopiq qatlam yoki
soha hosil bo’lib, bu sohadagi zaryad tashuvchilar konsentrasiyasi
yarimo’tkazgich hajmidagiga nisbatan kichik bo’ladi. Shuning uchun bu soha
qarshiligi yuqori bo’ladi. Omik kontaktda bunday soha mavjud. Soha
qarshiligining yuqori bo’lishi soha tabiatiga bg’liq. Metall chegarasigacha
namuna hajmida zaryad tashuvchilar konsentrasiyasi bir xil bo’ladi. Metallda
yopiq bo’lmagan sohaning mavjudligi xisobiga zaryad tashuvchilar
konsentrasiyasi ortib boradi. Metall kontakt yoki yopiq bo’lmagan soha
12
o’lchami yarimo’tkazgich o’lchamiga nisbatan juda kichik bo’lib, yopiq
bo’lmagan qatlam qarshiligi yarimo’tkazgich qarshiligiga nisbatan kichik
bo’ladi. Shunday qilib, omik kontaktda bunday qatlam yoki soha qarshiligi
yarimo’tkazgich qarshiligidan kichikdir. Kontaktlar orqali tok o’tganda
yarimo’tkazgichdagi zaryad tashuvchilar konsentrasiyasi o’zgarishiga olib
kelmaydi. Ko’rib o’tilgan holda kontaktlar o’rtasidagi tok va kuchlanish
bog’liqligini quyidagicha ifodalash mumkin.
Bu yerda R – namunaning to’la qarshiligi, a – namuna uzunligi yoki
kontaktlar orasidagi masofa, S – namunaning ko’ndalang kesim yuzasi.
Bu metodda
=10
-2
÷10
6
(Om
sm) bo’lgan yarimo’tkazgichlarning
sini
aniqlashda qiyinchiliklar tug’dirmaydi.
2.1.1-laboratoriya ishi
To'liq qarshilik yordamida yupqa plastinali yarimo’tkazgichlar
solishtirma qarshiligini aniqlash
Ishning maqsadi: To'liq qarshilik yordamida yupqa plastinalar solishtirma
qarshiligini aniqlash usullarini o’rganish. O’zgarmas tok manbai berilganda
yupqa plastinali yarimo’tkazgichlardagi zaryad ko’chish jarayonlarini
o’rganish.
Kerakli asbob – uskuna va jihozlar: Qalinligi mikrometr o’lchamda
bo’lgan yarimo’tkazgichli plastina namunalari, nutrometr, ampermetr, voltmetr,
o’zgarmas tok manbai, qarshiliklar magazini va boshqalar.
Ishni bajarish tartibi:
1. 2.1.1-rasmda keltirilgan sxemani yig’ing. Sxemaning ishga yaroqligini
loborant yoki o’qituvchi yordamida tekshiring.
2. Yarimo’tkazgichli plastina namunasining geometrik parametrlarini
aniqlang. Buning uchun nutrometr yordamida namuna qalinligi (d) hamda
13
kontakt yuzasi (S) o’lchamini aniqlab, 2.1.1-jadvalga yozing. So’ngra namuna
tutqichga o’rnating.
2.1.1-jadval
d, (sm)
S=d
a,
(sm
2
)
R
mag
,
(Om)
I, (A)
U, (V)
R
to’la
,
(Om)
,
(Om
sm)
Izoh
3. O’lchash qurilmasini manbaga ulang. I tok va U kuchlanish
ko’rsatkichini aniqlab, jadvalga yozing. Bunda qarshiliklar magazini R
mag
=0
bo’ladi. Qarshiliklar magazini (R
mag
) yordamida namunaga berilgan yuklamani
o’zgartiring. Har bir o’zgarishdagi R
mag
, I va U larning qiymatlarini aniqlab
jadvalga yozing.
2.1.1-rasm. Qurilmaning soddalashtirilgan sxemasi.
1 va 2 mos holda old va orqa kontaktlar. A – ampermetr, mV – millivoltmetr, K
– kalit, 3 – o’zgarmas tok manbai, (- - -) – himoya qoplami.
4. Jadvalda aniqlangan natijalar yordamida to’la qarshilik R
to’la
ni aniqlang.
(2.1.1)
va namuna parametrlari yordamida solishtirma qarshilikni aniqlang.
(2.1.2)
14
Natijalarni 1-jadvalga yozing.
5.
ning o’rtacha qiymatini aniqlang. So’ngra unga mos holda (2.1.2)
ifodadan
ni qayta hisoblang va aniqlangan qiymatini jadvaldagi qiymatlari
bilan solishtiring.
Do'stlaringiz bilan baham: |