Yarim o’tkazgichli asboblar

3. Kiritmali elektr o’tkazuvchanlik
YArim o’tkazgichli asboblarning ko’p qismi kiritmali yarim o’tkazichlar asosida yaratiladi. Elektr o’tkazuvchanligi kiritma atomlari ionizatsiyasi natijasida ҳosil bo’ladigan zaryad tashuvchilar bilan asoslangan yarim o’tkazgichlar – kiritmali yarim o’tkazgichlar deyiladi.
Kremniy atomiga D.I.mendeleev davriy elementlar tizimidagi V guruҳ elementlari (masalan,margumush As) kiritilsa uning 5ta valent elektronidan to’rttasi qo’shni kremniy atomining to’rtta valent elektronlari bilan boғlanib - sakkiz elektrondan tashkil topganmustaҳkam qobiq ҳosil qiladilar. Beshinchi elektron ortiqcha bo’lib, o’zining atomi bilan kuchsiz boғlangan bo’ladi. SHuning uchun kichik issiqlik energiyasi tasirida u uziladi va erkin elektronga aylanadi (1.3 a - rasm), bu vaqtda kovak ҳosil bo’lmaydi. Energetik diagrammada bu jarayon elektronning donor satҳi W_d dan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishigamos keladi (1.3 b - rasm). Kiritmali atommusbat zaryadlangan qo’zғalmas ionga aylanadi. Bunday kiritma donor deb ataladi.
YArim o’tkazgichli asboblar yasashda ko’p kiritma atomlari kiritiladi (1 sm³ ҳajmga 10¹⁴-10¹⁸ darajadagi atomlar). Xona temperaturasida kiritmaning ҳar bir atomi bittadan erkin elektron ҳosil qiladi. Kovaklar esa xususiy yarim o’tkazichlardagi kabi kremniy atomi elektronlarining o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishidagi termogeneratsiya ҳisobiga ҳosil bo’ladi.




YArim o’tkazgich tarkibiga katta darajadagi donor kiritmaning kiritilishi erkin elektronlar kontsentratsiyasini oshiradi, kovaklar kontsentratsiyasi esa xususiy yarim o’tkazgichdagiga nisbatan sezilarli kamayadi. Erkin zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasining ko’paytmasi np o’zgarmas temperaturada o’zgarmas qoladi va faqat yarim o’tkazgich taqiqlangan zona kengligi bilan aniqlanadi. SHuni yodda tutish kerakki, T=300 K (xona temperaturasida) kremniyda np 0,64∙10²⁰ sm^-3, germaniyda esa np 4∙10²⁶ sm^-3. SHunday qilib, agar kremniy kristalliga kontsentratsiyasi 10¹⁶ sm^-3 bo’lgan donor kiritma kiritilsa, T=300 K da elektronlar o’tkazuvchanligi n=10¹⁶ sm^-3, kovaklarniki esa – atigi 10⁴ sm^-3 ga teng bo’ladi. Demak bunday kiritmali yarim o’tkazgichda elektr o’tkazuvchanlik asosan elektronlar ҳisobiga amalga oshiriladi, yarim o’tkazgich esa – elektron yoki n- turdagi elektr o’tkazuvchanlik deb ataladi. n –turdagi yarim o’tkazgichda elektronlar - asosiy zaryad tashuvchilar, kovaklar esa - asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilar deb ataladi.
Kremniy atomiga D.I.mendeleev davriy elementlar tizimidagi III guruҳ elementlari (masalan, bor V) kiritilsa uning valent elektronlari qo’shni kremniy atomlari valent elektronlari bilan uchta to’liq boғliqlik ҳosil qiladilar. To’rtinchi boғlanish esa to’lmay qoladi. Uncha katta bo’lmagan issiqlik energiyasi tasirida qo’shni kremniy atomining valent elektronlari bu boғlanishni to’ldiradi. Natijada borning tashqi qobiғida ortiqcha elektron ҳosil bo’ladi, yani umanfiy zaryadga ega bo’lgan qo’zғalmas ionga aylanadi. Kremniy atomining to’lmagan boғlanishi – bu kovakdir (1.3 v - rasm). Energetik diagrammada bu jarayon elektronning valent zonadan aktseptor satҳi W_a ga o’tishiga va valent zonada kovak ҳosil bo’lishigamos keladi (1.3 g - rasm). Bu vaqtda erkin elektron ҳosil bo’lmaydi. Bunday kiritma – aktseptorli deb ataladi, aktseptor atomlari kiritilgan yarim o’tkazgich esa – kovak yoki r – turdagi elektr o’tkazuvchanlik deb ataladi. R-turdagi yarim o’tkazgich uchun kovaklar – asosiy zaryad tashuvchilar, elektronlar esa - asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilar ҳisoblanadi. Yarim o‘tkazgichlarga asosan kristall strukturaga ega bo‘lgan juda ko‘p qattiq jismlar kiradi. Yarim o‘tkazgichlar atomlar (germaniy, kremniy, tellur, selen va h.k.) shaklida va kimyoviy birlashmalar shaklida (sulfidlar, selenidlar va h.k.) uchraydi.
Elektr tokini yaxshi o‘tkazadigan, ya’ni yuqori elektr o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo‘lgan moddalar o‘tkazgichlar deyiladi. Elektr o‘tkazuvchi moddalar solishtirma qarshiligining katta kichikligiga qarab elektr tokini yaxshi o‘tkazadigan elektr o‘tkazgichlar (ρ =10^-610^-4 Omsm), izolyatorlar (ρ =10⁵10¹⁸ Omsm) va yarim o‘tkazgichlar (ρ =10^-410⁵ Omsm)ga bo‘linadi. Metallar, elektrolitlar va plazmalar elektr o‘tkazuvchidir. Elektr o‘tkazuvchanligi yuqori bo‘lgan modda yoki jism o‘tkazgich deb ataladi. O‘tkazgichlar ikki xil bo‘ladi: birinchi tur o‘tkazgichlari va ikkinchi tur o‘tkazgichlari.Erkin eletronlarni soni nihoyatda ko‘p bo‘lgan mis, alyuminiy kabi materiallar birinchi tur o‘tkagichlar deb aytiladi.Amaliyotda keng qo‘llaniladigan o‘tkazgich elektr simi. Bitta yoki bir necha tomirli simlardan iborat bo‘lgan metall o‘tkazgich elektr simi deyiladi. Tovar sifatida ishlab chiqarilgan va servis sohasida keng foydalanadigan elektr simlar quyidagi turlarga bo‘linadi: izolyatsiyalangan, izolyatsiyalanmagan elektr simi; cho‘lg‘ambop elektr simi; montaj simlari, elektr shnurlari, uzaytirgich (udlinitel) va boshqa turlarga bo‘linadi.Elektr simi elektr energiyasini uzatish va taqsimlash, elektr va radio signallarini uzatish hamda elektr mashinalar, transformatorlar, o‘lchash asboblari va boshqa asbob-uskunalar cho‘lg‘amlarini tayyorlashda qo‘llaniladi.Hozirgi zamonda simli aloqa katta ahamiyatga ega. Axborotni sim orqali elektr signallar vositasida uzatish va qabul qilish simli aloqa deb aytiladi. Simli aloqa elektr aloqaning bir turi bo‘lib, undan ko‘pincha radioaloqa bilan birga foydalaniladi.Qattiq jismlar kabi, suyuqliklarning ham dielektrigi, o‘tkazgichi va yarim o‘tkazgichi bo‘ladi. Dielektriklar jumlasiga distillangan suv, o‘tkazgichlar jumlasiga elektrolitlarning, ya’ni kislota, ishqor va tuzlarning eritmalari kiradi. Suyuq yarim o‘tkazgichlar jumlasiga, eritilgan selen, eritilgan sulfidlar kiradi.
Moddalarning qisman yoki to‘liq ionlardan tashkil topgan eritmalari yoki suyultirilgan holatdagi moddalar elektrolitlar yoki ikkinchi tur o‘tkazgichlari deyiladi. Elektrolit eritmalarining xossalarini o‘rganish bilan tokning yangi kimyoviy manbalari yaratiladi.Elektrolitlarning suvdagi eritmalarida yoki aralashmalarida zaryad tashuvchilar musbat va manfiy zaryadlangan ionlar bo‘lgani uchun elektrolitlar ionli o‘tkazuvchanlikka ega.Suyuqliklar elektronli o‘tkazuvchanlikka ham ega bo‘lishi mumkin. Masalan, suyuq metallar ana shunday o‘tkazuvchanlikka ega.
Elektrolit orqali elektr toki o‘tganda elektrodlarda elektrolit tarkibiy qismlarining ajralib chiqish jarayoni elektroliz deyiladi.
Texnikada elektroliz turli maqsadlarda keng qo‘llaniladi. Bir metallning sirti boshqa metallning yupqa qatlami bilan elektrolitik usulda qoplanadi (nikellash, xromlash, emallash, mis yalatish va h.k.). Bu mustahkam qoplama sirtni zanglashdan asraydi. Elektroliz yordamida turli buyumlar metall qatlami bilan qoplanadi (galvanostegiya), shuningdek, kerakli buyumlarning relefi metall nusxalari, masalan tipografiya klishelari tayyorlanadi (galvanoplastika).
Elektroliz sof metallar, xususan mis olishda keng qo‘llaniladi. Boksitlar aralashmasidan alyuminiy elektroliz yo‘li bilan olinadi. Xuddi shu usul tufayli alyuminiy arzon, texnika va turmushda temir bila bir qatorda eng ko‘p tarqalgan metall bo‘lib qoldi.
Yuqorida aytib o‘tilganidek, uncha katta bo‘lmagan teskari kuchlanishlarda I₀ qiymati katta emas. Teskari kuchlanish ma’lum chegaraviy qiymatga U_ChYeG yetganda, teskari tok keskin ortib ketadi, o‘tishning elektr teshilishi yuz beradi.
O’tishning teshilish turlari ikki guruhga bo‘linadi: elektr va issiqlik. Elektr teshilishining ikki mexanizmi mavjud: ko‘chkisimon va tunnel teshilish.