Савол бўйича мустақил иш топшириқлар: 1. Ярим ўтказгичларнинг электр ўтказувчанлиги
2. Ярим ўтказгичлар ўтказувчанлигини соҳали назария асосида изоҳланг.
9.4 Тўртинчи асосий савол:Р- п ўтиш ҳодисаси. Ярим ўтказгичли диод ва унинг турлари.
Дарснинг мақсади: Икки хил ўтказувчанликка эга бўлган ярим ўтказгичларнинг туташиш (контат) соҳасида ҳосил бўладиган ходиса ва
унинг ярим ўтказгичлар асосидаги асбоблар яратишдаги бенихоят катта аҳамияти тўғрисида маълумот берилади.
Идентив ўқув мақсадлари. 1. Р — п ўтиш ҳосил бўлиш механизмини ўзлаштиради.
2. Р — п ўтиш хоссаларини ўрганади.
3. Ярим ўтказгичли диодларнинг турлари ва уларнинг вазифалари тўғрисида маълумот олади.
Мавзунинг баёни: 1. Р — п ўтиш. Бири электрон ўтказувчанликка, иккинчиси ковакли ўтказувчанликка эга бўлган ярим ўтказгичлар ўзаро туташган чегара электрон — ковакли ўтиш ёки р — п ўтиш деб аталади. р — п ўтишда рўй берадиган жараёнлар билан танишиб чиқамиз. Кантакт соҳа орқали электронлар концентрацияси катта бўлган п — ярим ўтказгичдан концентрацияси кам бўлган р — ярим ўтказгич томонга қараб диффузияланади. Коваклар диффузияси эса тескари йўналишда содир бўлади. Натижада, п — ярим ўтказгичли тўсиқ яқинида мусбат ишорали қўзғалмас донор атомларининг хажмий заряди қолса, р — ярим ўтказгичда эса манфий ишорали акцептор атомларининг хажмий заряди колади Бу хажмий зарядлар чегара қатламда қўш электр қаватни ҳосил қилади Бу қаватнинг электр майдони п — соҳадан р — соҳага йўналган бўлиб, электронларнинг п дан р га , ковакларнинг эса р дан п йўналишда ўтишига йўл кўймайди. Агар ярим ўтказгичларда донор ва акцепторлар концентрацияси бир хил бўлса, қатламлар қалинлиги d1 ва d2 бир хил бўлади. d1 + d2 = d қатлам беркитувчи қатлам деб аталади. р- п ўтиш соҳасида энергетик сатҳлар қийшаяди. Натижада электронлар ва коваклар учун потенциал тўсиқлар юзага келади. Бу потенциал тўсиқнинг ҳосил бўлиш жараёни р- п ўтиш ҳодисаси ёки р- п ўтиш деб аталади. р- п ўтишда ярим ўтказгичларнинг Ферми сатхлари ҳам қийшаяди. Агар р- п ўтиш маълум қалинликка эга бўлганда ҳар иккала ярим ўтказгичларнинг Ферми сатҳлари тенглашади.
Ферми сатҳи деганда тўлдирилиш эхтимоллиги 0,5 га тенг бўлган энергетик сатҳ тушунилади. Ғалаёнсиз ярим ўтказгичларда Ферми сатҳи таъқиқланган соҳа ўртасида ётади. Ғалаёнланган (аралашмалар концентрацияси кўп бўлган) ярим ўтказгичларда эса, у рухсат этилган, яъни ўтиши мумкин бўлган бирон соҳанинг ичига жойлашган бўлади.
Физикавий жиҳатдан олганда Ферми потенциали ярим ўтказгичнинг кимёвий ва электр потенциалларининг алгебраик йиғиндисидан иборат бўлади. Шунинг учун уни электро кимёвий потенциал деб ҳам аталади.
Кимёвий потенциал модда зарраларининг концентрациясига боғлиқ миқдордир. Зарралар концентрациясида фарқ бўлганда катта концентрацияли томондан кичик концентрацияли томонга қараб зарралар диффузияси вужудга келади. Электр потенциал эса зарядланган зарраларнинг электр майдонида кўча олиш имкониятини — дрейфини ифодалайди. Демак, Ферми потенциалининг градиенти бир вақтда икки хил ҳаракат — диффузия ва дрейфни характерлайди.
Системанинг мувозанат ҳолатида Ферми потенциалининг градиенти нолга тенг бўлади. Бу ҳол ярим ўтказгичларда эркин электронлар ва коваклар сони ўзаро тенг бўлганда уларнинг Ферми сатхларининг ҳам тенг бўлишида кўринади.
р- п ўтишдаги потенциал тўсиқ баландлиги контакт потенциаллар айирмасига тенг:
бу ерда ва — п ва р соҳаларнинг потенциаллари; NK ва NЭ — коваклар ва электронлар концентрацияси, — соф ярим ўтказгичдаги эркин электронлар концентрацияси; — температурага боғлиқ потенциал деб аталиб, у қуйидагига тенг:
Бу температура потенциалининг физик моҳияти шундан иборатки, у электр бирликларида ифодаланган статистик ҳарорат ёки электрон газдаги эркин электронларнинг ўртача кинетик энергиясидир. Уй ҳароратида ( Тқ 300 К) у 25 милливольтга тенг бўлади. Температура потенциалининг максимал қиймати ярим ўтказгич материали таъқиқланган соҳаси кенглигини ифодаловчи потенциаллар айирмасига тенг бўлади. Температуранинг ҳар бир даражага ортиши билан потенциал тўсиқнинг икки милливольтга камайиши аниқланган. Шундай қилиб, контакт потенциаллар айирмаси қуйидаги кўринишни олади.
Беркитувчи қатлам қалинлиги
билан аниқланади. = 8,83. 10-12 Ф/м диэлектрик доимийси; — ярим ўтказгичнинг нисбий диэлектрик сингдирувчанлиги; к — Больцман доимийси; е — электроннинг заряди; Т — абсолют ҳарорат. Кремний учун Т = 300 К да =0,025 В Кремний учун = 0,83 В ва l = 0,3 мкм.
р - п ўтишга ташқи манба уланса, потенциал тўсиқнинг баландлиги ўзгаради ва ток ташувчиларнинг динамик мувозанати бузилади. Натижада диффузия ва дрейф токларининг мувозанати ҳам бузилиб, натижавий токнинг катталиги ташқи манбанинг кучланишига боғлиқ бўлиб колади. Бу боғланишни аналитик ҳисоблаб, графикда тасвирлаш мумкин. Уни р-п ўтишнинг вольтампер ҳарактеристикаси (ВАХ) деб аталади.
ВАХ ни ўрганиш учун дастлаб манбанинг мусбат қутбини п томонга, манфий қутбини эса р томонга улаймиз. Бунда ички майдон билан ташқи майдон йўналиши бир хил бўлгани туфайли потенциал тўсиқ катталашиб, асосий ток ташувчанлик ҳаракати янада қийинлашади ва диффузион ток нолгача камаяди. Лекин асосий бўлмаган ток ташувчилар учун майдоннинг тезлантирувчи таъсири ортади ва улар контакт соҳаси орқали ўтишда давом этади. Бунда ҳосил бўладиган ток тескари ток, қўйилган кучланиш эса тескари кучланиш деб аталади. Демак, тескари уланишда р — п ўтишнинг қаршилиги етарлича катта бўлади. Уни тескари ўтишнинг қаршилиги деб аталади.
Энди манбанинг мусбат қутби р томонга, манфий қутби эса п томонга уланган бўлсин, бунда ташқи манбанинг контакт соҳада ҳосил килган майдоннинг кучланганлиги йўналиши р--п ўтишнинг хусусий майдони кучланганлиги йўналишига қарама -қарши йўналган бўлади ва натижада р-п ўтиш қалинлиги кичраяди ва дрейф токи ортади Бундай уланиш тўғри уланиш деб аталади. Ҳосил бўладиган ток тўғри ток, р- п ўтиш қаршилиги эса, тўғри уланиш қаршилиги дейилади. Бунда келтирилган кучланиш ошиши билан ток тезда ошиб кетади. Р-п ўтишнинг бундай бир томонлама электр токини ўказиш хоссаси ярим ўтказгичли диод ясаш учун асос қилиб олинган.
Р-п ўтиш ҳосил қилувчи ярим ўтказгичнинг бирида асосий ток ташувчи зарраларнинг концентрацияси кўп бўлиб, у эмиттер деб аталади.Иккинчи эса база деб аталади. ВАХ нинг тўғри р-п ўтиш қисмидаги ток қуйидаги формула билан аниқланади.
Бу ерда IU – иссиқлик токи, у тескари йўналишдаги токга тенг. Шунингдек, ВАХ дан диоднинг дифференциал қаршилиги ҳисобланади.
ВАХ дан кўриниб турибдики, ярим ўтказгичли диод ҳам ночизиқли элементлар қаторига киради. Диодлардан сигналларни тўғрилаш, детекторлаш, модуляциялаш ишларида фойдаланилади.Шу сабабли диодларнинг қуйидаги турлари бор:
а)паст частотали тўғрилагич диодлар;
б)юқори частотали сигналларни детекторлаш,ўзгартирш,модуляциялаш каби
ишларда қўлланилади;
в)импулъс режимида ишлайдиган диодлар радиосхемаларда калит вазифасини бажаради;
г)ярим ўтказгичли стаблитронлар;
д)туннелъ диодлар; улар кучайтиргич, генератор ва турли хил импулъс режимида ишлайдиган қурилмаларда фойдаланилади;
е)варикап;улар тескари йўналишдаги кучланишда р-п ўтиш сиғимидан
схемаларда фойдаланиладиган асбоблар;
ё)фотодиодлар;
ж)ёруғлик диодлари;улар бир ёки бир неча р-п ўтишга эга бўлган диод
бўлиб ўзидан ток ўтганда ёруғлик чиқаради;
з)оптрон асбоблар; улар битта қурилма ичига фотодиод ва ёруғлик
диоди жойлаштирилган асбобдир.Бу асбоблар сигналларни бир блокдан
иккинчисига ўтказишда ишлатилади.
