O‘zbekiston respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi o‘rta maxsus, kasb-hunar ta’limi markazi a. G. G‘aniyev, A. K. Avliyoqulov
- §. Yarim o‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanligi va
Download 4 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Xususiy o‘tkazuvchanlik.
- 143- rasm.
- Aralashmali o‘tkazuvchanlik.
- Yarim o‘tkazgichlar o‘tkazuvchanligining temperaturaga bog‘liq- ligi.
- Yarim o‘tkazgichlar o‘tkazuvchanligining yoritilganlikka bog‘liq- ligi.
- 144- rasm. 145- rasm.
- 91- §. Yarim o‘tkazgichli asboblar
- Yarim o‘tkazgichli asboblarning ahamiyati.
- Masala yechish namunalari 1 - m a s a l a
- Mustaqil yechish uchun masalalar
- Òest savollari 1.
|
90- §. Yarim o‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanligi va uning temperaturaga, yoritilganlikka bog‘liqligi Mazmuni: xususiy o‘tkazuvchanlik; n- va p- ti p o‘tkazuvchan- liklar; aralashmali o‘tkazuvchanlik; donor aralashma; akseptor ara- lashma; yarim o‘tkazgichlar o‘tkazuvchanligining temperaturaga va yoritilganlikka bog‘liqligi.
zuvchilarning elektr o‘tkazuvchanligi metallarning elektr o‘tkazuv- chanligidan yomon, dielektriklarnikidan esa yaxshiroqdir. Òabiatda yarim o‘tkazgich elementlar va yarim o‘tkazgich kimyoviy birikmalar mav- juddir. Shuning uchun ham ularni xususiy va aralashmali yarim o‘tkaz- gichlarga ajratishadi. Kimyoviy toza yarim o‘tkazgichlarga xususiy yarim o‘tkazgichlar, o‘tkazuvchanligiga esa xususiy o‘tkazuvchanlik deyila- di.Ularga germaniy —Ge, selen —Se va ba’zi kimyoviy birikmalar kiradi. 0 K da boshqa tashqi sabablar bo‘lmaganda xususiy yarim o‘tkaz- gichlar o‘zlarini dielektriklardek tutishadi. 143- rasm. Man qilingan zona Valent zonasi O‘tkazish zonasi n-tip o‘tkazuvchanlik. Òemperatura ortishi bilan valent zonasining yuqori sathi- dagi elektronlar o‘tkazish zonasining quyi sathlariga sakrab o‘tadi (143- rasm). Kris- tallga elektr maydoni qo‘yilganda esa ular maydonga qarshi harakatga kelib elektr toki hosil qildi. Xususiy yarim o‘tkazgichlarning elektron bilan bog‘liq o‘tkazuvchanligi elektron o‘tkazuvchanlik yoki (yunoncha negateve — manfiy so‘ziga asosan) n- tip o‘tkazuvchanlik deyiladi.
sakrab o‘tkazish zonasiga o‘tib ketgandan www.ziyouz.com kutubxonasi
296 so‘ng, valent zonada bo‘sh o‘rinlari qolib, ularga teshiklar deyiladi. Òashqi elektr maydoni ta’sirida elektronning bo‘sh o‘rni — teshikni qo‘shni sathdagi boshqa elektron egallashi mumkin. Bunda teshik ham ko‘chgan elektronning o‘rniga o‘tadi. Bu jarayon davom etsa go‘yoki teshik elektronlar harakati yo‘nalishiga teskari yo‘nalishda ko‘chib yurgandek bo‘ladi. Ya’ni go‘yoki zaryadi elektron zaryadiga teng, ishorasi musbat bo‘lgan zaryadning ko‘chishi ro‘y beradi. Xususiy yarim o‘tkazgichlarning kvazizarralar — teshiklar harakati bilan bog‘liq o‘tkazuvchanligi teshikli o‘tkazuvchanlik yoki (yunoncha positive — musbat so‘ziga asosan) p-tip o‘tkazuvchanlik deyiladi. Kimyoviy toza yarim o‘tkazgichlarda o‘tkazish zonasiga o‘tgan elek- tronlar soni valent zonasida hosil bo‘lgan teshiklar soniga teng bo‘ladi va ularning har ikkalasi ham elektr toki hosil qilishda ishtirok etadi. Shu bilan birga elektronlarning harakatchanligi teshiklarnikiga nisbatan katta bo‘lganligi uchun teshikli tok umumiy tokning yarmiga teng bo‘lolmaydi. Shunday bo‘lsa-da, yarim o‘tkazgichlarning solishtirma o‘tkazuvchanligi elektronli va teshikli o‘tkazuvchanliklarning yig‘in- disidan iborat bo‘ladi. Zaryad tashuvchilar, ya’ni elektronlar va teshiklar xususiy zaryad tashuvchilar bo‘lganligi uchun ham ular vujudga keltiradigan o‘tkazuvchanlikka xususiy o‘tkazuvchanlik deyiladi.
o‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanligi elektronlarning va teshiklarning konsentratsiyasi va ularning harakatchanligiga bog‘liq. Shuning uchun ham turli usullar bilan yarim o‘tkazgichlardagi zaryad tashuvchilar sonini ko‘paytirishga harakat qilinadi. Bunday usullardan biri aralash- malar kiritishdir. Yarim o‘tkazgichlarning ko‘pchiligiga aralashmalar kiritilib, ularning elektr o‘tkazuvchanligi yaxshilanadi. Aralashmalar ikki xil: donor va akseptor bo‘lishi mumkin. Donor aralashma. Agar to‘rt valentli germaniyning kristall panja- rasiga beshta valent elektronli mishyak, surma va shunga o‘xshash moddalarning atomlari aralashma sifatida kiritilsa, yarim o‘tkazgich- dagi elektronlarning konsentratsiyasi keskin ortadi. Bunga sabab aralashma atom elektronlarining to‘rttasi germaniy atomi bilan kimyoviy bog‘lanish hosil qilishda qatnashib, beshinchisining bo‘sh qolishidir. Natijada uning o‘z atomi bilan bog‘lanishi juda kuchsiz bo‘lib, uni osongina tark etishi va «erkin» elektronga aylanishi mumkin (144- rasm). Shunday qilib, bu holda aralashma atomlar o‘z elektronlarini beradi, ya’ni elektronlar donori bo‘ladi va shuning uchun ham donor ara- lashma deyiladi. Donor aralashmada elektr o‘kazuvchanlik erkin elektronlar harakatining natijasi bo‘lganligi sababli unga elektronli yoki n -ti p o‘tkazuvchanlik deyiladi. www.ziyouz.com kutubxonasi 297 Akseptor aralashma. Agar germaniyning kristall panjarasiga uchta valent elektronli indiy, galliy va shunga o‘xshash moddalarning atomlari aralashma sifatida kiritilsa, yarim o‘tkazgich o‘tkazuvchanligining xarakteri o‘zgaradi. Bunga sabab germaniyning atomi bilan juft elektron bog‘lanish hosil qilish uchun indiy atomida bitta elektron yetishmaydi. Boshqacha aytganda, bu ikki atom orasida to‘ldirilmagan valent bog‘lanish, ya’ni teshik vujudga keladi va shuning uchun ham ara- lashmaga akseptor aralashma deyiladi (145- rasm). Kristalldagi teshiklar soni aralashma atomlar soniga teng bo‘ladi. Akseptor aralashmada elektr o‘tkazuvchanlik teshiklar harakatining natijasi bo‘lganligi sababli unga teshikli yoki p-tip o‘tkazuvchanlik deyiladi.
o‘tkazuvchanligi yomonlashadi va bunga sabab molekulalar bilan ko‘proq to‘qnashishi natijasida elektronlar harakatchanligining yomon- lashishidir. Garchi yarim o‘tkazgichlarda ham temperatura ortishi bilan xuddi metallardagidek sabablarga ko‘ra, elektronlarning va teshiklarning hara- katchanligi yomonlashsa-da, u muhim rol o‘ynolmaydi. Chunki yarim o‘tkazgichlar qizishi bilan valent elektronlarning kinetik energiyasi ortadi va ular man qilingan zonadan o‘ta olish xususiyatiga ega bo‘lib qolishadi. Natijada erkin elektronlarning soni ortib, yarim o‘tkaz- gichning elektr o‘tkazuvchanligi yaxshilanadi. Shu bilan birga past temperaturalarda metallar va yarim o‘tkaz- gichlar orasidagi farq ortadi, chunki yarim o‘tkazgichlarning o‘tka- zuvchanligi yomonlashadi. Demak, past temperaturalarda yarim o‘tkaz- gichlar dielektriklarga o‘xshab ketib, ular orasidagi farq kamayadi.
lanadi. Bunga sabab yorug‘lik ta’sirida qo‘shimcha zaryad tashuvchi- larning paydo bo‘lishidir. Ular quyidagi jarayonlar natijasida vujudga kelishi mumkin: 144- rasm. 145- rasm. Mishyak
atomi Elektron
Germaniy atomi Valent bog‘lanish Germaniy atomi Teshik
Indiy atomi
www.ziyouz.com kutubxonasi 298 1) yetarli darajada katta energiyaga ega bo‘lgan yorug‘lik valent zonadagi elektronni o‘tkazish zonasiga o‘tkazib qo‘yadi. Natijada er- kin elektronlar va teshiklar soni ortadi, ya’ni yarim o‘tkazgichning xususiy o‘tkazuvchanligi yaxshilanadi; 2) yorug‘lik donor aralashmaga tushib, undagi elektronni o‘tka- zish zonasiga o‘tkazadi va erkin elektronlar soni ortadi; 3) yorug‘lik valent zonadagi elektronni akseptor aralashmaga chiqaradi va valent zonada qo‘shimcha teshiklar paydo bo‘ladi.
1. Xususiy yarim o‘tkazgichlar deb qanday yarim o‘tkazgichlarga ayti- ladi? Misollar keltiring. 2. Xususiy o‘tkazuvchanlik deb qanday o‘tkazuv- chanlikka aytiladi? 3. 0 K da xususiy yarim o‘tkazgichlar o‘zlarini qanday tutadilar? 4. n-tip o‘tkazuvchanlik deb qanday o‘tkazuvchanlikka aytiladi? 5. n-tip o‘tkazuvchanlik qanday vujudga keladi? 6. p-tip o‘tkazuvchanlik deb qanday o‘tkazuvchanlikka aytiladi? 7. p-tip o‘tkazuvchanlik qanday vujudga keladi? 8. Xususiy o‘tkazuvchanlik deb qanday o‘tkazuvchanlikka aytiladi? 9. Aralashmalar yarim o‘tkazgichga nima maqsadda kiritiladi? 10. Aralashmalar necha xil bo‘lishi mumkin? 11. Donor aralashma deb qanday aralashmaga aytiladi? 12. Donor aralashma qanday o‘tkazuv- chanlikni vujudga keltiradi? 13. Akseptor aralashma deb qanday aralash- maga aytiladi? 14. Akseptor aralashma qanday o‘tkazuvchanlikni vujudga keltiradi? 15. Òemperatura ortishi bilan yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanligi qanday o‘zgaradi? 16. Òemperatura ortishi bilan yarim o‘tkazgich o‘tka- zuvchanligining yaxshilanish mexanizmini tushuntirib bering. 17. Òem- peratura pasayishi bilan o‘tkazuvchanlikning yomonlashuvini tushuntiring. 18. Yarim o‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanligi yorug‘lik ta’sirida o‘zgara- dimi? 19. Yorug‘lik xususiy yarim o‘tkazgichlarga qanday ta’sir ko‘rsatadi? 20. Yorug‘lik aralashmali yarim o‘tkazgichlarga qanday ta’sir ko‘rsatadi? 91- §. Yarim o‘tkazgichli asboblar M a z m u n i : diod va triod; yarim o‘tkazgichli asboblarning ahamiyati.
zish xususiyatiga ega ekanligi ularni o‘zgaruvchan tokni to‘g‘rilash uchun ishlatilishiga imkon beradi. Bitta p-n- o‘tish mavjud bo‘lgan yarim o‘tkazgichli asbob yarim o‘tkazgichli diod deyiladi. Diodning ish prinsi- pini tushunish uchun p-n- kontaktni o‘rganaylik (146- a rasm). p- va n- tip o‘tkazuvchanlikli yarim o‘tkazgichlar bir-birlariga tegdirilsa, www.ziyouz.com kutubxonasi
299 elektronlari ko‘p bo‘lgan n- sohadan p- sohaga elektronlarning, teshiklar ko‘p bo‘lgan p-sohadan n-sohaga teshiklarning o‘tishi (diffuziyasi) ro‘y beradi. Natijada ular o‘rtasida kontakt potensiallar farqi vujudga keladi. Elektronlar va teshiklar yarim o‘tkazgichlar chegarasida diffuziya yana davom etishiga to‘sqinlik qiluvchi yopuvchi potensialni vujudga keltiradi. Endi qurilgan sistemaga tashqi maydon qo‘yamiz, ya’ni 146- b rasmda ko‘rsatilgandek tok manbayini ulaymiz. Òashqi maydonning kuchlanganligi yopuvchi qatlam maydonining yo‘nalishi bilan mos kelsin. Natijada elektronlar maydonga qarshi, teshiklar esa maydon bo‘ylab harakat qilib chegara sirtdan uzoq- lashishadi. Yopuvchi qatlam kengayib, uning kengligi qo‘yilgan potensiallar farqiga bog‘liq bo‘ladi. Yopuvchi qatlamda elektronlar va teshiklar soni kam bo‘lgani uchun u o‘zini dielektrikdek tutadi va natijada p-n o‘tish orqali tok o‘tmaydi. Òashqi maydonning yopuvchi qatlamni kengaytiradigan yo‘nali- shiga yopuvchi yoki teskari yo‘nalish deyiladi. Endi tokning yo‘nalishini 146-d rasmdagidek qilib o‘zgartiramiz. Elektronlarning va teshiklarning harakat yo‘nalishi o‘zgaradi. p-n- o‘tish joyida ular rekombinatsiyalanadi, ya’ni bir-birlarini neytrallashadi va natijada yopuvchi qatlam yupqalashib uning qarshiligi kamayadi. Demak, bu yo‘nalishda, ya’ni p- yarim o‘tkazgichdan n- yarim o‘tkazgich tomonga tok o‘tadi. Shuning uchun ham bu yo‘nalishga o‘tkazuvchi yoki to‘g‘ri yo‘nalish deyiladi. Shunday qilib, p-n o‘tish bir tomonlama o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lib, bunday yarim o‘tkaz- gichli diod to‘g‘rilagichlar sifatida ishlatiladi va uning shartli belgisi 146- e rasmda ko‘rsatilgan. Yarim o‘tkazgichli diodlar lampali diod- larga nisbatan qulay, ishonchli va hajmi kichkina bo‘lganligi uchun ularni radiotexnikadan to‘la siqib chiqardi. Yarim o‘tkazgichli diodlar nafaqat to‘g‘rilagich va balki detektor (qayd etgich) sifatida ham ishlatilishi mumkin.
O‘tish
sohasi Yopuvch
i qatlam
tashqi maydon E E a) e) b) d) tashqi maydon www.ziyouz.com kutubxonasi
300 Òranzistor. Òriod. Yarim o‘tkazgichli triod — tranzistorni yasash uchun aralashmali yarim o‘tkazgich materialining uchta tarkibiy qismi (shuning uchun ham triod deyiladi) bo‘lishi kerak: ikkita n- va bitta
gan. Òranzistor zanjirga ulanganda ikkita batareyadan foydalaniladi. Ulardan birining musbat qutbi tranzistorning emitteri (e) deyiluvchi
ulanadi. Ikkinchi batareyaning musbati bazaga, manfiy qutbi esa kollektor (k) deyiluvchi ikkinchi p- qismga ulanadi. Shunday ulanishda emitterdagi teshiklar bazaga ketib, ularning keyingi, bazadan kollektorga tomon harakati ikkinchi batareya ta’sirida amalga oshadi. Birinchi batareyaning kuchlanishi ortishi bilan baza orqali kollektorga yetuvchi, emitterdagi teshiklar soni ham ortadi. Demak, lampali triodda to‘r va katod orasidagi kuchlanish anod tokini boshqargani kabi, tranzistorda ham baza va emitter orasidagi kuchlanish kollektor tokini boshqaradi. 147- b rasmda yarim o‘tkazgichli triodning shartli belgisi ko‘rsatilgan. Yarim o‘tkazgichli triodlar kuchaytirgichlar va generatorlar sifatida ishlatiladi. Yarim o‘tkazgichli asboblarning ahamiyati. Yarim o‘tkazgichli as- boblar vujudga kelishi radiotexnikada inqilobiy burilish yasadi. Ular- ning soddaligi va kichikligi, mikromodullar sifatida uzluksiz ravishda bosib chiqarish usuli bilan tayyorlash imkonini yaratdi. Mikromodullar yupqa varaqlardek bo‘lib, ularda diodlar, triodlar, qarshiliklar va radiosxemaning boshqa elementlari zarb qilinadi. Mikromodullarning turli kombinatsiyalarini tuzib, oldindan belgilangan parametrli radioqurilmalarni yasash mumkin. Hozirgi paytda yarim o‘tkazgichli diodlar, triodlar, rezistorlar ishlatilmaydigan asboblarning o‘zi mavjud emas. Yarim o‘tkazgichli termistor (termorezistor) yordamida temperaturani o‘lchovchi detektor, elementar zarralarni qayd etuvchi, fotorezistor — yorug‘lik energiyasini qayd etuvchi va ko‘plab boshqa asboblarni misol qilib keltirish mumkin. Kosmik kemalarning barchasi quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirib beruvchi yarim 147- rasm. Kollektor toki Baza
toki a) b) www.ziyouz.com kutubxonasi 301 o‘tkazgichli quyosh batareyalari bilan jihozlangan bo‘lsa, tibbiyot insonning nozik organlariga kirib, uning faoliyatidan ma’lumot beruvchi datchiklar (qayd etuvchilar) bilan jihozlangandir. Garchi, ushbu da- lillarning o‘zi ham yarim o‘tkazgichli asboblarning foydalanish sohasi kengligini ko‘rsatib tursa-da, hali ularning ishlatilish istiqbollari juda keng. Bu sohadagi izlanishlar tugamagan bo‘lib, insoniyat yarim o‘tkazgichlar fizikasidan ko‘plab yangiliklarni kutmoqda. Sinov savollari 1. Yarim o‘tkazgichli diod deb qanday asbobga aytiladi? 2. Yarim o‘tkaz- gichli diodning ish prinsipi. 3. Yopuvchi yo‘nalish deb tashqi maydonning qanday yo‘nalishiga aytiladi? 4. Qachon yopuvchi qatlam kengayadi? 5. Qachon yopuvchi qatlam yupqalashadi? 6. Yarim o‘tkazgichli diod tokni har ikkala yo‘nalish bo‘yicha ham o‘tkazadimi? 7. Yarim o‘tkazgichli diodlarning lam- pali diodlardan afzalliklari nimada? 8. Òriod qanday tuzilgan? 9. Yarim o‘tkazgichli triodda kollektor toki nimani boshqaradi? 10. Òriodlar qayerda ishlatiladi? 11. Yarim o‘tkazgichli asboblarning afzalliklari nimada? 12. Yarim o‘tkazgichlar detektor sifatida qayerlarda ishlatiladi? 13. Yarim o‘tkazgichlarning quyosh batareyasi sifatida va tibbiyotda ishlatilishi. 14. Yarim o‘tkazgichli as- boblarning ishlatilishiga misollar keltiring. Masala yechish namunalari 1 - m a s a l a : Aluminiy simdagi tok zichligi 1 A/mm 2 . Aluminiy jism birligidagi erkin elektronlarning soni atomlarning soniga teng deb faraz qilib, elektronlar batartib harakatining o‘rtacha tezligi <v> aniqlansin.
2 = 10 6 A/m
2 ;
e = n A . ————— <v> = ? .
e n ×
v Bu yerda e = 1,6 · 10 –19 C — elektronning zaryadi, n = n e = n A — elektronlarning konsentratsiyasi: . A e A m N N A V M n n n r × = = = = Unda <v> uchun ifoda quyidagi ko‘rinishini oladi: Yechish. Tok zichligi va elektronlar batartib harakatining o‘rtacha tezligi orasida quyidagi munosabat mavjud:
Bundan <v> ni topib olamiz: www.ziyouz.com kutubxonasi
302 .
j M N e × ×r× < > = v Bu yerda: N A = 6,02 · 10 23 mol
–1 — Avogadro soni; m M V r = — molyar hajm; M = 27 · 10 -3 kg/mol — aluminiyning molyar massasi; r = 2,7 · 10 3 kg/m 3 — zichligi. Kattaliklarning qiymatlaridan foyda- lanib topamiz.
= = × × × × × × × - - - v 10 27 10
6 02 10 2 7 10 1 6 10 6 3
3 19 4 10 0 1
, , , , m s m s mm / s . J a v o b : <v> = 0,1 mm/s. 2 - m a s a l a . Agar azotning ionlashuv potensiali 14,5 V ga teng bo‘lsa, azot atomini ionlashtirish uchun elektron qanday eng kichik tezlikka ega bo‘lishi kerak?
= Dj = 14,5V; N 2
——————————— v min
= ? yoki
2 min
2 .
i m e eu = ×Dj=
v Ushbu ifodadan v min ni topib olamiz: min 2 . i e e u m v × ×
= Bu yerda: e = 1,6 · 10 –19 C — elektronning zaryadi; m e = 9,1 · 10 –31 kg — massasi. Kattaliklarning son qiymatlari yordamida topamiz: 19 6 min 31 2 1, 6 10 14, 5 9,1 10
m m 2,3 10 s s
- -
× × × = = × . J a v o b : v min =2,3 · 10 6 m/s.
Mustaqil yechish uchun masalalar 1. Ko‘ndalang kesimining yuzi 1mm 2 bo‘lgan mis o‘tkazgichdan 10 A tok oqmoqda. Har bir atomiga ikkitadan zaryad tashuvchi elektron to‘g‘ri keladi deb hisoblab, misdagi elektronlar ba- tartib harakatining o‘rtacha tezligi <v> aniqlansin. (<v> = 3,7 mm/s). Yechish. Elektron azot atomini ionlashtirish uchun uning kinetik energiyasining eng kichik qiymati chiqish ishiga teng bo‘lishi kerak:
ê.min
= A www.ziyouz.com kutubxonasi 303 2. Uzunligi 2 m, ko‘ndalang kesimining yuzi 0,4 mm 2 bo‘lgan mis o‘tkazgichdan tok o‘tgan har bir sekundda 0,35 J issiqlik miqdori ajraladi. Bu o‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzidan bir sekund- da nechta elektron o‘tadi? (N = 1,27 · 10 19 ) 3. Agar buyumga 1,8 g nikel qatlami o‘tirgan bo‘lsa, nikellash qancha vaqt davom etadi? Òok kuchi 2 A. (t = 50 min) 4. Òelevizor kineskopida anoddagi tezlashtiruvchi kuchlanish 16 kV ga teng. Anoddan ekrangacha bo‘lgan masofa 30 sm. Elektronlar bu masofani qancha vaqtda o‘tadi? (t = 4 ns)
harakati tufayli hosil bo‘ladi? A. Manfiy va musbat ionlar. B. Erkin elektronlar. C. Elektron va musbat ionlar. D. Musbat va manfiy ionlar hamda erkin elektronlar. E. Javoblar orasida to‘g‘risi yo‘q.
tufayli hosil bo‘ladi? A. Faqat elektronlar. B. Musbat va manfiy ionlar. C. Manfiy ionlar va elektronlar. D. Faqat musbat ionlar. E. Òo‘g‘ri javob A va D.
harakati tufayli hosil bo‘ladi? A. Musbat va manfiy ionlar. B. Manfiy ionlar va elektronlar. C. Atomlar. D. Molekulalar. E. To‘g‘ri javob yo‘q.
Download 4 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|