Metallar. Yarimo`tkazgichlar, dielektriklar. Valent zonadagi energetik satxlar elektronlar tomonidan qanchalik ishg`ol etilganligi va taqiqlangan zonaning energetik kengligiga qarab barcha qattiq jismda uch sinfga bo`linadi.
1.Metallar (o`tkazgichlar). Metallarda valent zonadagi energetik satxlarning bir qismigina elektronlar tomonidan ishg`ol etilgan bo`ladi. Yuqori satxlarda turgan elektronlarga ularni yana ham yuqoriroq satxlarga o`tkazish uchun uncha katta bo`lmagan (10-23-10-22eV) energiya berish yetarlidir.
|
|
|
Metallarning solishtirma elektr qarshiligi =10-610-5 omm
2. Yarimo`tkazgichlar. Yarimo`tkazgichlarda valent zonadagi barcha energetik satxlarni elektronlar egallagan bo`ladi. Тaqiqlangan zonaning energetik kengligi W uncha katta bo`lmay (W3 eV) kristall harorati
|
|
|
yetarlicha yuqori bo`lganda (masalan uy haroratida) issiqlik harakati energiyasi tufayli valent zonadagi elektronlarning bir qismi bo`sh zonadagi energetik satxlarga ko`tarilishga qodir bo`ladi. Yarim o`tkazgichlarning solishtirma elektr arshiligi =10-510-8 omm
3. Dielektriklar (izolyatorlar). Dielektriklarda ham valent zonadagi barcha satxlar elektronlar bilan to`lgan bo`ladi.
|
|
|
Shu bilan birga dielektrniklarda W yetarlicha katta bo`lib (W3 eV) elektr maydon ta’sirida yoki issiqlik harakat energiyasi tufayli elektronlar valent zonadan bo`sh zonaga unga ko`p o`ta olmaydilar. Dielektriklarni solishtirma elektr qarshiligi =1081013 omm
Yarimo`tkazgichlarni xususiy elektr o`tkazuvchanligi. Barcha valent elektronlari kovaliyent bog`lanishda qatnashgan sof yarimo`tkazgich kristali izolyator bo`ladi, ya’ni elektr tokini o`tkazmaydi. Lekin biror ta’sir natijasida masalan qizdirganda kristallning ayrim qismlaridagi kovalent bog`lanish buzilishi mumkin. Bunda elektron o`z o`rnini tashlab kristall bo`ylab erkin harakat qila boshlaydi. Elektron bo`shagan joyni teshik deyiladi. Bu yerda manfiy zaryadli
elektron yetishmaganligi uchun teshikning zaryadini musbat deb qabul qilingan.
Demak sof yarim o`tkazgichda elektron va teshiklar birgalikda, ya’ni juft bo`lib vujudga keladi yoki yo`oladi.
Energetik satxlar sxemasida elektron teshik juftini vujudga kelishiga taqiqlangan zonaning energetik kengligi (W) dan kattaroq qo`shimcha energiya olgan valent zonadagi biror elektronning o`tkazuvchanlik zonasiga o`tishi mos keladi.
|
|
Elektr maydon ta’sirida butun kristall bo`ylab elektronlar maydon kuchlanganligiga teskari, teshiklar esa maydon kuchlanganligi yo`nalishida harakat qiladi. Elektronlarning ham, teshiklarning ham harakati kristall bo`ylab zaryadlarni tashishga olib keladi. Bunday elektr o`tkazuvchanlik mexanizimi faqat sof yarim o`tkazgichlar uchun xos bo`lib, uni xususiy elektr o`tkazuvchanlik deyiladi. Demak xususiy elektr o`tkazuvchanlikning yuzaga kelishiga ikki xil ishorali zaryad tashuvchilar: manfiy elektronlar (n) va musbat teshiklar (p) sabab bo`ladi. Хususiy o`tkazuvchanlik yetarlicha yuqori haroratda hamma yarim o`tkazgichlarda kuzatiladi.
Yarim o`tkazgichlarning xususiy elektr o`tkazuvchanligi. haroratga proporsional ravishda ortib boradi. Qarshilik esa, aksincha (chunki ) kamayib boradi. Solishtirma qarshilik esa
qonun bo`yicha o`zgaradi, metallarda esa bunda, 0-00S dagi solishtirma qarshilik.
Yarimo`tkazgichlarda qaralashmali elektr o`tkazuvchanlik. Тabiatda sof yarim o`tkazgich bo`lmaydi. Har qanday yarim o`tkazgichga bir oz miqdorda o`zga element atomlari aralashgan bo`ladi. Ma’lumki umuman, har qanday jismdagi aralashma ham shu jismning elektr hususiyatiga ta’sir etadi, masalan metallardagi aralashma ularni arshiligini ortiradi. Dielektriklarda aralashma tufayli tok tashuvchilar vujudga keladi. Faraz qilaylik to`rt valentli germaniy (Ge) yoki kremniy (Si) atomlaridan tuzilgan kristall panjaraning ba’zi tugunlarida besh valentli atom masalan fosfor (P) yoki mishyak (As) joylashgan bo`lsin.
Bu holda aralashma fosfor atomining to`rtta valent elektroni o`shni Ge atomlari bilan kovalent bog`lanishda bo`ladi. Beshinchi elektron esa atom bilan shunchalik zaif bog`langan bo`ladiki, xatto issiqlik harakat energiyasi ham bu elektronni atomdan ajralib ozod bo`lishiga yetarli bo`ladi.
Тo`rt valentli element atomlaridan tuzilgan kristallga besh valentli element atomlari aralashgan bo`lsa, bunday yarim o`tkazgichning elektr o`tkazuvchanligi elektronli o`tkazuvchanlik bo`ladi. Buni ko`pincha n-tip o`tkazuvchanlik
deyiladi. Aralashma atomi yarim o`tkazgichga elektron berayotganligi uchun, odatda uni donor (“beruvchi”) deyiladi. n-tip aralashmalar tufayli taqiqlangan zonada donor satx vujudga keladi. Donor satxlar odatda, o`tkazuvchanlik zonasining tubiga yaqin joylashgan bo`ladi. Endi to`rt valentli element atomlaridan iborat bo`lgan kristall panjarasining ba’zi tugunlariga
|
|
uch valentli element atomlari joylashgan bo`lsin. Masalan sof germaniyga indiy (In) qo`shilgan bo`lsa, indiyni uchta valent elektroni uchta qo`shni germaniy atomlari bilan kovalent bog`lanishda bo`ladi. Yetishmayotgan to`rtinchi elektron kristallning qo`shni joylaridan olinadi, bu joyda esa teshik hosil bo`ladi, indiy atomi manfiy ionga aylanadi.
Agar yarim o`tkazgichda elektr maydon hosil qilinsa, teshik elektr maydon kuchlanganlik vektori yo`nalishida ko`chib, yarim o`tkazgichda teshikli elektr o`tkazuvchanlik mavjud bo`ladi. Bunday elektr o`tkazuvchanlikni p-tip
o`tkazuvchanlik (positiv-musbat) deb ham ataladi. p-tip yarim o`tkazgichdagi aralashma atomi kristallni tashkil etuvchi asosiy atomning elektronini qabul qilib olishi natijasida teshik vujudga kelganligi uchun, odatda uni akseptor (“qabul qiluvchi”) yoki p-tip aralashma deyiladi.
p-tip aralashmalar tufayli taqiqlangan zonada akseptor satxi vujudga keladi. Valent
|
|
zonaning yuqori energetik satxdan akseptor satxga elektronning o`tishi uchun lozim bo`lgan energiya Wa taqiqlangan zonaning energetik kengligidan qancha kichik bo`ladi (Wa0,1 eV). Bu o`tish natijasida valent zonada bo`sh energetik satxlar vujudga keladi. Elektr maydon ta’sirida quyiroq satxlardagi elektronlar yuqoriroq satxlarga ko`tariladi. Natijada teshiklar elektronlarning ko`chishi teskari yo`nalishda ko`chadi.
p-n o`tishi va uning volt-amper xarakteristikasi. Ikkita bir xil element (masalan germaniy)dan iborat bo`lgan kristall parchasini ko`raylik. Birinchi kristall n-tip, ikkinchi kristall p-tip yarim o`tkazgich bo`lsin. Bu kristallar bir-biriga tegmagan (kontakt bo`lma-gan) hol 1-rasmda tasvirlangan. Endi, bu ikkala kristallni bir-biriga shunday jipslab tegizaylikki, natijada ular orasida nixoyat yaxshi elektr kontakt vujudga kelsin
(2-rasm). Bu kontakt orqali birinchi kristalldagi zaryad tashuvchilar ikkinchi kristallga va aksincha, ikkinchi kristalldagi zaryad tashuvchilar birinchi kristallga o`ta boshlaydi. Natijada chegaraviy sohada qo`sh elektr qatlam vujudga keladi.
|
n-tip p-tip
1-rasm
|
Bu qatlamdagi zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi nixoyatda kichik. Shuning uchun bu qatlamning elektr qarshiligi nixoyatda katta bo`ladi.
Shunday qilib, n va p yarim o`tkazgichlarning bir-biriga tegib turgan sohasida (bu sohaning qalinligi 10-7m chamasida) vujudga kelgan qatlamni p-n o`tish deb ataladi. p-n o`tish orqali qarama-qarshi yo`nalishlarda asosiy Ia (n-tip)
yarimo`tkazgichda elektronlar va p-tip yarimo`tkazgichda teshiklar) va nasosiy In (n-tip yarimo`tkazgich sohasidagi teshiklar va p-tip yarimo`tkazgich sohasidagi elektronlar) toklar mavjud bo`ladi. Muvozanat vaziyatida bu toklarning absolyut qiymatlari teng bo`ladi, shuning uchun p-n o`tish orqali natijaviy tokning qiymati nolga teng bo`ladi:
|
2-rasm
|
I=Ia+In=0
Agar p va n-tipdagi yarimo`tkazgichlardan iborat kristallning n-sohasiga tok manbaining manfiy qutbini va p sohasiga musbat
qutbini ulasak (3-rasm) p-n o`tish orqali otayotgan natijaviy tokning qiymati to`g`ri kuchlanishga proporsional ravishda ortib boradi va p sohadan n soha tomon yo`nalgan bo`ladi, chunki IaIn.
Iн
Ia
Bu yo`nalishni to`g`ri yo`nalish deb taladi.
Kristallning n sohasiga tok manbaining musbat qutbini, p sohasiga esa manfiy qutbini ulaylik (4-rasm). Bunday kuchlanishni teskari kuchlanish deb ataladi. Bu holda potensial to`siq balandligi eV oshadi. Natijada asosiy tokning qiymati kamayib ketadi. Bunda asosiy tokning qiymati noasosiy tokning qiymatidan kichik bo`ldai, ya’ni IaIn. (5-rasm)
Demak, har ikkala holda ham natijaviy tokning qiymati p-n o`tishga berilgan kuchlanishga bog`liq ravishda o`zgaradi. Bu bog`lanish p-n o`tishning volt-amper xarakteristikasi deyiladi. (5-rasm). Rasmdan ko`rinib turibdiki p-n o`tishning elektr qarshiligi to`g`ri yo`nalishda juda kichik qiymatga ega bo`ladi. Shuning uchun p-n o`tish orqali o`tuvchi to`g`ri yo`nalishdagi tokning qiymati teskari yo`nalishdagi tokning qiymatidan juda katta bo`ladi. Yarim o`tkazgichli diod va tranzistorlar. p-n o`tishning xususiyatlaridan foydalanib yarim o`tkazgichli to`g`rilagich (diod) va elektr signallarini kuchaytiruvchi qurilmalar (tranzistorlar) yasash mumkin. Ma’lumki p-n o`tishni p va n tipdagi yarim o`tkazgichlarni bir-biriga tegizish yo`li bilan hosil qilib bo`lmaydi. Shuning uchun p-n o`tishni hosil qilishni turli usullari mavjud.
1. n-tipdagi germaniy kristali ustiga ozgina indiy kristalining parchasini qo`yib, ularni asta-sekin qizdiriladi. Natijada n-tip germaniy ustida
|
n-tip p-tip
- +
3-rasm
n-tip p-tip
+ -
4-rasm
I
V
5-rasm
|
Iно
Ia
p-tip germaniydan iborat qatlam vujudga keladi. Ular oralitsida esa p-n o`tish hosil bo`ladi.
2. Biror idishga n-tip germaniy va unda p-tip o`tkazuvchanlik hosil qiluvchi galliy solaylik. Qizdirish tufayli galliy atomlari bug`lanadi va diffuziya hodisasi natijasida n-tip germaniy ichiga kirib boradi. Natijada galliy kirib bergan qatlam p-tip yarimo`tkazgichga aylanadi va yarimo`tkazgich (germaniy) sirtidan unchalik chuqur bo`lmagan masofoda p-n o`tish vujudga keladi.
Ma’lumki p-n o`tish orqali elektr tok asosan bir yo`nalish
(to`g`ri yo`nalish)da oadi. p-n o`tishning bu xususiyatidan foydalanish mumkin. Хaqiqatdan ham, p-n o`tishga sinusoidal qonun bo`yicha o`zgaruvchi kuchlanish qo`yilgan bo`lsin (1-rasm). Тoq yarim davrlardagi kuchlanish p-n o`tish uchun to`g`ri kuchlanish bo`lsa, juft yarim davrlardagisi esa teskari kuchlanish bo`ladi. Shuning uchun p-n o`tish orqali oqayotgan tok kuchining vaqtga bog`liligi 1-rasmdagidek bo`ladi.
Yarimo`tkazgichli diodlar to`g`rilagich sifatida ishlatiladi.(2-rasm). Ko`pincha yarim o`tkazgichli diodlardan iborat
|
V
I
1-rasm
|
p n p
to`g`rilagichlar ning ko`prik sxemalaridan (3-rasm) keng foydalaniladi. Тo`g`rilagichning ko`prik sxemasida tokning ikkala yarim davrlaridan foydalanish imkoniyati to`g`iladi.
Yarimo`tkazgichli triodlar odatda tranzistor deb ataladi. Тranzistorlar uchta yupqa qatlamdan tashkil topgan bo`ladi (4-rasm) va 2 ta p-n o`tishdan iboratdir.
Тranzistorni o`rta qatlami baza (B) chetki qatlamlari esa emitter (E) va kollektor (K) deb ataladi. 4-rasmda p-n-p tranzistori va uni sxemalardagi tasvirlanishi ko`rsatilgan. Тranzistor yordamida elektr signalni kuchaytirish mumkin. 5-rasmda p-n-p tranzistorni umumiy baza bo`yicha ulash sxemasi tasvirlangan. Тranzistorni ikki bir-biriga qarama-qarshi ulangan p-n diodlardan tashkil topgan deyish mumkin. Тo`g`ri kuchlanish ta’sirida birinchi p-n o`tish orqali emitterdan baza tomon asosiy tok oqadi. Bu tokni emitter toki (Ie) deyiladi. Emitterdan bazaga o`tgan teshiklarning taxminan bir protsentcha qismi bazadagi elektronlar bilan rekombinatsiyalashadi. Тeshiklarning qolgan asosiy qismi tranzistordagi ikkinchi p-n o`tish orqali xech qanday qarshilikka uchramay bazadan kollektorga o`tadi. Ikkinchi p-n o`tishdagi teskari kuchlanish ta’sirnida bazadagi
|
Rn
3-rasm
E K
4-rasm B K
B
E
|
|
teshiklar kollektorga o`tib kollektor toki (Ik)ni tashkil etadi. Emitter toki kollektor tokiga taxminan teng, ya’ni Ie=Ik. Emitter tokining o`zgarishi kollektor tokini o`zgarishiga sabab bo`ladi. Kollektor zanjiridagi nagruzka qarshiligidagi kuchlanish chiqish
p n p
kuchlanishi deyiladi. Vchi=IkRn
Emitter zanjiridagi o`zgaruvchan kuchlanish, Vkir=IeRkir
Bunda, Rkir-o`zgaruvchan kuchlanishi zanjiridagi qarshilik. Kuchlanish bo`yicha kuchaytirish koeffitsiyenti
|
u Rn
5-rasm
|
Hozirgi vaqtda K1000 bo`lgan germaniy tranzistorlari mavjud.
Do'stlaringiz bilan baham: |
