Klassifikatsiyasi va ulardagi farq
Download 253.69 Kb. Pdf ko'rish
|
|
5 - Mavzu. Yarimo'tkazgichli elektonika. Zonalar nazariyasi. Yarim kazgichli materiallar. Yarim o'tkazgich hamda o'tkazgichlarda tok tashuvchilar klassifikatsiyasi va ulardagi farq. Yarim o’tkazgichli asboblar hozirgi zamon elektronikasining asosini tashkil etadi. Barcha Yarim o’tkazgichli asboblar Yarim o’tkazgichli materiallardan yasaladi. Yarim o’tkazgichli moddalar tabiatda keng tarqalgan. Yarim o’tkazgichli asboblarni ishlab chiqish va ulardan foydalanishda, Yarim o’tkazgichli moddalarning tabiatini bilish muhim ahamiyatga ega. Yarim o’tkazgich moddalarining fizikaviy xossalari metall va dielektriklardan ancha farq qiladi. Elektron texnikasi sanoatida Yarim o’tkazgichli asboblar (tranzistor, mikrosxemalar va boshqalar)ni ishlab chiqarishda asosan germaniy, kremniy va AsGa kabi Yarim o’tkazgichlar keng qo’llaniladi. Yarim o’tkazgichli moddalarning tuzilishi va ularning ayrim xossalarini ko’raylik. Tabiatdagi barcha moddalarni elektr o’tkazuvchanligiga qarab 3 guruhga bo’lish mumkin: 1. O’tkazgichlar (elektr o’tkazuvchanligi м cuм 6 10 ) dan katta; 2. Yarim o’tkazgichlar (elektr o’tkazuvchanligi − −8 10 6 10 м cuм ) oralig’da; 3. Dielektriklar (elektr o’tkazuvchanligi м cuм 8 10 − ) dan kichik. Bu moddalarning elektr o’tkazuvchanligidan ko’rish mumkinki, Yarim o’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligi juda keng oraliqda o’zgaradi. Yarim o’tkazgichli moddalarga germaniy, kremniy, indiy, selen, fosfor kabi moddalar kiradi. Mendeleev davriy jadvalining uchinchi, to’rtinchi va beshinchi guruh elementlarning ayrimlari hamda Shu guruhdagi elementlarning birikmalari ham kiradi. Masalan, AsGa; Jn As, GaP, GaSb va boshqalar. Yarim o’tkazgichli moddalarning elektr qarshiligining temperatura koeffitsienti manfiy qiymatga ega. Shu sababli Yarim o’tkazgichli moddalarning elektr qarshiligi (elektr o’tkazuvchanlik) harorat o’zgarishi bilan o’zgaradi (harorat ortishi bilan elektr qarshiligi kamayadi). Barcha Yarim o’tkazgichlar absolyut nol T=0K haroratda dielektrik hisoblanadi. Yarim o’tkazgichlarning tabiati va Shuningdek fizikaviy xossalari (elektr, mexanik magnit va optik xossalari)ni bilish uchun ularning kristalli va elektron tuzilishini o’rganish lozim. Yarim S i Si Si Si Si e 6.1-расм. o’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligini tuShuntirish uchun germaniy yoki kremniy kristallarini atomar tuzilishini ko’raylik. Kremniy 4 guruh elementi bo’lganligi uchun tashqi elektron qobig’ida 4 ta valent elektron mavjud. Kristaldagi har bir atom qo’shni 4 ta atom bilan kovalent bog’lanishga kirishadi. Bunda birinchi atomning bitta elektroni qo’shni atomning xuddi Shunga o’xshash bitta elektroni bilan o’rin almashinib kovalent bog’ hosil qiladi. Harorat ortishi bilan baʻzi bir elektronlarning issiqlik energiyasi bog’lanish energiyasini o’zishga (engishga) etarli bo’lib qoladi. Kovalent bog’lanishdan chiqib ketgan elektronlar erkin elektronlarga aylanadi. Kovalent bog’lanishni uzib chiqib ketgan elektron o’rni bo’shab «kovakka» aylanadi. Kovak bu shartli tushuncha bo’lib, u Yarim o’tkazgichlarni o’tkazuvchanligini o’rganish uchun qulay (usul) klassik model hisoblanadi. eski adabiyotlarda bu tushuncha «teshik» deb atalgan. Kovaklarning yuzaga kelishi Yarim o’tkazgichda elektr o’tkazuvchanlikni oshishiga olib keladi. Chunki kovakka («bo’sh joyga») boshqa bir elektron kelib uni yo’qotadi (neytrallaydi). Shuningdek, yangi kovaklar ham hosil bo’ladi. Demak, kristalda kovakning vaziyati o’zgarib turadi. Kovaklar butun kristall hajmi bo’ylab tartibsiz harakatda bo’ladi. Kovaklar kontsentratsiyasini oshishiga tashqi omillar taʻsir etadi. Masalan, harorat, nurlanishlar va x.k. Shuningdek, Yarim o’tkazgichga oz miqdorda aralashmaning kiritilishi ham kovaklar yoki ozod elektronlar kontsentratsiyasining ortishiga olib keladi. Bu esa Yarim o’tkazgich o’tkazuvchanligini keskin ortishiga sabab bo’ladi. Agar kristallga elektr maydon qo’yilsa, kovaklar maydon yo’nalishida ozod elektronlar esa maydonga qarshi yo’nalishda tartibli harakatlanib o’tkazuvchanlik tokini oshiradi. Demak Yarim o’tkazgichda asosiy tok tashuvchilar 2 xil turda bo’lar ekan: elektronli va kovakli. Ideal (toza) Yarim o’tkazgichda teng miqdorda elektron va kovaklar bo’ladi. Agar elektronlar kontsentratsiyasini n i kovaklar kontsentratsiyasini p i desak u holda i i n p bo’ladi. Sof Yarim o’tkazgichning xususiy o’tkazuvchanligi erkin elektronlar va kovaklar o’tkazuvchanliklarining yig’indisiga teng bo’ladi: k э j j j + = ; Yuqorida taʻkidlanganidek, yarim o’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligini unga kam miqdorda aralashma kiritib ham oshirish mumkin. Faraz qilaylik, qandaydir Yarim o’tkazgichga juda kam miqdorda boshqa Yarim o’tkazgich atomlari aralashma sifatida qo’shilgan bo’lsin. Masalan, kremniyga beshinchi guruhga kiruvchi mish’yak yoki fosfor moddasi atomlari aralashma sifatida kiritilgan bo’lsin. Beshinchi guruh elementlari atomlarining tashqi elektron qobig’ida beshta elektron bo’lganligidan uning to’rttasi germaniy atomi bilan kovalent bog’lanishga kirishadi. Beshinchi elektron esa bog’lanishda qatnashmaganligi tufayli erkin elektronga aylanadi. Natijada bu elektronlar tok tashuvchi bo’lib xizmat qilishi mumkin. Bu holda yarim o’tkazgichga kiritilgan aralashmalar donorli aralashma deb ataladi. Bunday yarim o’tkazgich esa n – turli (inglizcha negative – manfiy) o’tkazuvchanlikka ega bo’ladi. Bunda hosil bo’lgan o’tkazuvchanlik ko’pincha donorli yoki elektron o’tkazuvchanlik deyiladi. Bunday yarim o’tkazgich esa n – turli yarim o’tkazgich deb ataladi. endi kremniy (Si) ga aralashma sifatida uchinchi guruh elementi indiy atomlari kiritilsa, kovaklar hosil bo’ladi. Kovaklarning yuzaga kelish mexanizmlarini quyidagicha tushuntirish mumkin. Indiyning tashqi elektron qobig’ida 3 ta elektron bo’lganligi uchun qo’shni kremniyning uchta atomi bilan kovalent bog’ hosil qiladi. Indiy atomi kremniyning to’rtta atomi bilan birikkanida bitta bog’lanish o’rni etishmay qoladi. Indiy kremniyning to’rtinchi atomi bilan ham bog’ hosil qilish uchun u qo’shni kremniy atomidan bitta elektron olib mustaxkam bog’lanish hosil qiladi va indiy manfiy ionga aylanadi. Bu holda kremniy atomidan ketib qolgan elektron o’rnida kovak yuzaga keladi. Hosil bo’lgan kovaklar kristall bo’ylab tartibsiz harakat qiladi. Si ga kiritilgan indiy aralashma aktseptorli aralashma deb ataladi. Yarim o’tkazgichda yuzaga kelgan o’tkazuvchanlik esa kovakli yoki r-tipli (inglizcha posituve – musbat) o’tkazuvchanlik deyiladi. Kovakli o’tkazuvchanlikka ega bo’lgan yarim o’tkazgich r-tip yarim o’tkazgich deb ataladi. 6.2. P – n o’tish hodisasi. p-tipli va n-tipdagi yarim o’tkazgichlar uzviy kontaktga keltirilsa, kontakt chegarasida maʻlum qatlam hosil bo’ladi. Bu qatlamda ajoyib fizikaviy hodisalar ro’y beradi. Barcha yarim o’tkazgichli asboblarning ishlash tamoyili va ulardagi hodisalar p – n o’tish chegarasida (qatlamida) yuzaga keladigan fizikaviy jarayonlarga asoslangan. p – n o’tishni turli o’tkazuvchalikka ega bo’lgan yarim o’tkazgichlarni mexanik kontaktga keltirish yo’li bilan hosil qilib bo’lmaydi. Chunki ular orasida ideal kontaktni hosil qilishning iloji yo’q. p – n o’tishning ajoyib xossasi borki, u nosimmetrik o’tkazuvchanlikka ega bo’lib, elektr tokini bir tomonlama o’tkazadi. p – n o’tish qanday hosil qilinadi? p – n o’tish diffuziya, ionli implantatsiya, ximiyaviy va boshqa ko’pgina usullar bilan hosil qilinadi. p – n o’tish chegarasida sodir bo’ladigan jarayonlarni ko’raylik. Faraz kilaylik, ikkita turli o’tkazuvchalikka ega bo’lgan yarim o’tkazgichlar kontaktga keltirilgan bo’lsin (6.2-rasm). Masalan, Ge va Si monokristaldan turli ishorali r- va n-tipdagi o’tkazuvchanlikka ega bo’lgan kristallar kontaktga keltirilgan bo’lsin. Oson bo’lishi uchun donor va aktseptor aralashmalarning miqdorini bir xil deb hisoblaymiz. Unda turli ishorali tok tashuvchilarning miqdori ham teng bo’ladi. Kontaktga keltirishdan oldin p – sohasidagi kovaklar soni n - sohadagi elektronlar soni p – sohadagidan ancha ko’p bo’ladi (6.2-rasmga qarang). Download 253.69 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|