«Kompyuterning fizik asoslari» fanidan yakuniy nazorat -variant

14-Variant
1) Elektronikaning rivojlanish bosqichlari.
2) p-n o’tish hodisasida Fermi sathi va uning holatlari
3) Bipolyar taranzistorlarda umumiy kollektorli ulanish
_{1. Elektronika rivojlanish bosqichlari va istiqbollari.
Elektronika – fan va texnika sohasi bo‘lib, axborot uzatish, qabul qilish, qayta ishlash va saqlash uchun ishlatiladigan elektron qurilmalar VAda asboblar yaratish usullarini o‘rganish, ishlab chiqish bilan shug‘ullanadi. Elektronika elektromagnit maydon nazariyasi, kvant mexanikasi, qattiq jism tuzilishi nazariyasi va elektr o‘tkazuvchanlik hodisalari kabi fizik bilim-larga asoslanadi. Elektronikaning rivojlanishi elektron asboblar texnologiyasining takomillashuvi bilan cVAbarchas bog‘liq bo‘lib, hozirgi kungacha to‘rt bosqichni bosib o‘tdi.
Birinchi bosqich asboblari: rezistorlar, induktivlik g‘altaklari, magnitlar, kondensatorlar, elektromexanik asboblar (qayta ulagichlar, rele va shunga o‘xshash), passiv elementlardan iborat edi.
Ikkinchi bosqich Li de Forest tomonidan 1906 yilda triod lampasining ixtiro qilinishidan boshlandi. Triod elektr signallarni o‘zgartiruvchi va eng muhimi, quvvat kuchaytiruvchi birinchi aktiv elektron asbob bo‘ldi. Elektron lampalar yordamida kuchsiz signallarni kuchaytirish imkoniyati hisobiga radio, telefon so‘zlashuvlarni, keyinchalik esa, tasvirlarni VA uzoq masofalarga uzatish imkoniyati (televideniye) paydo bo‘ldi. Bu davrning elektron asboblari passiv elementlar bilan birga, aktiv elementlar – elektron lampalardan iborat edi.
Uchinchi bosqich Dj. Bardin, V. Bratteyn va V. Shoklilar tomonidan 1948 yilda elektronikaning asosiy aktiv elementi bo‘lgan bipolyar tranzistorning ixtiro etilishi bilan boshlandi. Bu ixtiroga Nobel mukofoti berildi. Tranzistor elektron lampaning barcha vazifalarini bajarishi bilan birga, uning: past ishonchlilik, ko‘p energiya sarflash, katta o‘lcVAlari kabi asosiy kamchiliklaridan xoli edi.
To‘rtinchi bosqich integral mikrosxemalar (IMS) asosida elektron qurilma VAda tizimlar yaratish bilan boshlandi va mikroelektronika davri deb ataldi.
Mikroelektronika – fizik, konstruktiv-texnologik va sxemotexnik usullardan foydalanib yangi turdagi elektron asboblar– IMSlar va ularning qo‘llanish prinsiplarini ishlab chiqish yo‘lida izlanishlar olib borayotgan elektronikaning bir yo‘nalishidir.
Hozirgi kunda telekommunikatsiya va axborotlashtirish tizimining rivojlanish darajasi tom ma’noda mikroelektronika va nanoelektronika mahsulotlarining ularda qo‘llanilish darajasiga bog‘liq.
Birinchi IMSlar 1958 yilda yaratildi. IMSlarning hajmi ixcVA, og‘irligi kam, energiya sarfi kichik, ishonchliligi yuqori bo‘lib, hozirgi kunda uch konstruktiv-texnologik variantlarda yaratilmoqda: qalin va yupqa pardali, yarimo‘tkazgichli va gibrid.
1965 yildan buyon mikroelektronikaning rivoji G. Mur qonuniga muvofiq bormoqda, ya’ni har ikki yilda zamonaviy IMS-lardagi elementlar soni ikki marta ortmoqda. Hozirgi kunda elementlar soni 106÷109 ta bo‘lgan o‘ta yuqori (O‘YuIS) va yuqori (GYuIS) IMSlar ishlab chiqarilmoqda.
Mikroelektronikaning qariyb yarim asrlik rivojlanish dav-ri mobaynida IMSlarning keng nomenklaturasi ishlab chiqildi. Telekommunikatsiya va axborot – kommunikatsiya tizimlarini loyihalovchi va ekspluatatsiya qiluvchi mutaxassislar uchun zamonaviy mikroelektron element bazaning imkoniyatlari haqidagi bilimlarga ega bo‘lish muhim.
Integral mikroelektronika rivojining fizik chegaralari mavjudligi sababli, hozirgi kunda an’anaviy mikroelektronika bilan bir qatorda, elektronikaning yangi yo‘nalishi – nanoelektronika jadal rivojlanmoqda}.
2. ^{Fermi energiyasi, Fermi sathi — fermionlar (Fermi — Dirak statistikasiga boʻysunuvchi zarralar) tizimidagi egallangan holatlarning mutlaq nol tralardan eng yuqori energiyasi. Fermi energiyasi Pauli prinsipi (bir holatda bittadan ortiq fermion boʻla olmasligi)ning natijasidir. Noldan farkli, lekin Fermi energiyasidan ancha past trada fermionlar tizimining holati asosiy holatdan shu bilan farqlanadiki, bunda energiyasi Fermi energiyasidan katta boʻlgan holatlarda ham koʻp boʻlmagan sondagi zarralar boʻladi, energiyasi Fermi energiyasidan kichik boʻlgan holatlarda xuddi shu sondagi boʻsh oʻrin (kovak) lar boʻladi. Fermi energiyasi tushunchasidan qattiq jism fizikasida, yadro fizikasida, astrofizika va h.k.larda foydalaniladi.}Xususiy yarim o‘tkazgichlarda zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasi va Fermi sathining holati^{YArim o‘tkazgichlarda erkin zaryad tashuvchi gazning xususiyatlarini belgilovchi asosiy parametrlardan biri m –ximiyaviy potensialdir. Elektron va kovakli gazlar uchun, ximiyaviy potensial oddiygina qilib Fermi sathi deb ataladi. Ma’lumki, metallarda Fermi sathi o‘tkazuvchanlik sohasidagi elektronlar bilan to‘lgan oxirgi energetik sathni belgilaydi. T = 0 K da Fermi sathidan pastdagi barcha energetik sathlar elektronlar bilan to‘lgan, undan yuqoridagi energetik sathlarning barchasi bo‘shdir.Metallarda elektron gazning kontsentratsiyasi o‘tkazuvchanlik sohasidagi holatlar soni bilan bir xil bo‘ladi, shuning uchun bu gaz aynigan gaz hisoblanadi va elektronlarning holatlar bo‘yicha taqsimoti Fermi – Dirak statistikasi bilan ifodalanadi. Bunday gazdagi elektronlar kontsentratsiyasi temperaturaga deyarli bog‘liq emas.Xususiy va kam aralashmali yarim o‘tkazgichlarda elektron yoki kovak gazlari aynimagan gazlardir va ularning holatlar bo‘yicha taqsimlanishi Maksvell–Boltsman klassik statistikasi bilan ifodalanadi. Bundan yarim o‘tkazgichlarda erkin zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasi Fermi sathi va temperaturaga bog‘liqdir.
Temperatura absolyut noldan sezilarli farqli bo‘lganda T = 0 K, bu yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik sohasida erkin elektronlar va valent sohasida kovaklar hosil bo‘ladi. Ularning kontsentratsiyasini n va p deb belgilaymiz. Elektronlar kinetik energiyasining hisob boshi qilib o‘tkazuvchanlik sohasining tubini qabul qilamiz. SHu sathga yaqin masofada, o‘tkazuvchanlik sohasida dE energiya oralig‘ini ajratib olamiz.
O‘tkazuvchanlik sohasidan Fermi sathigacha bo‘lgan energetik masofani m va valent sohasi shipidan bu sathgacha bo‘lgan energetik masofani m¢ deb belgilaymiz va ular taqiqlangan soha kengligi bilan quyidagicha bog‘lanadi: bu erda eg – taqiqlangan sohaning kengligi. T temperaturada o‘tkazuvchanlik sohasidagi elektronlarning kontsentratsiyasini 0 dan eng yuqori energetik sath - eyu gacha energiya oralig‘ida integrallash bilan topamiz:, E ortishi bilan funktsiyasi juda tez kamayib borishini e’tiborga olsak, integrallash chegarasini 0 dan ¥ gacha deb olish mumkin Bu funktsiyaning echimi xususiy yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik sohasidagi elektronlar kontsentratsiyasining ifodasini beradi: Xuddi shu amallarni valent sohasidagi kovaklar uchun qo‘llab ularning kontsentratsiyasi uchun quyidagi munosabatga ega bo‘lamiz: (71.9) va (71.10) – ifodalarda mn va mp elektron va kovaklarning effektiv massalaridir. SHu ifodalardan ko‘rinib turibdiki, Fermi sathi bilan sohalar o‘rtasidagi energetik masofa kengayishi bilan shu sohaga tegishli zaryad tashuvchilar kontsentratsiyalari (n va p) kamayib boradi.Aynimagan yarim o‘tkazgichlarda, belgilangan biror T – temperatura uchun, elektronlar bilan kovaklar kontsentratsiyalarining ko‘paytmasi o‘zgarmas kattalikdir.Xususiy yarim o‘tkazgichlarda o‘tkazuvchanlik sohasidagi elektronlar kontsentratsiyasi ni valent sohadagi kovaklar kontsentratsiyasi pi ga tengdir: chunki, valent sohadan o‘tkazuvchanlik sohasiga qancha elektron o‘tsa, shuncha bo‘sh energetik o‘rinlar, ya’ni kovaklar hosil bo‘ladi. SHuning uchun (71.9) – va (71.10) – ifodalarning o‘ng tomonlarini tenglashtirsak, quyidagi ifodaga ega bo‘lamiz:
Bu ifodani m ga nisbatan echib, xususiy yarim o‘tkazgichning Fermi sathi holatini aniqlaymiz:T = 0 K bo‘lgan holda ga teng, ya’ni Fermi sathi taqiqlangan sohaning qoq o‘rtasida joylashgan. Temperatura ortishi bilan, agar mp > mn bo‘lsa, Fermi sathi o‘tkazuvchanlik sohasi tubi tomon siljiydi, mn > mp bo‘lsa, valent sohasi shipi tomon siljiydi. Lekin bu siljishlar shunchalik kichikki, ularni ayrim hollarda e’tiborga olmasa ham bo‘ladi. Fermi sathining qiymatini (, xususiy yarim o‘tkazgichlardagi elektron va kovaklar kontsentratsiyasini aniqlashimiz mumkin: ular taqiqlangan soha kengligi va temperaturaga bog‘liqdir. Xususiy yarim o‘tkazgichlarda belgilangan T – temperatura uchun elektronlar va kovaklar kontsentratsiyalarining ko‘paytmasi o‘zgarmas kattalikdir:}


3. ^{Yarimo‘tkazgichlilar oilasiga kiruvchi qurilma tranzistor deb ataladi. Ularning ikki turi mavjud bo‘lib, bipolar va maydonli tranzistor deb ataladi. Bipolar tranzistorlar apparaturalarda keng qo‘llanib kelinmoqda. Tranzistor so‘zining ma’nosi «transfer» – o‘zgartiruvchi va «resistor» – qarshilik degan ma’noni anglatadi. Yarimo‘tkazgichlilar, elektr o‘tkazuvchanligi katta bo‘lgan metallar bilan tok o‘tkazmaydigan dielektriklar o‘rtasida yotadi. Yarimo‘tkazgichli tranzistorlarda ikki chekkasidagi elektrodlar hamma vaqt o‘tkazuvchanligi bir xil bo‘lib, o‘rtasidagi elektrod o‘tkazuvchanligi esa qarama-qarshi tipda bo‘ladi. Qisqacha NP-N yoki P-N-P tipli deb aytiladi.
Bipolar tranzistorlar chiqish uchlari baza, emitter, kollektor deb nomlanadi. Ular faol element hisoblanadi, p-n-p hamda n-p-n tipida tranzistorlar ishlab chiqariladi. Ular signallarni o‘zgartirish, kuchaytirish vazifalarini bajaradi.}