X. K. Aripov, A. M. Abdullayev, N. B. Alim ova, X. X. Bustano V, ye. V. Obyedkov, sh. T. Toshm atov
Download 11.08 Mb. Pdf ko'rish
|
|
0 ‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA 0 ‘RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI 0 ‘ZBEKISTON ALOQA VA AXBOROTLASHTIRISH AGENTLIGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALAR1 UNIVERSITETI X.K. ARIPOV, A.M . ABDULLAYEV, N.B. ALIM OVA, X.X. BUSTANO V, YE.V. OBYEDKOV, SH.T. TOSHM ATOV ELEKTRONIKA 0 ‘zbekiston R espublikasi Oliy va o'rta m axsus ta ’lim vazirligi tom onidan darslik sifatida tavsiya etilgan T O SH K E N T -2 0 1 1 3 / P 7 3 "
UDK: 621.38(075) BBK 32.85873 E45 E45 X.K. A ripov, A.M . Abdullayev, N.B. Alimova, X.X. Bustanov, Ye.V. O byedkov, Sh.T. Toshm atov. Elektronika. Darslik. -Т .: «Fan va texnologiya», 2011, 428 bet. ISBN 9 7 8 -9 9 4 3 -1 0 -5 3 6 -2 D arslikda y arim o ‘tkazgichli d isk ret h am d a analog v a raqam li elektronika qurilm alarining n e g iz elem entlari k o ‘rib chiqilgan. D iod, tranzistor va k o ‘p qatlam li yarim o‘tkazgich asboblar tasnifi, v o lt-am p er v a boshqa xarakteristikalari, asosiy param etrlari, ulanish sxem alari, ishchi rejim lari, m atem atik m odellari, qoMlanilish sohalari v a u lar asosidagi q u rilm alam i an aliz va sintez asoslari keltirilgan. Integral m ikrosxem alar, operatsion kuchaytirgich va uning asosidagi analog qurilm alar, raqam li texnika asoslari, raqam li texnika negiz elem entlari, funksional v a nanoelektronika asoslari b ayon etilgan. D arslikda ta ’lim ja ra y o n id a zam onaviy axborot texnologiyalaridan keng foydalanish m aqsadida L ab V IE W am aliy dasturi paketiga asoslangan k o ‘p- funksional N1 E L V IS laboratoriya stansiyasi y ordam ida bajarish m um kin boMgan laboratoriya ishlari yaratilgan. D arslik 5522200 “T elekom m unikatsiya” , 5522100 “T elevideniye, radio- alo q a va radioeshittirish” , 5522000 “R ad io tex n ik a”, 5524400 “M obil aloqa tizim lari” , 5140900 “K asb ta ’lim i” (telekom m unikatsiya) y o ‘nalishlarida ta ’lim olayotgan talabalar uchun moM jallangan. UDK: 621.38(075) BBK 32.85873 Professor X.KLAripovning umumiy tahriri ostida. Taqrizchilar: T.D. Radjabov - 0 ‘zFA akademigi; N.N. Fomin - texnika fanlari doktori, professor; M .K. Boxodirxonov - fizika - matematika fanlari doktori, professor; A.A. Xoliqov - texnika fanlari doktori, professor; A.A. Abduazizov - texnika fanlari nomzodi, dosent ISBN 9 7 8 -9 9 4 3 -1 0 -5 3 6 -2 Alisher Navofy n o m M a g l z b ekisiop Mb' Fan va texnologiya nashriyoti, 2011. Ustozimiz A ndreyev Ilya Siluanovichning porloq xotirasiga b a g ‘ishlaymiz. KIRISH ELEK TRO NIK A VA UNING ZAM ONAVIY ILM - FANDA TUTGAN 0 ‘RNI E lektronika - fan va texnika sohasi b o iib , axborot uzatish, qabul qilish, qayta ishlash va saqlash uchun ishlatiladigan elektron qurilmalar hamda 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 bilimlarga asoslanadi. Elektronikaning rivojlanishi elektron asboblar texnologiyasining takomillashuvi bilan chambarchars bog‘liq bo‘lib, hozirgi kungacha to‘rt bosqichni bosib o ‘tdi. B irin ch i 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 signallami o ‘zgartiruvchi va eng muhimi, quw at kuchaytiruvchi birinchi aktiv elektron asbob bo‘ldi. Elektron lampalar yordamida kuchsiz signallami kuchaytirish imkoniyati hisobiga radio, telefon so‘zlashuvlami, keyin- chalik esa tasvirlami ham uzoq masofalarga uzatish imkoniyati (televi- denie) paydo bo‘ldi. Bu davming elektron asboblari passiv elementlar bilan birga aktiv elementlar - elektron lampalardan iborat edi. Uchinchi bosqich Dj. Bardin, V. Bratteyn va V. Shoklilar tomoni dan 1948-yilda elektronikaning asosiy aktiv elementi bo‘lgan bipolar tranzistoming 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‘lchamlari kabi asosiy kamchiliklaridan xoli edi. T o‘rtinchi bosqich integral mikrosxemalar (IMS) asosida elektron qurilma hamda tizimlar yaratish bilan boshlandi va mikroelektronika davri deb ataldi. 3
M ikroelektronika - fizik, konstruktiv - texnologik va sxemotexnik usullardan foydalanib, yangi turdagi elektron asboblar - IMSlar va ulaming qoNlanish 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 qoMlanilish darajasiga bogMiq. Birinchi IMSlar 1958-yilda yaratildi. IMSlaming hajmi ixcham, ogMrligi kam, energiya sarfi kichik, ishonchliligi yuqori boMib, hozirgi kunda uch konstruktiv - texnologik variantlarda yaratilmoqda: qalin va yupqa pardali, yarimoMkazgichli va gibrid. 1965-yildan buyon mikroelektronikaning rivoji G. Mur qonuniga muvofiq bormoqda, ya’ni liar ikki yilda zamonaviy IMSlardagi element lar soni ikki marta ortmoqda. Hozirgi kunda elementlar soni 106+109 ta boMgan o ‘ta yuqori ( 0 ‘YuIS) va giga yuqori (GYuIS) IMSlar ishlab chiqarilmoqda. Mikroelektronikaning qariyb yarim asrlik rivojlanish davri mobay- nida IMSlaming keng nomenklaturasi ishlab chiqildi. Telekommuni katsiya va axborot-kommunikatsiya tizimlarini loyihalovchi va eksplua- tatsiya qiluvchi mutaxassislar uchun zamonaviy mikroelektron element bazaning imkoniyatlari haqidagi bilimlarga ega boMish muhim. Integral mikroelektronika rivojining fizik chegaralari mavjudligi sababli, hozirgi kunda an’anaviy mikroelektronika bilan bir qatorda elektronikaning yangi y o ‘nalishi - nanoelektronika jadal rivojlanmoqda. N anoelektronika oMchamlari 0,1 dan lOOnmgacha boMgan yarim- oMkazgich tuzilmalar elektronikasi boMib, mikroelektronikaning mikro- miniatyurlash yoMidagi mantiqiy davomi hisoblanadi. U qattiq jism fizikasi, kvant elektronikasi, fizikaviy-kimyo va yarimoMkazgichlar elektronikasining so‘nggi yutuqlari negizidagi qattiq jismli texnolo- giyaning bir qismini tashkil etadi. So‘nggi yillarda nanoelektronikada muhim amaliy natijalarga erishildi, ya’ni zamonaviy telekommunikatsiya va axborot tizimlarning negiz elementlarini tashkil etuvchi: geterotuzilmalar asosida yuqori sa- maradorlikka ega lazerlar va nurlanuvchi diodlar yaratildi; fotoqabul- qilgichlar, o ‘ta yuqori chastotali tranzistorlar, bir elektronli tranzistorlar, turli xil sensorlar hamda boshqalar yaratildi. Nanoelektron G ‘YuIS va GYuIS mikroprosessorlami ishlab chiqarish yoMga qo‘yildi. Shvetsiya Qirolligi fanlar akademiyasi ilmiy ishlarida tezkor tranzis torlar, lazerlar, integral mikrosxemalar (chiplar) va boshqalami ishlab 4
chiqish bilan zamonaviy axborot kommunikatsiya texnologiyalariga asos solgan olimlar: J.I. Alferov, G. Kremer, Dj.S. Kilbini Nobel mukofoti bilan taqdirlandi. Integral mikroelektronika va nanoelektronika bilan bir vaqtda fu n k sio n a l elektronika rivojlanmoqda. Elektronikaning bu yo‘nalishi an’anaviy elementlar (tranzistorlar, diodlar, rezistorlar va kondensa- torlar)dan voz kechish va qattiq jismdagi turli fizik hodisa (optik, mag- nit, akustik va h.k.)lardan foydalanish bilan bogMiq. Funkisonal elektro nika asboblariga akustoelektron, magnitoelektron, kriogen asboblar va boshqalar kiradi. 5
I BOB Y AR IM O ‘T K AZG ICH LARN IN G ELEK TRO FIZIK XUSUSIYATLARI 1.1. Y arim o‘tkazgichlarning solishtirm a o ‘tkazuvchanligi Bipolar tranzistor ixtiro qilingandan (1948-yil) buyon yarimo‘t- kazgichlar elektronikasi deb ataluvchi soha tez sur’atlar bilan rivojlana boshladi. Issiqlik ta’sirida yarimo‘tkazgichdagi valent elektronlaming ma’lum qismi erkin zaryad tashuvchilami yuzaga keltirishi mumkin. Yarimo‘tkazgichlaming elektr o ‘tkazuvchanligi yorug‘lik oqimi, zarralar oqimi, kiritmalar konsentratsiyasi gradient!, elektr maydon va boshqalar ta’sirida ham o ‘zgarishi mumkin. Yarimo‘tkazgichlaming bu xossasidan turli vazifalami bajaruvchi diodlar, tranzistorlar, termistorlar, fotorezis- torlar, varikap va boshqa yarimo‘tkazgich asboblar tayyorlashda foyda- laniladi. E lektr o ‘tkazuvchanlik, ya’ni elektr kuchlanish ta’sirida moddalardan elektr tok o ‘tkishi uning elektr maydonga nisbatan asosiy xususiyatini belgilaydi. Bu kattalik qiymat jihatdan Om. Yarimo‘tkazgichda bir vaqtning o ‘zida turli massa va ishoraga ega bo‘lgan EZTlar mavjud bo‘lib, ular elektr maydon ta’sirida turli tezlik 5 ,k a ega bo‘ladilar. Shuning uchun elektr toki zichligi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi qonunining differensial ko‘rinishi bo‘lib, solishtirm a elektr o ‘tkazuvchanlik & bilan baholanadi: J = СГЁ , (1.1) bu yerda, ] - tok zichligi vektori, Ё - elektr maydon kuchlanganligi vektori. Elektr o ‘tkazuvchanlik elektr maydon yoki kiritmalar konsent ratsiyasi gradient! ta’sirida erkin zaryad tashuvchilar (EZT) harakati hisobiga amalga oshadi. j = ' L g l n J& , t (1.2) bu yerda, n J - EZTlar konsentratsiyasi, q y - ulaming zaryadi. 6
Yarimo‘tkazgich materiallar kristall, amorf va suyuq holatda boiishi to‘g‘ri keluvchi monokristall) ishlatiladi. Solishtirma elektr o‘tkazuvchanligi bo‘yicha metallar bilan dielektriklar oraligMda joylashgan moddalar yarim- o ‘tkazgichlarga kiradi. Xususiy, ya’ni kiritmasiz yarimo‘tkazgichlar elektr o‘tkazuvchanligi n , ning temperaturaga bog‘liqligi bilan aniqlanadi. Kremniy uchun nisbiy xususiy o‘tkazuvchanliknmg temperaturaga bog‘liqlik grafigi cr, / 1.1-rasmda yarim logarifinik masshtabda ko‘rsatilgan. Amaliyot uchun taaluqli bo‘lgan temperatura diapazonida (-60 +125°C) kremniyning xususiy o‘tkazuvchanligi 5 tartibga o‘zgarishi l.la-rasmdan ko‘rinib turibdi. Taqiqlangan zona kengligi kremniynikiga nisbatan tor boMgan materiallarda (masalan, germaniyda) cr, ning nisbiy o‘zgarishlari kichikroq, a, ning qiymat- lari esa sezilarli katta bo‘ladi. 1.1-rasm. Xususiy (a) va legirlangan (b) kremniy nisbiy solishtirma o ‘tkazuvchanligining temperaturaga bog‘liqligi(cr,0 va <70-+20°C ). Xona temperaturasida yarimo‘tkazgichlaming solishtirma elektr o ‘tkazuvchanligi 10"8-И05 Sm/m (simens taqsim metr)ni, metallarda cr =106-^108 Sm/m, dielektriklarda esa =10'8-И0"13 Sm/mni tashkil etadi. Yarimo‘tkazgichlarda solishtirma elektr o ‘tkazuvchanlik tempe ratura ortishi bilan ortadi, metallarda esa - kamayadi. Yarimo‘t- kazgichlar elektr o ‘tkazuvchanligi yoritilganlikka va kiritmalar konsent- ratsiyasiga bogMiq (1.1 b-rasm). (1.2) va (1.1 )lami solishtirib mumkin. YarimoMkazgichlar texnikasida asosan kristall yarimo‘tkazgichlar (asosiy moddaning 1010 atomiga bittadan ortiq boMmagan kiritmalar atomi a) 0 //crf<> b) а /о » 7
о- = ( z я , п , э , ) / Ё
(1.3) ekanini topamiz. Shunday qilib, <7 ni va uning kiritmalar konsentratsiyasi hamda tempe raturaga bogMiqligini aniqlash uchun yarimo‘tkazgichda hosil boiadigan EZTlar turlari, ulaming konsentratsiyasi va elektr maydondagi tezligi kabi masalalami hal etish talab qilinadi. Bular yarimo‘tkazgichning fizik modeli deb ataluvchi zonalar nazariyasi asosida tushuntiriladi. 1.2. Qattiq jism zonalar nazariyasi elem entlari Yarimo‘tkazgich materiallar tuzilishi kimyoviy elementlar davriy sistemasi asosida tushuntirilishi mumkin. D.I. Mendeleev davriy sistemasining bir qismi 1.1-jadvalda ko‘rsatilgan. Davriy sistemaning IV guruh elementlari qattiq holatda monoatom (sodda, elementar) yarimo‘tkazgichlardir. Germaniy va kremniy olmossimon kristall panjaraga ega bo‘lib, ulaming har bir atomi tasawurdagi tetraedr uchlarida o ‘zidan baravar uzoqlikda joylashgan (ekvidistant) to‘rtta qo‘shni atom bilan o ‘ralgan. 1.1-jadval Elem entlar guruhlari tartib raqam i I I III I V V VI 4 Be 5 В 6 С 7 N 8 О 12 Mg 13 A1 14 Si 15 P 16 S 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Те 8
Davriy kristall tuzilishga ega b oigan boshqa moddalar (mono- kristallar) kabi, yarimoMkazgichlar xususiyatlari ham, qattiq jism zonalar nazariyasi asosida aniqlanadi. Qattiq jism ko‘p sonli o ‘zaro ta’sirlashuvchi atomlar majmuidan iborat. Shuning uchun bir parcha qattiq jismdagi barcha atomlar majmui yagona tizim sifatida tasawur etiladi. Qattiq jismda atomlaming o ‘zaro bog‘lanishi ulaming valent elektronlari juftlashib umumlashishi hisobiga amalga oshadi. Sunday bog‘lanish kovalent bogUanish deb ataladi. Atomdagi ixtiyoriy elektron energiyasi kabi, valent elektron energiyasi W ham diskret yoki kvantlangan bo‘ladi. U energetik sath deb ataluvchi ma’lum ruxsat etilgan energiyaga ega boiadi. Qattiq jismda qo‘shni atomlar bir-biriga juda yaqin joylashgan bo‘lgani uchun energetik sathlar siljishi va parchalanishi yuzaga keladi, natijada ruxsat etilgan zona deb ataluvchi energetik zonalar hosil bo‘ladi. Ruxsat etilgan zonalar orasida taqiqlangan zonalar joylashadi. Energetik zonada ruxsat etilgan sathlar soni kristalldagi atomlar soniga teng. Ruxsat etilgan zonalar kengligi odatda bir necha elektron - voltni tashkil etadi. Ruxsat etilgan zonadagi minimal energetik sath (fVs) ~ zona tu b i deb, maksimal sath (fVv) esa - zona sh ipi deb ataladi. YarimoMkazgich yoki dielektrikning mxsat etilgan eng yuqori energetik sathlari o ‘tkazMvchanlik zona deb ataladi. Ushbu zona ener- giyalariga ega boMgan elektronlar yarimoMkazgich hajmida tashqi elektr maydon ta’sirida harakatlanib elektr oMkazuvchanlikni hosil qiladi. OMkazuvchanlik zonasiga tegishli energetik sathda joylashgan elektron o'tkazuvchanlik elektroni yoki erkin zaryad tashuvchi deb ataladi. Taqiqlangan zona ostida joylashgan ruxsat etilgan zona valent zona deb ataladi. Qattiq jismning zonalar diagrammasi 1.2-rasmda keltirilgan. IV, e V О 'tkazuvchanlik zona G •P Taqiqlangan Wg zona I Valent zona M asofa 1.2-rasm. Qattiq jism zonalar energetik diagrammasi. 9
K o‘pchilik yarimo‘tkazgich asboblaming ishlashi valent zona shipi va o ‘tkazuvchanlik zona tubi energiyalariga yaqin ((2+3)kT energetik oraliqdagi) energiyaga ega elektron harakati bilan belgilanadi. Bir jinsli (hajmning istalgan nuqtasidagi kimyoviy tarkibi bir xil) arsenid galliy va kremniyning zonalar energetik diagrammalari, mos ravishda, 1.3a va b-rasmlarda keltirilgan. 1.3-rasm. Bir jinsli yarimo‘tkazgich materiallar -arsenid galliy (a) va kremniy (b)da valent zona shipi (Wv) va o‘tkazuvchanik zona tubi (Wc) ning energetik o ‘rinlari hamda arsenid galliy (c) va kremniy (d)da Wu va Wc qiymatlarining to‘lqin vektori к ga bog‘liqligi. Elektronlar harakatlanganda ulaming impulsi P va energiyasi W o ‘zgaradi. Bunda elektron energiyasining impulsga b og iiq lig i o ‘tka- zuvchanlik zona tubi va valent zona shipi yaqinida taxminan kvadratik (elektron massasi taxminan o ‘zgarmas) bo‘ladi. Impuls P elektronlar to‘lqin vektori к bilan bevosita bog‘liq. Arsenid galliy va kremniy uchun W=f(k) bog‘liqlik 1.3-rasmda keltirilgan. Arsenid galliyning valent va a)
W ,eV 2 1.0
■ 1 o < io o > M a s o f a -► к 0.5 А * Л < 1 0 0 > -0.5 M a s o f a -*• 10
o ‘tkazuvchanlik zonalari uchun W=f(k) parabolaning cho‘qqilari к ning Download 11.08 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|