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
|
|
( 2
11
40
taqiqlangan zona kengligi ortishi va kiritmalar konsentratsiyasi kama yishi bilan ortib boradi. Amalda teshilish rejimida p-n o ‘tish teskari tokining teskari kuchlanish bilan quyidagi em pirik bog‘liqligidan foydalaniladi: Turli yarim o1 tkazgich m ateriallar uchun e=2-K>. Ko‘chkili teshilishda M va I TESk lam ing
U Te s k ga bogMiqligi 2.6- rasm da keltirilgan.
Teskari tok hosil boMishida termogeneratsiya natijasida hosil bo‘lgan EZTlardan tashqari
sohaning valent zonasi- dan
sohaning o ‘tkazuvchanlik zonasiga tunnel o ‘tuvchi elektronlar ham qatnashishi mumkin. Elektronlam ing o ‘z energiyasini o ‘zgar- tirmasdan (izoenergetik) potensial to‘siq orqali sizib o‘tishi tunnel o (tish deb ataladi. Tunnel o ‘tish bo‘lishi uchun ikkita shart bajarilishi zarur: a) potensial to‘siq kengligi
10 nm b o iish i, ya’ni p*-n+ -
sohalarda kiritmalar konsentratsiyasi 5*1018 sm"3dan yuqori bo‘lmog‘i lozim;
b) teskari kuchlanish ta ’sirida energetik zonalar shunday surilsinki, p - sohaning to ‘ldirilgan valent zonasi qarshisida n - sohaning о ‘tkazuvchanlik zonasi toMdirilmagan sathlari yotsin.
2.6-rasm. K o‘chkili teshilishda M v a I te s k lam ing
U je s k ga bog‘liqligi. Teskari kuchlanish bo‘sag‘aviy kuchlanishdan katta bo‘lgan
holda
p ' -n - o ‘tishning energetik diagrammasi 2.7-rasmda 41
keltirilgan. Bunda elektronning 1 nuqtadan 2 nuqtaga tunnel o ‘tishi strelka bilan ko‘rsatilgan. p - yarim o‘tkazgichning valent zonasidagi elektron EZT em as, ekanligini ta’kidlab o ‘tamiz. U и - yarim o‘t- kazgichning o ‘tkazuvchanlik zonasiga o ‘tgandan keyingina o ‘zini EZTdek tutadi. Shunday qilib, valent elektronning
sohadan n - sohaga tunnel o ‘tishi natijasida teskari tok qiym atiga ulush qo‘shuvchi elektron-kovak juftligi generatsiyalanadi. 0 ‘tkazuvchanlik elektronlarining n - yarim o‘tkazgichdan p - yarim o‘tkazgich valent zonasi vakant (b o ‘sh) sathlariga tunnel o ‘tishi elektron - kovak juftliklam ing rekombinatsiyalanishiga va o ‘z nav batida, teskari tokning kam ayishiga olib keladi. Elektron - kovak juft- liklarining generatsiyalanish jadalligi rekombinatsiyalanish jadalligiga nisbatan ancha yuqori. 2.7-rasm. Teskari kuchlanish berilganda p +-«+ - o ‘tishning energetik diagrammasi. Teskari kuchlanish ortishi bilan tunellashuv intervali (oralig‘i) va undagi elektronlar soni ortishi hisobiga tunnel tok keskin ortadi. Tunnel teshilish teskari tokining teskari kuchlanish
ga bog‘- liqligi ko‘chkili teshilishdagiga o ‘xshash bo‘lib (2.5-rasm), tikligi kichikroqdir.
o ‘tishning issiqlik teshilishi undan teskari tok oqqanida issiqlik yetarlicha sochilmasligi natijasida
o ‘tish qizib ketishi hisobiga yuz beradi. Qizish teskari tok qiymatini oshiradi, natijada
o‘tish yanada k o ‘proq qiziydi, oqibatda
o ‘tish ishdan chiqadi. q(Uf<+ltesk> Х ^ К - А - И Х , , 42
2.5.p-n o ‘tish n in g e le k tr p a ra m e trla ri p-n o ‘tishning differensial qarshiligi va sig‘imi uning muhim elektr parametrlari hisoblanadi.
U
p-n o ‘tishning kichik amplitudali o ‘zgaruvchan tokka ko‘rsatgan aktiv qarshiligiga ekvivalent bo‘lib,
ifoda bilan aniqlanadi. Differensial qarshilik VAXning belgilangan nuqtasidagi tiklikka teskari proporsional. Ideallashtirilgan
o ‘tish uchun (2.9) formuladan R dif ning analitik ifodasini topish mumkin. ,
kT
. (2.13) ' ( / + /„)* T o‘g‘ri siljitilganda
shuning uchun n _ * r . (2.13 a) DlF "
lq p-n o ‘tishga to‘g ‘ri kuchlanish berilganda RDIF qiymati kichik va kuchlanish ortishi bilan kamayadi, teskari siljitilganda esa ju d a yuqori boMadi.
p-n o ‘tish sig'imi. p-n o ‘tishdagi qo‘sh elektr qatlam - barer sig‘intini, p- va
n- sohalardagi nomuvozanat noasosiy zaryad tashuv chilar -
vujudga keltiradi. Statik rejim da yoki past chastotali kuchlanish ta’sir etganda
o ‘tishdagi tok va kuchlanish orasidagi bog‘liqlik 2.10 m unosabat bilan ifodalanadi.
barer va diffuziya sig‘imlari mavjudligi tufayli (2.10)dan foydalanib bo‘lmaydi. Past chastotalarda p-n offish toki elektron - kovak offishning hamda yarim o‘tkazgich
va
n- sohalarining aktiv qarshiligi (rB) bilan
aniqlanadi. Yuqori chastotalarda p-n offishning inersiyadorligi uning sigffmi bilan belgilanadi. Sim metrik p-n offish to‘g ‘ri ulanganda chegaradosh sohalarga noasosiy zaryad tashuvchilar injeksiyalanadi. Buning natijasida
offish chegaralari yaqinidagi yupqa qatlam larda qiymatlari bir-biriga teng qarama-qarshi ishorali nomuvozanat noasosiy zaryad tashuvchilar
to ‘planadilar. Kuchlanish qiymati o ‘zgarganda injeksiyalangan zaryad tashuvchilar soni, zaryad miqdori o ‘zgaradi. Zaryadlaming 43
kuchlanish ta ’sirida bun-day o ‘zgarishi kondensator qoplam alarida zaryadning o ‘zgarishiga o ‘xshaydi. N oasosiy zaryad tashuvchilar bazaga diffuziya hisobiga kelgani sababli bu sig‘imni
deb
ataladi va quyidagi form ulaga binoan hisoblanadi To‘g ‘ri tok qiym ati va zaryad tashuvchilam ing bazada yashash vaqti ortishi bilan diffuziya sig‘im ortadi.
offish teskari siljitilishi bilan CO/f=0 boffadi. Diffuziya sigffm ning kuchlanish bilan o ‘zgarishi
offish VAX to‘g ‘ri shaxobchasi bilan o'xshashligi (2.14)dan koffinib turibdi. C hastota ortishi bilan diffuziya sigffm kamayadi. Elektron - kovak offish qo‘sh elektr qatlamni tashkil etadi va zaryadlangan kondensatorga o ‘xshaydi.
offish sigffmi offish yuzasi C, uning kengligi va yarim offkazgichning dielektrik doimiysi
bilan aniqlanadi. U barer sig‘im deb ataladi va quyidagi ifoda bilan aniqlanadi p-n offishga kuchlanish berilganda uning qalinligi o ‘zgargani sababli sigffmi ham o ‘zgaradi. Sigffmning kuchlanish qiym atiga bogffiqligi quyidagicha boffadi: Bu ifodada
offish to ‘g ‘ri ulanganda ishora manfiy, teskari ulanganda e s a - m usbat olinadi. B arer sigffm
offishga berilgan kuchlanish qiym atiga bogffiq boffgani sababli, undan o‘zgaruvchan sigffmli kondensator sifatida foydalanish mumkin. T o ‘g ‘ri siljitilganda diffuziya sigffm barer sigffmdan ancha katta qiym atga ega, teskari siljitilganda esa - aksincha boffadi. Shu sababli to ‘g ‘ri s i l j i t i l g a n d a o f f i s h n i n g inersiyadorligi diffuziya sigffmi bilan, teskari siljitilganda esa - barer sigffmi bilan aniqlanadi. Barer sigffm chastotaga bogffiq emas.
offishning volt - farad xarakteristikasi 2.8-rasm da keltirilgan. (2.15)
44 G , n F изо У . 20 -16 -12 -S -4 О 2.8-rasm. p-n o‘tishning volt - farada xarakteristikasi. Elektron asboblam i ishlatishda, baholashda va loyihalashda modellashtirishdan keng foydalaniladi. Xususan, (2.10) munosabat statik rejim da
o ‘tishning analitik modelini, VAX esa (2.5-rasmga qarang) - grafik modelini tasvirlaydi Dinam ik rejimda p-n o ‘tishning xususiyatlarini ifodalash uchun ham qator moddelardan, xususan,
lardan foydalaniladi. SigMmlar ta’sirini e ’tiborga olgan holda ushbu model chegarasida
o ‘tish tokini quyidagi ifodadan topish mumkin bu yerda,
statik VAXdan aniqlanadigan tok, c o = Cfl + СDIF- ko‘rinishga ega bo‘lib, u p-n o ‘tish sigMmini ifodalaydi. (2.17)dan foydalanib,
sig‘im qiymatlarini bilgan holda kuchlanishning turli o ‘zgarish tezliklari
uchun, ya’ni turli chasto- talar uchun
=
f{U,dU I dt) xarakteristikalar oilasini qurish mumkin. Y arim o‘tkazgich asboblam ing
va
n- sohalaridan elektrodlar chiqarish uchun metall - yarim o6tkazgich kontaktlardan foydalaniladi. Bunday
kontaktlar to‘g ‘rilovchi yoki
omik (Om qonuniga bo‘ysunuv- / = / ( ^ ) + С, (2.17)
2.6. M etall - y a rim o ‘tkazgich o ‘tish la r 45
chi) xususiyatga ega bo‘lishi m um kin. U lar yarim o‘tkazgichning 0 ‘tka- zuvchanlik turiga, kiritm alar konsentratsiyasiga, elektronlam ing yarim - o ‘tkazgich va m etalldan chiqishishlari nisbatiga bog‘liq holda hosil qilinadi. T o‘g ‘ri yo‘nalishdagi qarshiligi teskari yo‘nalishdagisidan kichik boMgan va nochiziqli VAX (2.3-b rasm )ga ega kontakt to ‘g ‘rilovchi kontakt deb ataladi. Qarshiligi kontaktdan o ‘tayotgan tok qiym ati va y o ‘nalishiga bogMiq boMmagan kontaktlar
deyiladi. M etalldan yoki yarim o‘tkazgichdan elektronni tortib olish uchun sarfla- nadigan ish m iqdori chiqish ishi deb vuritiladi va u elektron - volt (eV) birliklarda 0 ‘lchanadi, 1 eV = l,6 0 -1 0 '' Dj.
M etall bilan n - turli yarimoMkazgich orasida to ‘g ‘rilovchi kontakt hosil qilish uchun elektronlam ing yarim - 0 ‘tkazgichdan chiqish ishi АуАО- m etallam iki А мру dan. kichik bo‘lm og‘i lozim. Bunda
>
A Y ao ' boMgani uchun kontakt sohasidagi yarim o‘tkazgichdan elektronlar m etallga ko‘proq diffuziyalanadi, natijada m etallning kontakt sohalari m anfiy zaryadlanadi. Y arim o4tkaz gichning chegaradosh sohasida esa asosiy zaryad tashuvchilar soni kamayib, q o ‘zg‘alm as donor ionlar hisobiga m usbat zaryadlangan qatlam hosil boMadi. M anfiy va m usbat qatlam lar hisobiga elektr maydon va potensial to ‘siq hosil boMadi. YarimoMkazgichning solishtirm a qarshiligi m etallnikiga qaraganda yuqori boMgani uchun hosil boMgan elektr o‘tish (metall - yarimoMkazgich) asosan yarim oMkazgich sohasida joylashadi. M uvozant holatda n — yarimoMkazgichning elektronlari uchun potensial to ‘siq balandligini belgilovchi kontakt potensiallar farqi, chiqish ishlar farqiga teng boMadi U SH K = (A ju £T ~ ^ГАО' Q' Barer balandligini nazariy aniqlash ancha m urakkab boMgani sababli am aliyotda tajriba natijalaridan foydalaniladi. M asalan,
turdagi krem niyning oltin bilan hosil qilgan kontakt potensiallar farqi t/£///r=0,78eV ni, alyum iniy bilan esa
ni tashkil etadi. M etall
yarimoMkazgich asosidagi kontaktning m uvozanat holatdagi kengligi, keskin
oMishniki kabi, (2.2) formulada ni
ga o ‘zgartirib topilishi mumkin. A gar tashqi kuchlanish m anbaining m usbat elektrodi metallga, manfiy elektrodi esa n - yarim o‘tkazgichga ulansa (to‘g ‘ri siljitish). 46
elektronlam i yarim o4tkazgichdan metallga o ‘tishiga to ‘sqinlik qiluvchi potensial to ‘siq qU0 ga proporsional kamayadi. Bunda yarim o‘tkaz- gichning elektronlari pasaygan to ‘siqdan o ‘tib, to ‘g‘ri tok / ni hosil qiladi.
Tashqi kuchlanish teskari (m anfiy elektrodi metallga) ulanganda potensial to ‘siq q\u\ ga proporsional ravishda ortadi. Bunda metalldan yarim o‘tkazgichga o ‘tayotgan elektronlar va yarimoMkazgichning ko- vaklari
I0 teskari tok hosil qiladi. Metall - yarim o4tkazgich o 4tishning statik VAXsi ham,
o 4tishnikiga o ‘xshaydi lekin to 4yinish toki
ning qiymati farq qiladi. Masalan, n - yarimoMkazgich uchun vV^lO15 sm"3, yuzasi ,9=1 O'4 sm"2, temperatura Г=300 Kni tashkil etganda
o 4tish uchun teskari tok I0= 10"14A ni, alyum iniy - kremniy kontakt uchun esa / 0= 2-1 O'9 A ni tashkil etadi. M etall - yari m o4 tkazgich asosidagi potensial to 4 siq Shottki bareri (to 4sig ‘i), diodlar esa - Shottki diodi deb yuritiladi. Aytilganlardan Shottki diodlarida noasosiy zaryad tashuvchilam ing to ‘planishi va chiqarib yuborilishi bilan bogMiq diffuziya sigMmi nolga tengligi kelib chiqadi. Natijada Shottki diodlarining tezkorligi tok va kuchlanishlar o 4zgarganda, jum ladan, tok va kuchlanishlar to 4g 4ridan teskariga va aksincha o ‘zgarganda faqat barer sigMmning metall qarshiligi orqali qayta zaryadlanish vaqti bilan belgilanadi. Kichik yuzaga ega boMgan bunday diodlam ing qayta ulanish vaqti nanosekundning o ‘nlarcha va yuzlarcha ulushlarini tashkil etadi. Shunga mos ishchi chastotalar 3 -4 5 GGs ni tashkil etadi. Elektron asboblam ing p - va n - sohalariga metall elektrodlar ulangan joylarda
hosil qilinadi. Demak, p-n tuzilmada p-n oMishdan tashqari yana ikkita elektr oMish mavjud: ulardan biri p - sohadan, ikkinchisi esa n - sohadan elektrodlar chiqariladigan joylarda boMadi. A gar bu oMishlar injeksiyalovchi boMsa, ularga teskari siljitish berilganda elektronlam ing p - sohaga va kovaklam ing n - sohaga injeksiyasi boshlanadi. Injeksiyalangan noasosiy zaryad tashuvchilar
oMishga yetib borib, teskari tok hosil boMishida qatnashadi. Shuning bilan
oMishning nosimmetrik o4tkazuvchanligi yo4qoladi. Omik kontakt quyidagi: chiziqli VAX; kichik kontakt qarshilikka; injeksiya- lam aydigan elektr xususiyatlarga ega boMmogM zamr. 47
K ontakt ushbu xususiyatlarga ega b o iis h i uchun n - yarim o6tkaz gich sirtiga yarim o ik azg ich chiqish ishiga nisbatan kichikroq chiqish ishiga ega b o ig a n metall, p - soha sirtiga esa y arim o ik azg ich g a nisba tan kattaroq chiqish ishiga ega b o ig a n metall purkaladi. Yarim- o 6tkazgichning kontakt oldi sohalari yuqoriroq konsentratsiyali asosiy zaryad tashuvchi larga va shuning uchun, kichikroq qarshilikka ega b o ia d ila r. Bundan tashqari, kontaktlardagi elektr o iis h la r kengligi juda kichik b o 6lib, tunnel tok o iis h i kuzatiladi. Bunda kontakt tokni ikkala yo'n alish d a ham yaxshi o'tkazadi, y a’ni om ik b o 6ladi. 2.7. G e te ro o ‘tish la r Taqiqlangan zona kengliklari turlicha bo‘lgan yarim o6tkazgichlar tutashtirilganda hosil bo6luvchi elektr o ‘tishlar
deb
ataladi. G eteroo'tish hosil qiluvchi yarim o‘tkazgichlar kristall tuzilishi bir xil b o 6 lib, kristall panjara doimiysi bir-birinikiga yaqin b o im o g 6i zarur. Bunday shartga quyidagi yarim o‘tkazich juftliklar javob beradi: germ aniy - kremniy, germaniy - arsenid galliy, arsenid galliy - fosfid galliy va boshqaiar. G eteroo‘tishlar optoelektron asboblarda (nurlanuv- chi diodlar, yarim o6tkazgich injeksion lazerlar, fotodiodlar va boshqaiar) keng qcTlaniladi. G eteroo‘tishlar asosida geterotuzilm alar yaratganligi, ular xususi yatlarini o'rgangan ham da yarim o‘tkazgich asboblam ing yangi turlarini hosil qilgan* uchun akadem ik J.I. A lferov 2000-yilda N obel m ukofotiga sazovor bo'ldi. G eteroo6tishli tuzilm alar kom binatsiyasining to 6rt xilini am alga oshirish- mumkin:
va
p i - p 2. G eteroo‘tishlar xususiyatlarining farqi, ularning energetik diagram malaridan kelib chiqadi.
Pi - «j. geteroo6tish zonalar energetik diagram masini к о 'rib chiqa- miz. Y arim o‘tkazgichlam ing
- turlisi tor taqiqlangan zonali, n -
turlisi esa keng zonali bo‘lsin. Zonalar energetik diagram m asi qurili- shiga ortiqcha e ’tibor qaratm asdan, uning eng m uhim xususiyatini - elektron va kovaklar uchun potensial to ‘siqlar qiymati turlicha ekanli gini aytib o'tam iz. Ushbu tuzilm a o'tkazuvchanlik zonadagi elektron- larga bo‘lgan potensial barer (EPB) valent zonadagi kovaklar uchun potensial barer (KPB) ga nisbatan kichik. T o 6g‘ri kuchlanish berilganda EPB kamayadi va elektronlar
yarim o6tkazgichdan p - yarim o'tkazgichga injeksiyalanadi. Bunda 48
qo‘shni sohadagi KPB kamaysa ham, kovaklam ing p — sohadan n - sohaga injeksiyalanishiga yo‘l bermaydigan darajada kamayadi. Shuning uchun kovaklar
sohadan n - sohaga deyarli injeksiyalanmaydi. Ushbu xususiyat geteroo‘tishlam ing gomoo‘tishlarda am alga oshirib bo‘lmaydigan qator xususiyatlarini belgilaydi. Masalan, tranzistoming baza sohasi em itterga nisbatan yuqoriroq legirlangan bo‘lsa ham, emit- tem ing injeksiya koeffitsiyenti birga yaqin boMishiga erishish mumkin. Bundan tashqari, kontaktlashuvchi yarim o‘tkazgichlar o ‘tkazuvchanlik turi bir xil (л/ - ri 2 va
p i - P 2 tuzilmalar) bo‘lganda ham getero- o ‘tishlarda to ‘g ‘rilash xususiyati saqlanadi. Masalan, nj - n2 tuzilma zonalar energetik diagrammasidan, П] - yarim o‘tkazgich n2 - ga qaraganda tor taqiqlangan zonali bo‘lga- nida (2.9-rasm), to ‘g ‘ri ulanish am alga oshirilsa, injeksiyalanuvchi zaryad tashuvchilar л/ va n2 sohalarning asosiy zaryad tashuvchilari bilan bir xil ishoraga ega boMadi. Shunday qilib, geterooMishlarda bir tom onlam a injeksiya boMganligi (noasosiy zaryad tashuvchilar injeksi yasi boMmagani) sababli, elektron asboblar tezkorligini oshirish imkoni yaratiladi. Download 11.08 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|