Yarim o`tkazgichlar

Mavzu: Yarim o`tkazgichli sezgir elementlar

Reja:

1.Yarim o`tkazgichlar

2. Sezgir element.

3. Yarim o`tkazgichli sezgir elementlar

Yarim o`tkazgichlar
Qаttiq jism o‘zlаrining еlеktr o‘tkаzuvchаnlik хususiyatigа ko‘rа o‘tkаzgichlаr, diеlеktriklаr vа yarim o‘tkаzgichlаrgа аjrаtilаdi.

O‘tkаzgichlаr guruhigа mеtаllаr vа еlеktr o’tkаzuvchаnligi 105 – 106 Оm-1 sm-1 bo‘lgаn mаtеriаllаr kirаdi.

Еlеktr o‘tkаzuvchаnligi 10-10-10-15 Оm-1 sm-1 tаrkibdа bo‘lgаn jismlаr diеlеktriklаr yoki izоlyatоrlаr guruhini tаshkil еtаdi. Yarim o‘tkаzgichlаr guruhigа еsа, еlеktr o‘tkаzuvchаnligi 105-10-10 Оm-1 sm-1 bo’lgаn bаrchа mаtеriаllаr kirаdi.

Yarim o‘tkаzgichlаrning еlеktr o‘tkаzuvchаnlik хususiyati mеtаllаrnikidаn sifаt jiхаtdаn fаrq qilаdi. Ulаr quyidаgilаr:

Оz miqdоrdаgi аrаlаshmаning o‘tkаzuvchаnlikkа kuchli tа‘sir еtishi;

O‘tkаzuvchаnlik хаrаktеri vа dаrаjаsining tеmpеrаturаgа bоg‘liqligi;

O‘tkаzuvchаnlikning tаshqi kuchlаnishgа kuchli bоg‘liqligi;

Dеmаk, yarim o‘tkаzgichlаr еlеktr o‘tkаzuvchаnligi qiymаt jihаtdаn mеtаllаr bilаn diеlеktrik еlеktr o’tkаzuvchаnligining оrаligigа to‘g‘ri kеlаdigаn mоddаlаr еkаn.

Yarim o‘tkаzgich mаtеriаllаrgа kimyoviy еlеmеntlаrgа gеrmаniy, krеmniy, kimyoviy birikmаlаr –mеtаll оksidlаri, (оksidlаr), оltingugurt birikmаlаri (sulfidlаr), sеlеn birikmаlаri (sеlеnidlаr) vа bоshqаlаr misоl bo‘lа оlаdi. Biz shulаrdаn sоf yarim o‘tkаzgich mаtеriаl – gеrmаniy (yoki krеmniy) ning аyrim хususiyatlаri bilаn tаnishib chiqаmiz. Gеrmаniy sirtqi еlеktrоn qоbig’idа 4 tа vаlеnt еlеkеtrоn bоr. Bu еlеktrоnlаr qo’shni аtоmlаrning hаr biri bir-birigа kоvalеnt bоg‘lаnish dеb аtаlаdigаn juft еlеktrоnli bоg‘lаnish tufаyli o‘zаrо tа’sir ko‘rsаtаdi. Bu bоg‘lаnishni hоsil bo‘lishidа hаr bir аtоmdаn bittаdаn vаlеntlik

еlеktrоni qаtnаshаdi, bu еlеktrоnlаr аtоmdаn аjrаlib chiqib, kristаlldа mushtаrаk bo‘lib qоlаdi vа o‘z hаrаkаtidа ko‘prоq vаqt qo‘shni аtоmlаr оrаsidаgi fаzоdа yurаdi. Ulаrning mаnfiy zаryadi gеrmаniyning musbаt iоnlаrini bir-biri yaqinidа tutib turаdi.

Sezgir element-Har xil texnologik jarayonlarni avtomatlashtirishda ularning ko‘rsatkichlari haqida ma’lumot olish zarur hisoblanadi. Bu maqsadda birlamchi o‘zgartirgichlar (yoki datchiklar) keng qo‘llaniladi.

Datchik deb nazorat qilinayotgan yoki rostlanayotgan kattalikni kerakli yoki avtomatika tizimining keyingi elementlarida qo‘llash uchun qulay qiymatga o‘zgartiradigan vositaga aytiladi.

Datchiklarning aniq va ishonchli ishi, butun tizim ishini tegishli asosiy ko‘rsatkichlarini belgilab beradi. Datchiklar yuqori ta'sirchanlik (sezgirlik) va aniqlikka, uzoq xizmat muddati va ishda beshikastlikka, kichik o‘lcham va og‘irlikka, hamda past narxga ega bo‘lishlari kerak.

Datchiklarni turlari

Shartli ravishda, datchiklarni qabul qiluvchi, oraliq va ijrochi qismlardan iborat deb hisoblash mumkin. Qabul qiluvchi qismi, kirish x miqdorini o‘zgarishiga ta'sirlanib, uni qandaydir oraliq miqdorga o‘zgartiradi. Bu miqdor, shunga o‘xshash fizikaviy miqdorning etalon (namuna) qiymati bilan taqqoslanadi. So‘ngra esa, bu datchikni ijrochi qismiga ta’sir etib, chiqish y signalini shakllantiradi. Kirish x miqdorini fizikaviy tarkibiga qarab –elektr, issiqlik, mexanik, optik, akustik, suyuqlik va gaz datchiklari ajratiladi. Elektr datchiklar–tok, kuchlanish, quvvat, chastota, magnit oqimni; issiqlik datchiklar–harorat va issiqlik miqdorini; mexanik datchiklar–kuch, bosim, siljish, tezlik, tezlanish; optik datchiklar–nur kuchi, yoritilishni; akustik datchiklar–tovush kuchi, uni chastotasi, quvvatini; suyuqlik va gaz datchiklari-bosim va tezlikni o‘lchashadi.

Har bir turdagi datchiklarni, o‘z navbatida, qabul qiluvchi qismining ishlash prinsipi bo‘yicha ham tasniflashadi, ya’ni guruhlarga bo‘lishadi. Masalan, optik datchiklar, fotoelektrik, fotoximik, fototermik va fotomexanik guruhlarga bo‘linadi. Datchiklarni boshqacha turi, chiqish y miqdorini fizikaviy tabiatiga qarab ham belgilanadi. Chiqish miqdori–elektr bo‘lgan datchiklar, ya’ni qarshilik, induktivlik, sig‘im, tok, kuchlanish, faza, chastota datchiklari eng ko‘p tarqalgan.

Datchiklar kirish x signalini son va turi bo‘yicha o‘zgartirishiga qarab ham, ayrim guruhlarga ajratiladi. Kirish signalini bevosita o‘zgartiradigan datchiklar, kirish x signalni bevosita chiqish y signaliga o‘zgartiradi. Bunday datchiklar qulay, chunki oraliq o‘zgartiruvchi qismlarning hojati bo‘lmaydi. Oraliq o‘zgartiruvchi qismlarga ega datchiklarda, signalni bir necha marta o‘zgarishi murakkabliklarga, ma’lum darajada aniqlikni yo‘qolishiga olib keladi. x-y o‘zgartirishning ko‘rinishi bo‘yicha, datchiklar ikki guruhga: uzluksiz va diskret (uzlukli) o‘zgartiruvchilarga bo‘linishadi. Uzluksiz o‘zgaradigan datchiklar o‘lchagich hisoblanadi. Ularda x ning uzluksiz o‘zgarishiga, y ni uzluksiz o‘zgarishi to‘g‘ri keladi. Ko‘pincha, diskret ishlaydigan datchiklar diskret ob’ektlar holatini, ya’ni chekli holatga ega ob’ektlarni nazorat qilishadi. Nazorat qilinadigan ko‘pchilik ob’ektlar ikki pozitsiyaga ega, ya’ni «ulangan» va «uzilgan» holatlarga ega bo‘lishadi. Ana shu sababli, diskret datchiklar, chiqish miqdorlari y=0 yoki y=1 bo‘ladigan ikkilik axborot datchiklari hisoblanishadi.

Bugungi kunda atrof-muhit obyektlaridagi mavjud bo‘lgan gazlarni aniqlashda turli xildagi sensorlardan foydalanish keng qo‘llaniladigan sohalardan biriga aylanib bormoqda. Shu maqsadda gazlar miqdorini aniqlash uchun ishlab chiqilgan juda ko‘p sensorlarnig turlari ishlab chiqilgan. Sensorlar yordamida gazlar miqdorini aniqlash muhim ahamiyat kasb etadi. Sensorlarning asosiy tarkibiy qismlaridan biri bu sezgir element hisoblanadi. [1] Keyingi yillarda bunday materiallar sifatida ko‘pgina metallarning yupqa oksid qatlamlari keng miqyosda qo‘llanilmoqda ular asosan yarim o‘tkazuvchanlik xossasini namoyon etadi. Hozirgi kunga kelib, yarim o‘tkazgichlardan foydalanish sohasi kengayib bormoqda. [2] Atmosfera havosi tarkibida uchraydigan azot oksidlarini miqdorini nazorat qiluvchi sensorlarning yaratilishi shular jumlasidan. Bunday sensorlarni turli xil xususiyatli vakillari bugungi kungacha yaratilib kelingan[3]. Bu ishni takomillashtirish maqsadida sensorlarning sezgir elementining sezuvchanlik yuzasini oshirish uchun, TiO2 va SnO2 larning turli qalinlikdagi yupqa binar qavatlarini vakuumli sharoyitda termik bug‘latish usulida olindi. Dastlab SnO2 ning yupqa qavatini termik usulda bug‘latish yo‘li bilan hosil qilib, so‘ngra olgan SnO2 yupqa qavatini sezuvchanlik yuzasini oshirish maqsadida ustini TiO2 bilan qoplab, yupqa binar qavat hosil qilindi. Hosil qilingan binar yupqa qatlamning qarshiligining o’zgarishi turli xil gazlarda har xil qiymatga ega bo’lishi uchun sensorning sezgir eleminti sifatida qo’lanishga imkon beradi. Havo atmosferasini T=600ºC da izotermik kuydirish yupqa qoplama elektr qarshiligining barqarorlashuviga olib keladi, shuning uchun ham SnO2 ning hamma tadqiqot etiladigan qatlami 4 soat davomida T=600ºC da kuydiriladi. SnO2 ning qatlam qoplamasi termo qayta ishlashdan o‘tganda qizdirilganda va sovitilganda elektr qarshiligi qayta ishlab chiqarishi gaz ko‘rsatgichlari ishchi temperaturasi (20- 400ºC) intervalida farq qiladi. [4] Termo qayta ishlangan (600ºC, 4 soat) yupqa qoplamada konsentratsiya va tokning erkin olib yuruvchilari harakatchanligini o‘lchash, havoda 20-400ºC temperatura intervalida bajarilganligi ko‘rsatilgan temperatura intervalida elektronlarning konsetratsiyalashuvi temperaturaning ko‘tarilishi bilan kamayadi. Zaryadning erkin tashuvchilari harakatchanligi o‘z navbatida 130ºC da 70 dan 150 sm2 (B-C) gacha ko‘payadi va keyinchalik to 400ºC gacha umuman o‘zgarmaydi. Konsentratsiyaning temperaturaning bog‘liqlik xarakteri va zaryad tashuvchilarning xarakatchanligi qalay (IV) oksidi yupqa qoplamasining havodagi kislorod molekulalari o‘zaro harakati jarayonlari bilan bog‘liq bo‘lib, elektronlarning konsentratsiyasi kamayishiga olib keladi. Sensorlarga bo‘lgan asosiy talablardan biri yuqori tez harakatlanish hisoblanadi, bunda qizdirishning va sensorlarning sovutishning qisqa (6 sek. ko‘p bo‘lmagan) siklidan foydalandik sensorlarning elektrik va gazga ta’sirchan xarakteristikalari yupqa qoplama sharoitlari, temperatura va turg‘unlashtiruvchi kuydirish davomiyligidan bog‘liq bo‘lgan SnO2 yupqa qoplamaga asoslangan, hamda surma, skandiy va ittriy aralashmalari tarkibini hisobga olgan holda tizimli tadqiqotlar olib borildi. Tadqiqotlar sensorlar tayyorlash texnalogiyasini optimallashtirishga yo‘naltirilgan. Donor hisoblangan surma aralashmasini yupqa qoplama qarshiligini ma’lum qiymatlarigacha kamaytirish maqsadida kiritdik, bular past darajadagi shovqin bilan ishlaydigan gazli sensorlar yaratish uchun hamda ko‘p vaqt davom etadigan tajribalarda ko‘rsatgichlar (datchiklar) parametrlarini turg‘unlashtirish uchun zarur bo‘ladi. Sc va Y aralashmalarini ko‘rsatgichlarning (datchiklarning) azot oksidlariga bo‘lgan ta’sirchanligini ko‘tarish uchun ishlatdik. O‘rnatilgan ekesperimental qonuniyatlarni tahlil etish Pt\SnO2 Sb yupqa qoplamalar elekrt o‘tkazuvchanligi mexanizmi haqidagi ayrim faraz qilishliklarni izlab topishga imkon yaratadi, hamda yupqa qoplama hajmida aralashmalarning roli haqida, tiklanadigan gaz qatoridagi sensorlarni olish texnologik sharoitlarini katodli changlashtirish metodi orqali optimallashtirish usullari izlab topildi. Qalay (IV) oksidi yupqa qoplamasini o‘rganishda hamma holatlarda chiziqli voltamperli xarakteristikalar kuzatildi. Demak elektr o‘tkazuvchanlik yupqa qoplamada cheksiz mikrokristalitlar zanjirchalari borligi bilan aniqlanadi, ularning donachalari orasidagi potensial to‘siqlari balandligi kT dan past. Bunday yupqa qoplama elektrik xarakteristikalari ikki kanali model doirasida bayon qilishi mumkin, bularga ko‘ra, o‘tkazuvchanlik yuqori qarshilikni OPZ o‘tkazuvchilaridan yuqori qarshilikni zaryadi charchamagan tashuvchilaridan tashkil topgan. Bu ishda ko‘rsatilishicha yupqa qoplamaning o‘rganilgan gazlar tasiriga nisbatan yuqori tasirchanlik kriteriyasi N-ko‘rinishidagi temperturali bog‘lanish 720 K gacha qizdirishdagi namunalarning qarshiligi hisoblanadi. Past temperturada (300-400K) elektr o‘tkazuvchanlik qatlam qismi charchamagan zaryadlar tashuvchi o‘tkazuvchanlik orqali aniqlanadi, chunki Appeniyk egri chiziqlarida chiziqli uchastkalar (bo‘laklar) aralashmalarning sayoz (0,1-0,3 eB) va chuqur(0,4-0,5 eB) ionlashishiga mos keluvchi yarim o‘tkazgich hajmiga to‘g‘ri keladi. Yupqa qoplama qarshiligini ko‘payishi 400 K dan yuqori temperaturagacha qizdirilganda kuzatiladi.

. Diod. Ikkita yarim o`tkazgich kontaktining bir tomonlama o`tkazish xususiyatiga ega ekanligi ularni o`zgaruvchan tokni to`g`rilash uchun ishlatilishiga imkon beradi. Bitta p-n o`tish mavjud bo`lgan yarimo`tkazgichli asbobga yarimo`tkazgichli diod deyiladi. Diodning ish prinsipini tushunish uchun r-n kontaktni o`rganaylik r va n tipdagi o`tkazuvchanlikli yarimo`tkazgichlar bir-birlariga tekdirilsa, elektronlari ko`p bo`lgan n sohadan r- sohaga elektronlarning, teshiklar ko`p bo`lgan r-sohadan n-sohaga teshiklarning o`tishi (diffuziyasi) ro`y beradi. Tashqi maydonning yopuvchi qatlamni kengaytiradigan yo`nalishiga yopuvchi yoki teskari yo`nalish deyiladi.

Elektronlarning va teshiklarning harakat yo`nalishi o`zgaradi. r-n o`tish joyida ular rekombinatsiyalanadi, ya’ni bir-birlarini neytrallashadi va natijada yopuvchi qatlam yupqalashib uning qarshiligi kamayadi. Demak bu yo`nalishda, ya’ni r-yarim o`tkazgichdan, n-yarimo`tkazgich tomonga tok o`tadi. SHuning uchun ham bu yo`nalishga o`tkazuvchi yoki to`g`ri yo`nalish deyiladi. SHunday qilib r-n o`tish bir tomonlama o`tkazuvchanlikka ega bo`lib, bunday yarim o`tkazgichli diod to`g`rilagichlar sifatida ishlatiladi va uning shartli belgisi 149g-rasmda ko`rsatilgan. YArim o`tkazgichli diodlar lampali diodlarga nisbatan qulay, ishonchli va hajmi kichkina bo`lganligi uchun ularni radiotexnikadan qariyib to`la siqib chiqardi. YArim o`tkazgichli diodlar na faqat to`g`rilagich va balki detektor (qayd etgich) sifatida ham ishlatilishlari mumkin.

Tranzistor. Triod. Yarim o`tkazgichli triod –tranzistorni yasash uchun aralashmali yarimo`tkazgich materialining uchta tarkibiy qismi (shuning uchun ham triod deyiladi) bo`lishi kerak: ikkita n-va bitta r-tipdagi yoki teskarisi. Tranzistor zanjirga ulanganda ikkita batareyadan foydalaniladi. Ulardan birining musbat qutbi tranzistorning emitteri (e) deyilguvchi r-qismiga, manfiy qutbi esa baza(B) deyilguvchi o`rtadagi n-qismiga ulanadi. Ikkinchi batareyaning musbati bazaga, manfiy qutbi esa kolektor (k) deyilguvchi ikkinchi r – qismga ulanadi. SHunday ulanishda emittyerdagi teshiklar bazaga ketib, ularning keyingi, bazadan kollektorga tomon harakati ikkinchi batareya ta’sirida amalga oshadi. Birinchi batareyaning kuchlanishi ortishi bilan, baza orqali kollektorga etuvchi, emittyerdagi teshiklar soni ham ortadi. Demak, lampali triodda tur va katod orasidagi kuchlanish anod tokini boshqargani kabi, tranzistorda ham baza va emitter orasidagi kuchlanish kollektor tokini boshqaradi. Yarim o`tkazgichli triodlar kuchaytirgichlar va generatorlar sifatida ishlatiladi?

   Yarim o`tkazgichli asboblar vujudga kelishi radiotexnikada inkilobiy burilish yasadi. Ularning soddaligi va kichikligi, mikromodullar sifatida uzluksiz ravishda bosib chiqarish usuli bilan tayyorlash imkonini yaratdi. Mikromodullar yupqa varaqlardek bo`lib, ularda diodlar, triodlar, qarshiliklar va radiosxemaning boshqa elementlari zarb qilinadi. Mikromodullarning turli kombinatsiyalarini tuzib oldindan belgilangan parametrli radioqurilmalarni yasash mumkin. Hozirgi paytda yarimo`tkazgichli diodlar, triodlar, rezistorlar ishlatilmaydigan asboblarning o`zi mavjud emas. Yarimo`tkazgichli termistor yordamida temperaturani o`lchovchi detektor, elementar zarralarni qayd etuvchi, fotorezistor-yorug`lik energiyasini qayd etuvchi va ko`plab boshqa asboblarni misol qilib keltirish mumkin. Kosmik kemalarning barchasi quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirib beruvchi yarimo`tkazgichli quyosh batareyalari bilan jihozlangan bo`lsa, tibbiyot insonning nozik organlariga kirib uning faoliyatidan ma’lumot beruvchi datchiqlar (qayd etuvchilar) bilan jihozlangandir. Garchi, ushbu dalillarning o`zi ham yarimo`tkazgichli asboblarning foydalanish sohasi kengligini ko`rsatib tursada hali ularning ishlatilish istiqbollari juda keng. Bu sohadagi izlanishlar tugamagan bo`lib, insoniyat yarimo`tkazgichlar fizikasidan ko`plab yangiliklarni kutmoqda .

Adabiyotlar:

1. 
   Yusupbekov N.R., Muxamedov B.I., G’ulomov Sh.M. ’’Texnologik jarayonlarni nazorat qilish va avtomatlashtirish.’’ –Toshkent: O‘qituvchi, 2011.
   
2. 
   Vaxidov A.X., Abdullaеv D.A. ‘‘ Avtomatikaning tеxnik vositalari.’’ Toshkent, 2012.
   
3. 
   Aripov N.M. “Avtomatik boshqarish nazariyasi va avtomatika elеmеntlari” ma'ruzalar matni. Toshkеnt, 2010.
   
4. 
   Ismoilov A.I., Nazarov O.K. “Avtomatika va avtomatlashtirish asoslari” fanidan ma'ruzalar matni. Andijon, 2006.
   
5. 
   Arxiv.uz
   
6. 
   Referat.uz