Ózbekistan respublikasi joqari hám orta arnawli bilimlendiriw mekemesi

YARIM O’TKIZGISHLER ZONALIQ TEORIYASININ’ TIYKARI

Yarım ótkezgishler hám dielektriklarning kristallik strukturası

Monokristall hám polikristall dúzılıwǵa iye bolǵan, kelip shıǵıwı organikalıq bolmaǵan hám organikalıq bolǵan kóp sanlı yarım ótkeriwshili materiallardan elektrotexnika tiykarınan germaniy, kremniy, selen, kremniy karbidi hám galliy arsenidlaridan paydalanıladı. Bul materiallar yarım ótkeriwshili elektr buyımlar hám integral sxemalar óndiriste keń qollanıladı. Kremniy hám germaniy strukturalıq dúzilisi jixatidan almazsimon 1. 2-súwret. Almaz tipidagi kristall

dúzilisi

yarım ótkeriwshiler qatlamına kiredi. Ol kub formasında bolıp, onıń joqarı hám

oraylıq shegaralarında germaniy yamasa kremniy atomlari jaylasqan. Bunnan tısqarı atomlar Usınıń menen birge úlken kub bólinetuǵın tórtew kishi kublarning orayında da bolıwadı (1. 2- súwret). Joqarıdaǵı súwretlerde germaniy kubik dúzilisiniń tegis suwreti sáwlelendirilgen. Suwretden kórinip turıptı, olda, almaz tipidagi dúzılıwda hár bir ko'rilayotgan atom (germaniy yamasa kremniy) tórtew soǵan uqsaǵan atom menen oralǵan. Bul atomlar arasındaǵı aralıq birdey bolıp, hár bir atom qońsılas atom menen kovalent baylanısıw payda etinadi. Germaniyn (Ge) — Mendeleev udayı tákirarlanatuǵın sistemasınıń tórtinshi toparına kiretuǵın element esaplanadı. Onı alıwda sheki onim wazıypasın quramında germaniy bolǵan rux hám sulfid kóni, Usınıń menen birge kómir duzları oteydi. Quramalı ximiyalıq process esabına germaniy quyması alınadı, lekin onıń quramında qospalar hám ol monokristall material bolǵanlıǵı sebepli, odan yarım ótkeriwshili priborlar tayarlawda paydalanıp bolmaydı. Daslep bul quyma qospalardan zonalıq eritiw usılı menen tazalanadı. Tazalanǵan yarım ótkeriwshili materialda, yaǵnıy germaniyda qospalar 10 -9 % (massası boyınsha ), kremniyda bolsa 10 -11 % (massası boyınsha ) den ortmasligi kerek.

Monokristalli germaniy alıw ushın daslep ol vakuumda yamasa inert gazlı atmosfera sharayatında eritiladi. Keyininen p- hám n-tipidagi elektr ótkezgishlikke iye bolǵan germaniy alıw ushın tazalanǵan germaniy quymasına donor yamasa akseptorli qospa qosıladı. Eritpeden belgili bir tezliklerde kerekli diametrlerde pútin cilindr kórinisinde monokristalli germaniy sıpab alınadı. Germaniy ash gúmissimon reńde bolıp, qısıqlıǵı 5320 kg/m3 hám eriw temperaturası 937, 2°C ga teń. Tazalanǵan legirlanmagan germaniy tómendegi elektr xarakteristikalarına iye (20°C temperatura sharayatında ): salıstırma elektr qarsılıgı ρ = 60÷68 Om

•sm; ε = 16, 3.p-tipidagi elektr ótkezgishlikke iye bolǵan legirlangan germaniy sortlarında ρ=0, 003÷45 Om

•sm; n-tipidagi elektr ótkezgishlikke iye bolǵan legirlangan germaniy sortlarında bolsa ρ=0, 4÷7 Om

•sm (legirlash dárejesine kóre) ni quraydı. Germaniyning barlıq sortları joqarı tárepten qattı hám mort ózgeshelikke iye. Germaniydan diod, fotoelement hám basqa yarım ótkeriwshili apparatlar tayarlawda paydalanıladı. Kremniy (Si) - da Mendeleev udayı tákirarlanatuǵın sistemasınıń tórtinshi toparına kiretuǵın element esaplanadı. Kremniy tábiyaatda kremnezem (SiO2) kórinisinde keń tarqalǵan bolıp, kremnezem kremniyning texnikalıq sortları alıwda sheki onim wazıypasın oteydi. Kremniy quymaları zonalıq eritiw usılı yorhamida tazalanǵannan keyin, legirlovchi qospalardıń qansha muǵdarda qosılganligiga baylanıslı túrde p- yamasa n-tipdagi elektr ótkezgishlikke iye bolǵan monokristalli kremniy alınadı.

Polirovka etilgen (aynaday tegislengen) kremniy polat reńi kórinisinde boladı. Kremniy da tap germaniy sıyaqlı mort material esaplanadı. Tazalanǵan legirlanmagan kremniyning tiykarǵı xarakteristikaları tómendegishe (20ºC temperatura sharayatında ): qısıqlıǵı 2328 kg/m3; eriw temperaturası 1420°C;

ρ= (2÷3)

•105 Om

•sm; ε=11, 7.p-tipidagi elektr ótkezgishlikke iye bolǵan legirilangan kremniy sortında ρ=0, 01÷200 Om

•sm; n-tipidagi kremniyda bolsa ρ=0, 014÷50 Om

•sm ga teń.

Kremniy germaniyga salıstırǵanda kóbirek isletiledi, sebebi odan tayarlanǵan yarım ótkeriwshili priborlarning jumısshı temperatura shegarası 130 -200°C ga teń bolsa, germaniy tiykarında tayarlanǵanlariniki bolsa bar yo'g'i 80-100°C ni quraydı.

Yarım ótkeriwshili integral sxemalardıń tiykarın tayarlawda kremniy keń qollanıladı.

1,3-súwret. Akseptor qospa retinde bar elementi qosılǵan tegis kristall torlı germaniy: 1, 3 hám 5 - payda bolǵan tesikler; 2, 4 hám 6 azat bolǵan elektronlar

Selen (Se) — Mendeleev udayı tákirarlanatuǵın sistemasınıń altınshı toparına kiretuǵın element esaplanadı. Selenni alıwda sheki onim wazıypasın misni elektrolitik jol menen tazalaw waqtında qalatuǵın qaldıqlar atqaradı. Qattı selen amorf yamasa kristall dúzılıwǵa iye boladı. Qara amorf selen bólme temperaturasıǵa shekem tezlik menen sawıpılǵan tazalanǵan selen eritpesinen alınadı. Ol ρ=1013 Om

•sm ga teń salıstırma qarsılıqqa iye bolǵan dielektrik esaplanadı.

Eritilgan amorf selenni eriw temperaturası (220°C) den bólme xaroratigacha aste menen sawıpıw arqalı kúlreń kristall dúzılıwlı selen alınadı. Kristall selen n-tipidagi polikristal dúzılıw daǵı qospalı yarım ótkeriwshi esaplanadı. Atom dúzilisi - altı múyeshtegi prizmanıń múyeshlerinde jaylasqan atomlardan ibarat bolıp, bul prizmalar kristalldıń elementar katagi (yacheykasi) esapladı. 20°C temperatura sharayatında selenning tiykarǵı xarakteristikaları tómendegine teń: qısıqlıǵı 4800 kg/m3; ρ= (0, 8÷5)

•105 Om

•sm; ε= 6, 3. Selenli tuwrılaǵısh, fotoelement hám fotorezistorlar tayarlawda selendan paydalanıladı.

Kremniy karbidi (SiC) - tok kúshi hám kernew ortasında sızıqlı bolmaǵan baylanıslılıq ayqın gúzetiletuǵın polikristall dúzılıwlı mort material esaplanadı. Kremniy karbidi kremniy hám ugleroddıń ximiyalıq qosılıwı esabına payda boladı.

Kremniy karbidini alıwda sheki onim wazıypasın taza kvartsli qum hám taslı kómir oteydi. Ol yamasa bul tipdagi qospalı elektr ótkezgishlikke ıyelew ushın, tiykarǵı quramǵa qospalar, atap aytqanda — fosfor, surma, vismut yamasa kalsiy, magniy, alyuminiy hám basqalar qosıladı. Karbidni payda etiw reaksiyası ≈2000°C de ámelge asıriladı.

Fosfor, surma yamasa vismut menen legirlangan kremniy karbidi toq jasıl reńde boladı hám p - tipdagi elektr ótkezgishlikke, kalsiy, alyuminiy yamasa bar menen legirlanganda bolsa toq biynápshe gúli reńde bolıp, n- tipdagi elektr ótkezgishlikke iye boladı. Kremniy karbidining tiykarǵı xarakteristikaları tómendegishe boladı. (20°C hawa sharayatında ): qısıqlıǵı 3200 kg/m3; ρ=104÷107 Om

•sm; ε=6, 5÷7, 5. Onıń salıstırma qarsılıgı quramına kúshli dárejede baylanıslı. Kremniy karbidi qospalı yarım ótkeriwshi esaplanadı, lekin 1400°C temperaturada ol jaǵdayda jeke elektr ótkezgishlik kórinetuǵın boladı. Eriw temperaturası 2600°C ga teń. Kremniy karbidning taza sortlarınan -50 den tap + 80°C temperatura intervallarında isley alatuǵın, sızıqlı bolmaǵan simmetrik volt-amper xarakteristikasına iye bolǵan varistorlar óndiriste keń paydalanıladı. Varistorlar avtomatikalıq tárzde tuwrılaytuǵın (regulirovka etetuǵın ) apparatlarda isletiledi.

Polikristall kremniy karbididan inert gazda aydaw jolı menen ximiyalıq tárepten tazalıǵı menen ajralıp turıwshı monokristalli kremniy karbidi alınadı. Odan 500°C ge shekem bolǵan temperaturalarda da isley alatuǵın diod hám tranzistorlar, Usınıń menen birge svetodiodlar óndiriste keń paydalanıladı.

Galliy arsenidi (GaAs) - margimush hám galliyni qosılıwınan payda boladı hám monokristalli yarım ótkeriwshi esaplanadı. Joqarı dárejede elektron hám gewekler-dıń háreketchan bolıwı galliy arsenidining xarakterli ózgesheligi esaplanadı. Onıń bul ózgeshelikinen úlken chastota hám joqarı temperaturalarda isley alatuǵın galliy arsenidi tiykarında tayarlanǵan priborlarni jaratıw imkaniyatın beredi. n-p-ótiw ushın jumısshı temperatura 300—400°C ge shekem ruxsat berilgen, yaǵnıy bul germaniy hám kremniy tiykarında tayarlanǵan yarım ótkezgishlarnikidan joqarı bahalarda boladı. Usınıń menen birge galliy arsenididan yarım ótkeriwshili mikrosxemalarning tiykarın tayarlaw maqsetinde de paydalanıladı.

20°C temperaturada galliy arsenidining tiykarǵı xarakteristikaları tómendegine teń: qısıqlıǵı 5400 kg/m3; ρ=104÷109 Om

•sm; ε=11, 2. Eriw temperaturası 1237°C.

Ízǵarlıq hám radiatsion nurlanıwlar kórinisindegi sırtqı tásirinler kúshli dárejede yarım ótkeriwshili elementlerdi xarakteristikaların pasaytiradi, Sol sebepli sırtqı tásirden qorǵawlanıw maqsetinde olardı germetik (metall, keramik yamasa plastmassali) korpuslarǵa jaylastırıladı.

Yarım ótkezgishli diod dep, eki elektrodlı, tiykarǵı ayrıqshalıqı bir tárepleme elektr ótkezgishlik bolǵan elektron ásbapǵa aytıladı. Yarım ótkezgishli diodning basqa electron lampalardan ayırmashılıǵı teris tokning úlkenligi bolıp tabıladı, ol vakuumlı diod hám kenotronlarda derlik bolmaydı. Odan tısqarı, tuwrı tok otip atırǵanda, diodda kernew kemeyedi.

2. 15-suwretde germaniy eritpeli diodning dúzilisi keltirilgen.

P-n- ótiw hádiysesi tiykarında isleytuǵın eń soda yarım ótkezgishli ásbap yarımo'tlkazgichli diod dep ataladı.

Ulıwma alǵanda p-n ótiwdiń buzılıw túrleri hár túrlı boladı. Usılardan issqilik hám elektr buzılıwların kóreyik.

Íssılıq buzılıw salıstırmalı qarsılıgı jetkiliklishe úlken bolǵan hám p-n ótiw tarawı keń bolǵan yarım ótkezgishi kórsetiledi. Sebebi yarımo'kazgishtin’ qiziwi menen kristall tordıń ıssılıq háreketi artadı hám kóplegen elektronlar valent baylanısıwların úzip erkin elektronǵa aylanadı. Bunda yarım ótkezgishtiń. qiziwi tek sırtqı ortalıq temperaturasınıń artpaqtası menen belgilenbeydi. r-n ótiwden ótetuǵın tok jáne onıń qiziwina alıp keledi. Aga p-n ótiwde ajralǵan ıssılıqtı joytıw sharası ko'rilmese, ıssılıq buzılıw maydan kernewiniń kishi bahalarında da júz bolıwı múmkin.

Elektr aynıwı tiykarǵı bolmaǵan tok tasıwshılar sanınıń yarım ótkezgish kólemindegi elektr maydan kernewliligi artqanı sebebinen kóbeyiwine baylanıslı. Bunday maydan kúsheniwi artqanı menen tok tasıwshılardıń háreket tezligi artadı. Nátiyjede urılıw sebepli ionlasiwnin’ qulama qarsimon kóbeyiwi payda boladı. Ol r-n ótiwdiń aynıwına alıp keledi. Ekinshi tárepden, maydan kernewiniń artiwı avto electron emissiya hádiysesine de sebep boladı.

Bunıń nátiyjesinde de buzılıw payda boladı.

Elektr buziliwinin’ ıssılıq aynıwınan ayırmashılıǵı sonda, ol jaǵdayda kernew ózgeriwiniń keri tok kernewge baylanıslı bolmay qaladı, yaǵnıy maydan kernewi joǵalıp ketiwi menen baslanǵısh jaǵday tiklenedi.

3. 8-suwretde yarım ótkezgishli diodning sxemada belgileniwi hám tolıq volt-amper xarakteristikası kórsetilgen. Ol jaǵdayda 1-siziq ıssılıq aynıwı, 2-siziq elektr aynıwı.

Kontakt salasınıń keńligine qaray yarım ótkezgishli diodlar noqatli hám tegis diodlarga ajratıladı.

Yarımo'tkzgichli diodlar bir qansha kernewler menen xarakterlenedi. Mısalı, tuwrı jalǵanıw kernewiniń ma`nisi IB yamasa 0, 5 V bolǵandaǵı tog'ri tokning kernewi Buzılıw kernewiniń 80 % ini quraytuǵın keri kuvchlanish ; p-n ótiw kólemliligi ; Tuwrılaw ayrıqshalıqı saqlanatuǵınchastota hám temperature diapozoni ; Tuwrılawda payda etiletugin toktin’ múmkin bolǵan eń úlken ma`nisi hám basqalar. Bul kernewlerdi bahalawda diodning ekvivalent

sxemasınan paydalniladi (3. 9 -suret).

Odaǵı p-n

b)

a)

3. 8-súwret. Yarım ótkezgishli dioddan sxemada belgileniwi (a) hám volt-amper xarakteristikası (b). sıyımlılıqınıń kernewi sırtqı kernewge baylanıslı túrde ózgeredi. Bul ózgeris kondensator qatlamları arasındaǵı aralıqtıń ózgeriwine sáykes keledi. r-n ótiwdiń bunday jeketi diodni basqariliwshi sıyımlılıq element etip isletiw múmkinshiligin beredi. Bunday diodlar varikaplar dep ataladı.

Varikaplar ushın sırtqı kernewdiń tek jalganip qo'ymay, úlken áhmiyetke iye. Keri kernewdiń artpaqtası menen r-n ótiw keńligi artadı hám Sr-n sıyımlılıq kishreyedi. Bul baylanıslılıq varikaptin’ voltfarada xarakteristikası dep ataladı.

R R_p-n

3. 10 a-suwretde varikapning sxemada belgileniwi hám voltfarada xarakteristikası kórsetilgen.

p-n ótiw ig'imining nominal (Snom), maksimal (Smax), minimal (Smin) bahaları, sıyımlılıqtıń ónimligine baylanıslı jazılıw energiyası hám basqalar varikaplarning tiykarǵı parametrleri esaplanadı.

Varikaplar radioelektron apparatlardaǵı terbelis konturın elektron soxlawda, parametrik element retinde hám basqa maqsetlerde keń qollanıladı.