Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги гулистон Давлат университети “ электротехника ва электроника асослари”

Савол бўйича мустақил иш топшириқлар:
1. Электрон нур трубкаларнинг тузилиши ва ишлаш принципи.
2. Электрон нур трубкаларининг ишлатилиши.


6.3. Учинчи асосий савол: Яримўтказгичларнинг асосий хоссалари.
Дарснинг мақсади:
Ярим ўтказгичларнинг хусусий ўтказувчанлиги ва ўтказувчанликда иштирок этувчи зарядлар тўғрисида маълумот берилади.
Идентив ўқув мақсадлари.
1. Ярим ўтказувчанлик механизмини билиб олади.
2. Хусусий ярим ўтказгич тўғрисида тушунча олади.
3. Ярим ўтказгичларга киритиладиган аралашмалар ва уларнинг таъсирини билиб
олади.
4. Аралашмали ярим ўтказгичларнинг хоссаларини ўрганади
5. р - n - ўтиш хоссаларини ўрганади.
6. р - n -ўтиш орқали тўғри ва тескари йўналишларда ток ўтганда содир бўладиган ҳодисаларни билиб олади.
7. Ярим ўтказгичли диодларнинг турлари ва уларнинг вазифалари тўғрисида маълумот олади.
Мавзунинг баёни:
1. Қаттиқ жисмларнинг электр ўтказувчанлиги.
Қаттиқ жисмлар ўзларининг электр ўтказувчанлик хусусиятларига кўра ўтказгичлар, диэлектриклар ва ярим ўтказгичларга ажратилади. Ўтказгичлар гуруҳига металлар ва электр ўтказувчанлиги 10⁵ 10⁶ Ом^-1см^-1 бўлган материаллар киради. Электр ўтказувчанлиги 10^-10 10^-15 Ом^-1см^-1 тартибда бўлган жисмлар диэлектриклар ёки изоляторлар гуруҳини ташқи л этади. Ярим ўтказгичлар гуруҳига эса, электр ўтказувчанлиги 10^-5 10^-10 Ом^-1см^-1 барча материаллар киради.
2.Ярим ўтказгичларнинг хусусий электр ўтказувчанлиги.
Ярим ўтказгичларнинг электр ўтказувчанлик хусусияти металларникидан сифат жиҳатдан фарк қилади. Улар қуйидагилар:
а) оз миқдордаги аралашмалар ўтказувчанликка кучли таъсир этади;
б) ўтказувчанлик характери ва миқдорининг температурага боғлиқлиги;
в) ўтказувчанликнинг ташқи кучланишга кучли боғлиқлиги.
Қаттик жисмларнинг энергетик тузилишига кўра, улар энергетик соҳалардан иборат. Бу соҳалар валент, ўтказувчанлик ва тақиқланган соҳалар деб аталади. Ўтказувчанлик соҳаларидаги электронларгина ўтказувчанлик ҳосил қила олади. Металларда, яъни ўтказгичларда валент ва ўтказувчанлик соҳалари бирлашиб кетган. Шу сабабли уларнинг ўтказувчанлик соҳасида ҳар қандай ҳароратда ҳам эркин электронлар бўлиши мумкин. Ярим ўтказгичлар ва диэлектрикларда ўтказувчанлик ва валент соҳалар таъқиқланган соҳа билан ажратилган. Электронлар валент соҳадан ўтказувчанлик соҳасига ўтиши учун тақиқланган соҳа энергиясидан катта энергияга эга бўлиши керак. Тақиқланган соҳасининг кенглиги дан катта бўлган қаттиқ жисмларнинг ўтказувчанлик соҳасига электронлар деярлик ўта олмайди ва улар диэлектрик ҳисобланади. 2,5 Эв дан кичик бўлган қаттиқ жисмларнинг ўтказувчанлик соҳасига электронлар турли усуллар билан ўтиши мумкин.
Ярим ўтказгич материалларга кимёвий элементлар — германий ва кремний, кимёвий бирикмалар — металл оксидлари (оксидлар), олтингургут бирикмалари (сульфидлар), селен бирикмалари (селенидлар) ва бошқалар киради. Улардан ярим ўтказгич асбобшунослигида энг кўп ишлатилаётгани германий (Ge,) ва кремний (Si,) лар ҳисобланади. Германий (кремний) нинг сиртқи электрон қобиғида тўртта валент электрон бор. Бу электронларнинг ҳар бири қўшни тўртта атом билан жуфт электрон боғланишида бўлади, яъни ковалент боғланишни ҳосил қилади. Ҳар бир атомнинг қобиғи 8 та электрон билан тўлгани учун у мустаҳкам бўлади.
Германий (ёки кремний) кристаллининг бундай боғланишда бўлиши уни диэлектрик деб қараш кераклигини кўрсатади ва абсолют ноль температурада бу фикр тўлиқ бўлади.
Кристалларда эркин электронлар ҳосил қилиш учун унга ташқи энергия бериш керак. Уни турлича амалга ошириш мумкин. Масалан, кристаллни қиздириш, ёруғлик нурини таъсир эттириш ва бошқалар.
Бу ҳолда боғланиш энергиясидан катта энергия олган электронлар боғланишни узиб, эркин электронга айланади ва ўз ўрнидан узоқлашади.Бунда кристалда атомнинг ионланиши вужудга келади. Электрон етишмаслигини кўрсатувчи бўш ўрин мусбат зарядга эга бўлиб уни ковак деб аталади.
Ковак - вакант (бўш) ўрин боғланишдаги қўшни электрон ёки озод бўлган эркин электрон билан тўлдирилиши мумкин. Агар у эркин электрон ҳисобига тўлдирилса, атомнинг электр нейтраллиги тикланади. Бу жараён рекомбинация деб аталади. Агар ковак қўшни боғланишдаги электронларнинг силжиши ҳисобига тулса, кўчиш ўрнида янги ковак вужудга келади.
Агар ярим ўтказгич кристали электр майдонига жойлаштирилса, боғланишни узиб чиққан электронлар манбанинг мусбат қутби томон кўча бошлайди ва электрон токини ҳосил қилади. Бу ҳолда боғланиш дефектларининг кўчиши ҳам йўналганлик характерига эга бўлади, яъни коваклар манбанинг манфий қутби томон ҳаракатланади ва ковак токи вужудга келади. Коваклар токи электронлар ҳисобига яъни боғланган электронларнинг бир ўриндан иккинчи ўринга ўтиши ҳисобига вужудга келгани сабабли узлукли бўлади, лекин қулайлик учун коваклар электронлар каби эркин ток ташувчилар деб қаралади.
Шундай қилиб, кимёвий соф ярим ўтказгич кристалида электрон — ковак жуфтининг ҳосил бўлиши асосида икки хил ўтказувчанлик — электрон ва ковак ўтказувчанлиги мавжуд бўлиб, уларнинг миқдори бир - бирига тенгдир. Ташқи майдон таъсирида электронлар ва коваклар қарама-қарши йўналишда ҳаракатга келади. Шу сабабли уларнинг ҳосил килган токи ўзаро тенг бўлади.
Ярим ўтказгичнинг электрон ўтказувчанлиги п — тур ўтказувчанлик, ковак ўтказувчанлиги эса, р — тур ўтказувчанлик деб аталади. Улар биргаликда ярим ўтказгичнинг хусусий ўтказувчанлиги дейилади.
Кремней ва германийда электронларнинг ҳаракатчанлиги ковакларникига қараганда 2 — 2,5 марта катта бўлади. Шу сабабли хусусий ярим ўтказгичларнинг ўтказувчанлиги, гарчи электронлар ва коваклар концентрацияси тенг бўлса ҳам, электрон ўтказувчанликга эга бўлади.
Хусусий ярим ўтказгичларнинг электр ўтказувчанлиги ҳарорат ортиши билан ортади.
Соф ярим ўтказгичга озгина миқдорда бегона модда киритилиши, унинг электр ўтказувчанлигини кескин ўзгартириб юборади. Масалан, кремнийга 0,001 % бўр атомларининг киритилиши унинг ўтказувчанлигининг 1000 баробар ортишига олиб келади. Буни тушунтириш учун германийга мишьяк кўшилган ҳолни кўрайлик. Бунда кристалл панжарада германий атоми ўрнини эгаллаган мишьякнинг тўртта валент электрони қўшни германий атомлари билан мустаҳкам боғланиш ҳосил қилиб, бешинчи ортиқча электрони атомлар орасига ўтиб кетади. Бу электронлар эркин электронлар бўлиб колади.
Шундай қилиб, ярим ўтказгичга валентлиги катта бўлган бегона модда кўшилганда, ўтказувчанлик эркин электронлар ҳисобига юзага келади. Ярим ўтказгичнинг электрон ўтказувчанлигини ҳосил қилувчи аралашмалар донорлар дейилади. Асосий ўтказувчанлиги электрон ўтказувчанликдан иборат бўлган кристалл п-тур кристалл ёки ярим ўтказгич деб аталади.
Энди германийнинг кристалига уч валентли бор (В) элементи киритилган бўлсин. Бунда бор атомлари германий атомлари билан боғланиш ҳосил килганда битта боғланиш ўрни етишмай колади. Бундай заряд етишмовчили электр жиҳатдан мусбат зарядли ўрин — ковак ҳисобланади. Шунинг учун бундай кристаллда ҳосил бўлган асосий ўтказувчанлик — ковакли ўтказувчанлик бўлиб, ярим ўтказгич р — тур ярим ўтказгич деб аталади. Уни ҳосил қилувчи бегона модда — акцептор дейилади.