Дәрістердің ҚЫСҚаша курсы электроника және схемотехника 1
жүктеу/скачать 2,49 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Нұр - Сұлтан 2020 1 - ші ДӘРІС Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі
|
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ АУЫЛ ШАРУАШЫЛЫҒЫ МИНИСТРЛІГІ "ҚАЗАҚ АГРОТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ С. СЕЙФУЛЛИН атындағы» ДӘРІСТЕРДІҢ ҚЫСҚАША КУРСЫ Электроника және схемотехника 1 пәні бойынша» 5В071900 "Радиоэлектроника" модульдік білім беру бағдарламасы үшін» Нұр - Сұлтан 2020 1 - ші ДӘРІС Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі Электрониканың негізінде жартылай өткізгіш аспаптардың (жартылай өткізгішті электроника) қолданысы жатыр. Жартылай өткізгіш дегеніміз меншікті электр кедергісі мына шақтамада: ρ = 10-3 - 104 Ом∙см. Жартылай өткізгіштер электр өткізгіштігі бойынша металдар және диэлектрикалар аралығында аралық жағдайды алады. Заттардың электр өткізгіштігінде көрсетілгендер осы материалдардың энергетикалық спектрларының түрлілігімен, яғни рұқсат етілген мәндерінде аталған заттың құрылымын құрайтын атомдардағы электроника энергиясының деңгейлерімен шартталған. Кристалдың құрылуы кезінде атомдардың энергетикалық деңгейлері жарықшақтанады, бұл бір-біріне жақын орналасқан энергетикалық деңгейлерден құралушы аймақтардың құрылуына әкеп соқтырады. Таза жартылай өткізгіштің энергетикалық диаграммасында (1.1, а сурет) көрсетілген: В - абсолютті нөл температурасы кезінде электрондармен толтырылған барлық деңгейлерінің валентті аймағы; С – еркін электрондардың зонасы (өткізгіш аймағы). Өткізгіш аймағының деңгейінде атомдардың қозуы кезінде электрондар өткізілуі мүмкін; З – энергетикалық деңгейлері болмайтын, тыйым салынған аймақ. Тыйым салынған аймақтың болуы электронға өткізу аймағында тыйым салынған аймақтың энергиясына қарағанда W көп екенін хабарлау қажет. Аса кеңінен таралған жартылай өткізгіштерде тыйым салынған аймағының ені — германий (Ge) және кремний (Si) — сәйкесінше 0,72 электрон - вольт және 1,12 электрон - вольт құрайды. Бұл жартылай өткізгіштер Менделеев кестесінің IV элементтер тобына жатады, онда төрт валентті электрондарына ие. 1.1,а суретте валентті электрондардан құрылған, екі сызықтылармен белгіленген, бұл жартылай өткізгіштердің кристалдық тордың сызбасы көрсетілген. а) б ) в) 1.1 сурет – Жартылай өткізгіштердің аймақтық диаграммасы Тар тыйым салынған аймағындағы германии (Ge) және кремний (Si) бөлмелік температурасы кезінде кейбір электрондар тыйым салынған аймаққа ие болу үшін жеткілікті энергияны алады. Нәтижесінде электрон валентті аймағынан өткізгіш аймағына ауысады. Электронның кетуі кезінде, валентті аймақта кемтік деп аталынатын толтырылмаған энергетикалық деңгей қалады. Кристалдық торда осыдан, жартылай өткізгіш кристалында валентті байланыстардың бірінде ажырама жүреді және еркін электрон пайда болады. еркін электрон кристалл бойынша еркін орналаса бастайды. Байланыс электрондарының біреуінен айрылған тордың торабы тесік болады. Ажыратылған байланыс көршілес байланыстағы электронды жаңартса қайта қалпына келтірілуі мүмкін. Байланыстарды қайта қалпына келтіру үрдісі тордың бір атомынан басқасына валентті аймағына электрондардың орналасу есебінен, оң заряд берілетін тесіктердің қарама-қарсы бағытталған қозғалыстары түрінде ұсыну ыңғайлы. Осыдан, жартылай өткізгіштің кристалында еркін электрондардың, сондай-ақ тесіктердің орналасуы жүреді. Таза жартылай өткізгіш жұптарында құрылу үрдісі электрон өткізгіш аймағында және валентті аймақтағы тесік зарядтардың өзіндік тасушы генерациялары деп аталады. Біруақытта зарядтардың тасушы генерациялары үрдісімен олардың қайта әрекет ету үрдісі – электрондардың кемтіктермен кездесуі, электрондардың өткізгіш аймғынан валентті аймағына тәуелділігі және еркін зарядтардың жоғалуы жүреді. Жиі түрде қайта әрекет ету үрдісі кристалдық тордың ақауларында жүреді. Бұл ақаулар қайта әрекет етудің орталықтарына қызмет көрсетеді. Генерациялау және қайта әрекет ету моменттерінің ар Қайта әрекет етудің арқасында жартылай өткізгіштегі зарядты тасушылардың саны ұлғаймайды және тұрақты температурасы кезінде өзгеріссіз. Тесіктердің және электрондардың концентрациялары таза жартылай өткізгіштерде өз араларында тең, яғни рi = ni (i индексі жартылай өткізгіштің өзіндік екенін білдіреді). Тесіктердің және электрондардың концентрациялары температуралардың жұмыс диапазонында, таза жартылай өткізгіштерде аса зор емес. Сондықтан да өзінің электр құрамдары бойынша, таза жартылай өткізгіштер диэлектриктерге жақын. Таза жартылай өткізгіштеріне шамалы қоспалардың енгізілуі электр өткізгіштері сипатының тез өгеруіне әкеп соқтырады. Кремнийге және германийге Менделеев кестесіндегі V элемент топтарындағы атомның қоспаларын енгізу кезінде сыртқы қабатындағы бес валентті электрондарында – донорлы қосынды, валентті электрондардың біреуі артық болады және жартылай өткізгіштің көршілес атомдарымен байланыс құрамайды. Энергетикалық диаграммада бұл электронға тыйым салынған аймақтың жоғарғы бөлігінде орналасқан локальды энергетикалық деңгей (1.1,б сурет) және абсолютті нөлдік температурасы кезіндегі толтырылуы сәйкес келеді. Өткізгіштің аймағына локальды деңгейлердің жақындасуы атом қосындыларының шамалы қыздыруы кезінде оқшаулайды және қосымша электрон береді. Нәтижесінде еркін электрондардың саны ұлғаяды. Донорлы қосындының иондалуы кезінде еркін электрондардың құрылуы қозғалмайтын теріс зарядтардың кристалдық торының тораптарында – иондардың қосындысының пайда болуымен тәуелденеді. Электрондармен ауысу атомдардың қосындысы аралығында мүмкін емес, себебі атомдардың қосындысы бір-бірінен жойылған және бөлме температурасы кезінде барлығы оқшауланған. Осыдан, атомдардың иондалуы жартылай өткізгіштің атомдары арасында ажырауы кезінде құрылатын, кемтік концентрацияларының ұлғаюына әкеп соқтырмайды. Сондықтан да, донорлы кірмені енгізу кезінде еркін электрондар қосындысының концентрациялары кемтік концентрацияларынан айтарлықтай көбіреу болады, электр өткізгіштігі әдетте электрондармен анықталынады. Бұл жағдайда электрондарды басты тасушылар (олардың концентрациясы nn деп аталынады), ал кемтіктер – негізгі емес - (рn концентрациясы). Мұндай жартылай өткізгіш п-типті жартылай өткізгіш болып аталады. Алайда, қоспалы жартылай өткізгіште бір белгілі қозғалмалы тасушыларға ие болуына қарамастан, жартылай өткізгіш жалпы электрлік түрінде нейтралды,себебі қозғалатын тасушылары артық зарядтармен ион қоспаларының зарядымен компенсацияланады. Жартылай өткізгіш п-типтілер үшін теріс және оң зарядтардың әділ теңдігі:nn = pn + NД NД мұндағы NД - донорлы кірменің концентрациясы. Жартылай өткізгіш п-типіндегі кемтіктердің концентрациясы аз, ондағы электрондардың концентрациялары донорлы кірменің атомдары концентрацияларына тең . III топ элементтері, акцепторлы деп аталынатын, кремний және германий қоспаларының енгізілуі, кристалдық торда (1.1, в сурет), атом кірмесінің орналасқан орнында валентті аймағына жақын және абсолютті нөлдік температурасы кезіндегі толтырылмаған қосымша энергетикалық деңгейлер пайда болады. Негізгі заттың көршілес атомынан электронның келу есебінен (мысалы, бөлме температурасына дейін қыздыру кезінде) теріс ион кірмесі құрылады, ал құрылған байланыста оң заряд – кемтік құрылады. Кірмелердің локальды энергетикалық деңгейлері енді тек валентті аймақтың жаңында ғана орналасқан және өзіне кемтіктердің құрылуына әкеп соқтыра, осы аймақтан электрондарды жеңіл алады. Басты тасушылар ретінде осыдан кемтіктер болады, ал негізгі емес тасушылар ретінде электрондар болады. Кемтіктердің артық зарядтары теріс иондардың зарядтарымен теңдестіріледі, осыдан жартылай өткізгіштің электр бейтараптылығы сақталынады. Акцепторлы кірмесімен жартылай өткізгіші р – типті деп аталынады, ол мынадай түрде болады: pp = np + Na Na , мұндағы Na — акцепторлы кірмелердің концентрациялары. Бөлмелік температураның диапазонында барлық акцепторлы кірмелер иондалған (қосымша электронды қабылдады), көрсетілген температураның жұмыс диапазонында басты тасушылардың концентрациялары температураға байланысты емес.Меншікті жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі σ = g n∙μn + g p∙μp , мұндағы q - электрондардың заряды, п және р – электрондардың және тесіктердің концентрациялары, n және р – электрондардың және кемтіктердің қозғалмалығы, яғни заряд тасушылардың электр алаңының кернеуінен кіретін, бағытталған қозғалысының орташа жылдамдығы. Электронды жартылай өткізгіште nn рn, мынаны жазуға болады: σn = g nn∙μ Тесіктік жартылай өткізгіште рр nр,: σp = g pp∙μp Температура ұлғайған кезде, кристалдық торлардың жылулық тербелулері ұлғаяды, тасушылардың қозғалмалығы төмендейді. Температураның жұмыс диапазонында жартылай өткізгіш кірмелердің басты тасушы концентрациялары өзгеріссіз болғандықтан, олардың электр өткізгіштігі температураның артуымен қозғалмалылықтың төмендеуі төмендейді. жүктеу/скачать 2,49 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|