Электроника асослари. Ўқув қўлланма

2.2 – расм. Энергетик зоналар, а – yтказгичларники; б – ярим-yтказгичларники; в – диэлектрикларники: 1 – yтказувчанлик зона; 2- валент зона; 3 – та?и?ланган зона.

Бу электроннинг энергияси yтказувчанлик зонасидаги энергетик сатхлар ?иймати билан ани?ланади. Энергия ортиши билан, соф ярим yтказгичда электрон валент зонанинг ю?ори сатхидан yтказувчанлик зонасига yтади. Бунга хусусий yтказувчанлик дейилади. Валент зонасидан электрон чи?иб кетганда, унда «тешик» деб аталувчи бyш (вакант) yрин хосил бyлади (2.3- расм). Эркин электрон бош?а заррачалар билан тy?нашганда, yз энергиясининг бир ?исмини сарфлайди ва бу энергия сатхида яна ковалент бо?ланишга киришади.

Бу ходисага рекомбинация жараёни дейилади. Электрон – тешик жуфтларининг хосил бyлиш жараёни, параллел равишда yтади ва исси?лик мувозанатида эркин электронларнинг сони yрта хисобда yзгармас са?ланади. Атом билан бо?ланган электроннинг энергияси сатхдан орти?ро? бyлса:

2.3 расм. Электрон – тешик жуфтларининг хосил бyлиши. а – германий, б – энергетик диаграмма: 1 – yтказувчанлик зона, 2 – та?и?ланган зона, 3 – валент дона, 4 – электрон – тешик жуфтларининг хосил бyлиши.

Валент зонасидаги вакант (бyш) сатхга yтиши ва заряд ташувчи бyлиши мумкин. Соф ярим- yтказгичларда заряд ташувчилар концентрацияси, яхни эркин электрон ва тешиклар сони бир сантиметр кубда 10

 та бyлиб, солиштирма электр ?аршилиги 0,65 Ом м (германий) дан 10 Ом м (селен) гача бyлади. Ярим yтказгичдаги жараёнларни моделлаштириш ?улай бyлиши учун, бо?ланган электронлар харакати yрнига заряд ва массалари электронларникига тенг, лекин ишораси ?арама – ?арши бyлган квази заррача – тешиклар харакати текширилади. Уларнинг харакат йyналиши электронлар харакати йyналишига тескари олинади. Заряд ташувчилар – электрон ва тешиклар харакати умумий холда, иккита компонентдан ташкил топади: концентрацияси кам бyлган йyналишида вужудга келаётган тартибсиз харакат – диффузия ва таш?и электр майдон таъсиридаги харакат – дрейфдан иборат. Соф яримyтказгич иштирокида кyриб yтилган холат унга жуда оз ми?дорда (10

 … 10

%) аралашма ?yшилиши туфайли кескин yзгариб кетади. Масалан, германий кристалл панжарасида беш валентли мишьяк атоми (расм 2.4 а-расм) аралашмаси бyлса, унинг валент бо?ланган тyртта электронлари германий атомлари билан ковалент бо?ланиш yрнатишда иштирок этади. Бешинчи электрон атом билан кристалл панжарада мустахкам ало?ада бyлмай, эркин электрон бyлиб ?олади. Аралашманинг бешинчи «орти?ча» электрони таш?и таъсир натижасида «yзининг» атоми таъсиридан чи?иб кетади ва заряд ташувчиларнинг дрейф о?имини хосил ?илиши ёки эркин харакатланиши мумкин. Бош?ача айтганда, ярим yтказгичларда аралашмаларнинг бyлиши, легирланган ярим yтказгич электр ?аршилигининг кескин камайишига (германий учун 10

 Ом мм ва кремний учун 0,5 Ом мм) ва кyп ми?дорда эркин электронлар ?осил бyлишига олиб келади. Эркин электронлар харакати билан юзага келган yтказувчанликни «n» – турли электрон yтказувчанлик, материалнинг yзини эса «n» – турли ярим – yтказгич деб аталади (n – лотинча negativ – манфий сyзидан олинган). Ярим yтказгичдаги электрон yтказувчанликни хосил ?илувчи аралашмалар донорлар дейилади. Донор аралашмали валент электронларнинг энергетик сатхлари (yтказувчанлик зонаси) ярим – yтказгичнинг та?и?ланган зонасининг ю?ориро?ида жойлашган бyлади. Бундай бyлиши материалларда донор сатхларини хосил ?илади (расм 2.4 б-расм).

2.4 -расм. Мишяк аралашган германийнинг эквивалент панжараси (а) ва энергетик зона диаграммаси (б): 1 – yтказувчанлик зонаси, 2 – та?и?ланган зона, 3 – валент зона, 4 – акцептор сатхи, 5 – эркин электрон.

Донор сатхи энергиясига эга бyлган электронлар yтказувчанлик зонасига осонгина yтиб, заряд элтувчиларнинг диффузия о?имини хосил ?илади.

Соф ярим yтказгич германийга уч валентли индий аралашмаси киритилсин. 2.5а-расмда индий аралашмаси мавжуд бyлган германий кристалл панжараси кyрсатилган. Уч валентли индий атоми тyртта германий атоми билан ковалент бо?ланишга киришади ва унинг битта бо?и электрон билан тyлмай ?олади. Таш?и майдон ?yшни атом электронини шу тyлмай ?олган ковалент бо?ланишига (электрон ваканциясига) yтишга мажбур этади, бyшаган yринга эса yз навбатида бош?а ?yшни атомнинг электрони yтади ва хоказо.

Индий аралашмали ярим yтказгичда yзига хос электронларнинг навбатма-навбат харакати вужудга келади. Бунда электрон лар атомлардан узо?лашиб кетмайди, доим улар билан yзаро бо?ланган бyлади. Бо?ланган электронларнинг бундай кетма – кет силжишини шартли равишда, мусбат зарядга эга бyлган бyш ковалент бо?ланишга эга бyлган тешикларнинг электронлар томон харакати деб ?араш мумкин. Тешиклар харакати билан юзага келган yтказувчанликни ковакли (тешикли) yтказувчанлик, материалнинг yзини эса р – турли яримyтказгич деб аталади» (р лотинча – Роzitiv – мусбат сyзидан олинган). Яримyтказгичларда тешикли yтказувчанликни ?осил ?илувчи аралашмаларга акцепторлар дейилади.

Акцептор – аралашмали яримyтказгичларда та?и?ланган зонанинг пастки ?исмида, валент электронлар зонаси я?инида, эркин энергетик сатхлар юзага келади, улар акцептор сатхлари деб аталади (2.5 б – расм). Валент зонадан электронлар акцепторлар сатхларига осонгина yтиб, унда эркин электронлар ваканцияси – тешикларни хосил ?илади. Шундай ?илиб, соф ярим yтказгичли материалга донорли (Аs) ёки акцепторли (Jn) аралашмалар ?yшиб, сунoий равишда электрон (n – турли) ёки тешикли (р – турли) yтказувчанликка эга бyлган яримyтказгичлар олиш мумкин. Бундай материаллардан ?уйидаги ярим yтказгичли асбоблар тайёрланади: диодлар, транзисторлар, тиристорлар ва хоказо.

2.5 -расм. Индий аралашган германийнинг эквивалент зонаси (а) ва энергетик зона диаграммаси (б):1 – yтказувчанлик зонаси, 2 – та?и?ланган зона, 4 – акцептор сатхи, 5 —электрон, 6 – тешик.

2.2. ЭЛЕКТРОН ТЕШИКЛИ «n-р» – ЎТИШ

Жуда кyп яримyтказгичли асбобларнинг ишлаши турли хил yтказувчанликка эга бyлган, ярим yтказгич кристалларида суний йyл билан ?осил ?илинган, иккита ?yшни соха чегарасида юз берадиган жараёнлар билан бо?ли?дир. Бу чегаравий ?атламлар электрон тешикли ёки «n-р» yтиш деб айтилади.

Ю?орида айтиб yтилганидек (2.6а-расмга ?аранг), кристалларнинг электрон «n» – турли yтказувчанлик сохасидаги асосий электр заряд элтувчилари эркин электронлар хисобланади. Аралашма атомларига эса фиксацияланган (ани? белгиланган) мусбат зарядлар (донор аралашма ионлари) тy?ри келади. Тешикли «р» турли yтказувчанлик сохасидаги асосий заряд элтувчилар бyлиб коваклар (тешиклар) хисобланади, аралашма атомларида эса фиксацияланган манфий зарядлар (акцепторлар аралашма ионлари) тy?ри келади.

Турли хил yтказувчанликка эга бyлган кристалларни бир – бирига бирлаштирилмаса, заряд ташувчилар уларнинг бутун хажми бyйича тенг та?симланади. Агар сунъий равишда «n – р» yтишни эритиш, диффузия ёки yстириш усули билан хосил ?илиниб, кристаллар бирлаштирилса, чегара ?атламида электрон ва тешикларнинг рекомбинацияси юз беради. «n» -тур ярим yтказгичнинг yтказувчанлик зонасидаги эркин электрон, «р» тур ярим yтказгичнинг валент зонасидаги эркин коваклар сатхларини эгаллайди. Бунинг натижасида икки кристалл бирлашган чегаравий зона я?инида заряд элтувчилар йy?олади ва ю?ори электр ?аршилигига эга бyлган ?атлам хосил бyлади. Бу сийраклашган беркитувчи ?атлам ёкиси «n -р» yтиш деб айтилади. Унинг ?алинлиги бир неча микрондан ортмайди. Беркитувчи ?атламнинг кенгайишига харакатсиз донор ва акцептор ионлари ?аршилик кyрсатади. Улар кристаллар чегарасида контакт потенциаллар фар?ини – потенциал тyси?ни вужудга келтиради. Хосил бyлган электр майдон (Е

) куч чизи?ларини йyналиши «n» – сохадан «р» соха томон бyлади ва у электрон ?амда тешикларни харакатланишига тyс?инлик ?илади, яъни ?аршилик кyрсатади. Бу майдон таъсирида «n-р» yтишнинг ?аршилиги ортади. (2.6-в-расмда) «n – р» yтишли ярим yтказгич ?атламларига мос келувчи электростатик потенциал (j

) нинг та?симланиши кyрсатилган. Агар ана шундай ярим yтказгичга таш?и манба (G

) дан «р» – тур кристаллга «мусбат» ва р-тур кристаллга «манфий» кучланиш берилса (2.7а-расм) беркитувчи ?атлам янада кенгаяди, чунки контакт зоналардан хам мусбат («р» – зона ичига), хам манфий («n» – зона ичига) ташувчиларнинг (электрон ва тешиклар) «сyрилиши» юз беради. Демак, таш?и манба ?утблари 2.7а – расмда кyрсатилгандек бyлса, «n – р» yтишнинг ?аршилиги ортиб кетади ва ундан о?иб yтаётган ток ми?дори оз бyлади. Манбанинг бундай уланиши тескари улаш дейилади.

2.6 – расм. n – р – yтишнинг хосил бyлиши: а – кристалларнинг бир – бирига тегишигача бyлган таркиби б – беркитувчи ?атламларнинг ?осил бyлиши, в – ярим yтказгич чегарасидаги контакт потенциаллар фар?и.

Агар таш?и манбани ярим yтказгичга, ю?орида кyрсатилганга нисбатан, тескари ?утбли ?илиб уланса (манфий ?утб «n» – турли кристаллга ва мусбат ?утб «р» – турли кристаллга), таш?и электр майдоннинг (Е

) куч чизи?лари йyналиши беркитувчи ?атлам электр майдони (Е

) куч чизи?ларига ?арама – ?арши йyналишда бyлиб ?олади (2.7. б-расм). Бунда «n-р» – yтиш электр майдонининг тормозлаш таъсири маoлум даражада компенсацияланади ва ундан анча катта тy?ри ток о?иб yтади, чунки беркитувчи ?атлам тораяди. Токнинг бундай йyналиши тy?ри улаш дейилади (2.7.в, г-расм). Яхши ярим- yтказгичлардаги ?аршилик тy?ри ва тескари уланишларда камида yн мартаyзгаради. "р – n" yтишнинг вентиль (бир томонлама yтказиш) хусусиятидан ярим yтказгичли асбоблар диод, транзистор, тиристорлар ва х.з. лар ясашда кенг фойдаланилади.

2.7 – расм. Яримyтказгичлардаги тy?ри ва тескари йyналишларнинг хосил бyлиши: а – тескари йyналиш, б – потенциаллар фар?ининг n-р-зона кенгайгандаги yзгариш таксимоти в – тy?ри йyналиш, г – контакт потенциаллар фар?ининг n-р зона торайгандаги yзгариш таксимоти.

2.3. ЯРИМ ЎТКАЗГИЧЛИ ДИОДЛАР УМУМИЙ ТУШУНЧАЛАР

Классификацияси ва белгиланиш системалари. ярим yтказгичли диодиларнинг тузилиши ва катталиклари.

Ярим yтказгичли диод деб, мавжуд технологик усулларидан бири ?yлланилиб «n-р» – yтиш хосил ?илинган ярим yтказгич кристаллига айтилади.

2.8-расмда «р-n» – yтиш эга бyлган ярим yтказгичли диоднинг вольт-ампер тавсифномаси (ВАТ) келтирилган.

2.8-расм «р-n» – yтишнинг вольт – ампер тавсифномаси.

Диоднинг ВАТ жуда кyп факторларга бо?ли?. Масалан: таш?и таъсир, контакт сохасининг геометрик yлчамларига, ток тошувчилар ми?дорига, тескари кучланиш катталигига ва х.к.

Амалий жихатдан бу факторларни тескари токка бyлган таъсири катта. Масалан, мухит хароратининг кyтарилиши ёки тескари кучланишнинг бирор ?ийматгача оширилиши тескари токнинг бирданига кyпайиб кетиши натижасида р-n yтишнинг бузилишига (куйишига) сабаб бyлади.

Умуман олганда р-n – yтишнинг бузилиши турлари хилма-хил бyлади.

Шулардан исси?лик ва электр бузилишини кyрайлик.

Исси?лик бузилиши солиштирма ?аршилиги етарлича катта ва р-n yтиш сохаси кенг бyлган ярим yтказгичларда кузатилади. Ярим yтказгичнинг ?изиши билан кристалл панжаранинг исси?лик харорати ортади ва кyплаб электронлар валент бо?ланишларини узиб эркин электронга айланади. Натижада кристаллнинг хусусий yтказувчанлиги ортади. Бунда ярим yтказгичнинг ?изиши фа?ат таш?и мухит хароратининг ортиши билан белгиланмайди. р-n yтишдан yтадиган ток ?ам унинг ?изишига олиб келади. Агар р-n yтишда ажраладиган исси?ликни йy?отиш чораси кyрилмаса, исси?лик бузилиши майдон кучланганлигининг кичик ?ийматларида хам содир бyлиши мумкин. Электр бузилиши асосий бyлмаган ток ташувчилар сонининг яримyтказгич хажмидаги электр майдон кучлаганлиги ортиши туфайли содир бyлади. Бунда майдон кучланганлиги ортиши билан ток ташувчиларнинг харакат тезлиги ортади. Натижада урилиш туфайли ионлашишнинг кучкисимон кyпайиши вужудга келади. У р-n yтишнинг бузилишига олиб келади. Иккинчи томондан, майдон кучланганлигининг ортиши автоэлектрон эмиссия ходисасига хам сабаб бyлади. Бунинг натижасида хам бузилиш содир бyлади. Кенг р-n yтишда диодларда урилиш ионланиши туфайли, тор р-n yтишли диодларда эса, автоэлектрон эмиссия туфайли бузилиши содир бyлади. электр бузилишининг исси?лик бузилишидан фар?и шундаки, унда кенг р-n yтишда диодларда урилиш ионланиши туфайли, тор р-n yтишли диодларда эса, автоэлектрон эмиссия туфайли бузилиши содир бyлади. Электр бузилишининг исси?лик бузилишидан фар?и шундаки, унда кучланиш yзгаришининг бирор орали?ида тескари ток кучланишига бо?ли? бyлмай ?олади ва жараён ?айтар бyлади, яъни майдон кучланганлиги йy?олиши билан бошлан?ич холат тикланади.

2.9-расмда ярим yтказгичли диоднинг тyли? волpт-ампер тавсифномаси кyрсатилган.

2.9 – расм. Ярим yтказгич диоднинг тyли? вольт-ампер тавсифномаси.

Унда 1-чизи? исси?лик бузилиш, 2-чизи? эса электр бузилишини кyрсатади. Контакт сохасининг кенгилигига ?араб ярим yтказгичли диодлар ну?тавий ва ясси диодларга ажратилади. Биз танишган диодлар ясси диодлардир. Улардан тy?ри токнинг катталиги контакт юзаси кенглигига бо?ли? бyлиб, ?иймати бир неча миллиампердан бир неча юз ампергача етади.

Ну?тавий диодларнинг контакт юзаси жуда кичик бyлади. Улар ну?та контактли пайвандлаш йyли билан хосил ?илинади. Ну?тавий диодларнинг ясси диодлардан афзаллиги шундаки, уларнинг р-n yтиш си?ими жуда кичик бyлади. Шунинг учун уларни ю?ори частотали ?урилмаларда ишлатиш мумкин.

Хозирги пайтда инфра?изил, улpтрабинафша ва кyринувчи нурлар спекторини сезувчи оптоэлектрон диодлар катта ?изи?иш уй?отмо?да.

2.10 – расмда диодларнинг схемадаги шартли белгиланиши келтирилган.

2.10 – расм. Ярим yтказгич диодларининг схемадаги шартли белгиланиши. 1 – диод, 2 – туннелли диоди, 3 – стабилитрон, 4 – варикап.

ГОСТ 10862—72 га мувофи?, диодлар ?уйидагича маркаланади. Биринчи элемент харф ёки ра?ам бyлиб фойдаланилган ярим yтказгич материални билдиради. Г ёки I – германий; К ёки 2 – кремний; А ёки 3 – галлий арсенид. Иккинчи элемент (харф) диодларнинг классини кyрсатади.

Ц – тy?рилагич устунчалари; С – стабилитронлар; В – варикаплар;

И – туннелли диод; А – ёру?лик диодлари; ОД – оптронлар ва хоказо.

Учинчи элемент (сон) диоднинг хусусиятини ани?лайди. Тyртинчи ва бешинчи элементлар (сонлар) диодларнинг технологик ишлаб чи?ариш тартибини (0,1 дан 99 гача) белгилайди. Олтинчи элемент (харф) диоднинг параметрик группасини ани?лайди (параметрлар махлумотномалардан олинади). Масалан: «Г Д 10 7 А» ?уйидагича тушунтирилади: германий кристаллидан тайёрланган (Г) ярим- yтказгичли ну?тавий (Д), кичик ?увватли (I), 7 ишлаб чи?аришда (07), «А» группа (тy?ри ток ? 0,02 А, тy?ри кучланиш IB, тескари ток ? 0,02 тескари кучланиш ? I5B) га хос диод.

«3 0 Д I 0 I А» – арсенид галлий ярим yтказгичли материалидан тайёрланган оптрон жуфтли диод, биринчи ишлаб чи?арилиши, параметрик группаси «А» (yтказиш коэффициенти I%, кириш кучланиши – 1,5В) ва х.з.

ТЎ?РИЛАГИЧ ДИОДЛАРИ ВА УСТУНЧАЛАР