Қатты денелер физикасы


ᄉ ᄃ ауысудың пайда болуы мен жұмыс принципі



бет242/252
Дата28.01.2018
өлшемі26,78 Mb.
#34638
түріОқулық
1   ...   238   239   240   241   242   243   244   245   ...   252

ᄉ ᄃ ауысудың пайда болуы мен жұмыс принципі


ᄉ ᄃ ауысу - өткізгіштіктері әртүрлі екі жартылай өткізгіштердің түйісуі. Бұл практика жүзінде мына түрде жүзеге асады: жартылай өткізгіштің бір жағына (диффузия әдісі арқылы) басқа типті қоспа енгіземіз, ол басқа типті өткізгіштік тудырады, мұндағы ᄉ ᄃ тең болады да, ᄉ ᄃ ауысу пайда болады. (4.11-сурет).







Д
онорлық қоспа атомдары электрондарын беріп, оң ионға, ал акцепторлық қоспа атомы электрон қосып алып теріс ионға айналатының еске түсірейік.
Өткізгіштіктері әртүрлі жартылай өткізгіштердің шекаралық шеттері еркін жол ұзындығындай ᄉ ᄃ аралықта бір-бірімен түйіскенде, электрондар мен кемтіктер бір-бірімен қосылып, рекомбинацияланады, яғни еркін заряд тасушылар болмайды. Акцепторлық және донорлық қоспалардың компенсацияланбаған иондары кеңістіктік заряд аймағын түзеді, бұл ᄉ ᄃ ауысу аймағы (4.12-сурет). Сонымен қоса, ол үлкен кедергі аймағы, себебі еркін заряд тасушылар аз аймақ.

Кеңістіктік заряд аймағындағы иондар электр өрісін тудырады, ол өріс негізгі заряд тасушылар қозғалысына кедергі келтіреді: ᄉ ᄃаймағында кемтіктердің және ᄉ ᄃ аймағында электрондардың.

Әрине, заряд тасушылардың біразы ᄉ ᄃ ауысу арқылы өтіп кетеді. Кеңістіктік зарядтар аймағында негізгі зат атомдары арасындағы валенттік байланыстың үзілуі есебінен пайда болған электрондар («зона-зона» ауысуы) мен осының нәтижесінде ᄉ ᄃ аймақта пайда болған кемтіктер негізгі емес заряд тасушылар деп аталады. ᄉ ᄃ ауысудың электр өрісі негізгі емес заряд тасушылар тогына (ᄉ ᄃ) кедергі келтірмейді. Оған негізгі ток тасушылардың концентрация градиенті арқасында пайда болған диффузиялық ток қарама-қарсы ағады. Төменде көрсетілгендей бұл токтар шама жағынан тең және ауысу арқылы өткен қорытқы ток та нөлге тең.

Сыртқы электр өрісі (ᄉ ᄃ) тура («+»-тен ᄉ ᄃаймаққа, «-»-тан ᄉ ᄃ аймаққа) қосылғанда кеңістіктік зарядтың ішкі электр өрісін азайтады, ол ᄉ ᄃ токтың күшеюіне алып келеді. Кеңістіктік заряд аймағында негізгі заряд тасушылар сығылатын сияқты, оның кедергісі кемиді және негізгі тасушылар тогы бірден артады. Кері қосылғанда («-»-тан ᄉ ᄃ аймаққа, «+»-тен ᄉ ᄃ аймаққа) сыртқы электр өрісі ішкі электр өрісімен қосылады, бұл кеңістіктің заряд аймағының кеңуіне алып келеді (негізгі заряд тасушылар ᄉ ᄃ ауысу аймағынан сорылып алынатын сияқты). Кеңістіктік заряд аймағы кедергісі артады, ᄉ ᄃ ток өшеді, бірақ ᄉ ᄃ ауысу аймағында электрон-кемтік жүбының генерациялануы нәтижесінде негізгі емес тасушылар тогы қалады.



ᄉ ᄃ ауысу аймағы геометриясының (өлшемдерінің) өзгеруі кернеу өзгерісіне тәуелді, сондықтан оны электр сиымдылығы өзгеріп отыратын конденсатор ретінде қолдануға болады. ᄉ ᄃ ауысу жұмысы мен пайда болуын зоналық теория тұрғысынан қарастырамыз. 1 бөлімде екі жүйенің тепе-теңдік шарты олардың химиялық потенциалдарының теңдігі болып табылатыны дәлелденген. Сондықтан, кернеу болмаған кезде (ᄉ ᄃ), ᄉ ᄃ және ᄉ ᄃ аймақтардағы Ферми деңгейінің орналасуы бірдей болады (4.13.а-сурет).

П
айда болған энергетикалық тосқауыл негізгі заряд тасушылар қозғалысына кедергі келтіреді. ᄉ ᄃ болғанда, тосқауыл биік емес, сондықтан негізгі заряд тасушылар концентрациясы градиенті есебінен диффузиялық ток пайда болады. Оның шамасын табайық. ᄉ ᄃ және ᄉ ᄃ аймақтардағы ᄉ ᄃ айырмасын шатастырып алмас үшін, ᄉ ᄃ деп белгілейміз. Тек, электрондар тогын ғана қарастырамыз, себебі кемтіктер тогын анықтау да осындай нәтижені береді.
ᄉ ᄃ-ᄉ ᄃ аймақтағы өткізгіштік зонаға донорлық деңгейден электрондардың өту ықтималдығы мен тосқауылдан өту (ᄉ ᄃ) ықтималдылықтарының көбейтіндісімен анықталады (ᄉ ᄃ):

ᄉ ᄃ, (4.27)

мұндағы ᄉ ᄃ – «бастапқы» ток, меншікті электр өткізгіштік ᄉ ᄃ-мен, ᄉ ᄃ ауысу ауданымен анықталады және әрбір ᄉ ᄃ үшін тұрақты шама болып қалады.

ᄉ ᄃмына түрде белгілейміз: ᄉ ᄃ.

ᄉ ᄃ;

ᄉ ᄃ. (4.28)



Оған қарсы негізгі емес тасушылар тоғы ᄉ ᄃ ағады, ол ᄉ ᄃ аймақтағы валенттік зонадан өткізгіштік зонаға электрондардың ауысуы нәтижесінде пайда болады.

ᄉ ᄃ (4.29)

Қорытқы ток ᄉ ᄃ.

Кері бағытта қосылғанда («-»-тан ᄉ ᄃ аймаққа, «+»-тен ᄉ ᄃ аймаққа), тосқауыл биіктігі артады: осылай қосылғанда электрондардың, сонымен бірге кемтіктердің энергиялары кемиді (кемтіктер үшін энергияның кемуі –жоғары бағытта), сондықтан ᄉ ᄃ аймақтағы энергетикалық диаграмма жоғары, ал ᄉ ᄃ аймақтағы төмен қарай (4.13 б-сурет) ығысады, тосқауыл биіктігі артады. ᄉ ᄃ және ᄉ ᄃ ара қашықтығы кернеуге байланысты емес: ᄉ ᄃ жартылай өткізгіштің негізгі атомдары арасындағы валенттік байланыстардың үзілу энергиясымен анықталады; ᄉ ᄃ қоспа атомдары концентрациясы және температурамен анықталады

Бұл жағдайдағы ᄉ ᄃ ауысу арқылы өткен токты анықтаймыз: ᄉ ᄃ тұрақты болып қалады.

ᄉ ᄃ
ᄉ ᄃ.

ᄉ ᄃ (4.30)

ᄉ ᄃ болғанда, (ᄉ ᄃВ) ᄉ ᄃ,

Сондықтан, кері ток ᄉ ᄃ. (4.31)

ᄉ ᄃ екендігіне көңіл бөлу керек, яғни ол ᄉ ᄃ ауысу бұзылғанға дейін ᄉ ᄃ-ға байланысты емес (4.14 б-сурет).



тура қосылу кезінде («+» -тен ᄉ ᄃ- аймаққа қарай) электрондар мен кемтіктердің энергиялары артады, сондықтан, ᄉ ᄃ- аймақтың энергиясы

а) төмен қарай, ал ᄉ ᄃ аймақтікі жоғары қарай ығысады да, энергетикалық тосқауыл кемиді (4.14 а-суретті қара).

ᄉ ᄃ ток өзгеріссіз, сол күйінде қалады: ᄉ ᄃ.

Бірақ ᄉ ᄃ ток өседі:

ᄉ ᄃ


ᄉ ᄃ.

ᄉ ᄃ. (4.32)

Тура қосылған кезде ᄉ ᄃ, ᄉ ᄃ, 1-ді ескермеуге болады және ᄉ ᄃ (4.14 б-суретті қара).

ᄉ ᄃ ток ᄉ ᄃ-ден ᄉ ᄃ есе кем, ᄉ ᄃ ауысулар айнымалы токты түзету үшін қолданылады.



Қарастырылған процестердің негізгі екендігін көрсету қажет; нақты ᄉ ᄃ ауысуларда олар электрондар мен кемтіктердің генерациясы мен рекомбинациясы салдарынан күрделінеді.



Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   238   239   240   241   242   243   244   245   ...   252




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет