Сакенова Р. Е., Батырбай Ә. Т., Жапарова М. С., Ботабаева Г. Б., Сакпанов Е. М
жүктеу/скачать 2,44 Mb. Pdf көрінісі
|
2914351229724 Сакенова, Батырбай К ПЕЧАТИ
| Жартылай өткiзгiштердiң зоналық теориясы
Заттардағы электрондар атом ядроларына қатысты тек энергиялары белгiлi мәндердi қабылдайтын және осы энергиялардың ешқандай аралық мәнiн қабылдамайтындай күйлерде болады. Әрбiр электронға басқа электрондардың энергиялық деңгейлерiнен бӛлек энергиялық деңгейлердiң тек белгiлi бiр мәндері сәйкес келедi. Бұл энергияның деңгейлерi рұқсат етiлген деңгейлер деп аталады. Рұқсат етiлген деңгейдiң жиынтығы облыстарды немесе зоналарды құрайды және бұл зоналар бiр-бiрiнен электрон қабылдай алмайтын энергия деңгейлерiнен тұратын облыстармен бӛлiнген. Бұл облыстар тыйым салынған зоналар деп аталады. Абсолют ноль температурада жартылай ӛткiзгiштердегi барлық электрондар энергиясы ең тӛмен зонада орналасады және бұл зонадағы барлық энергиялық деңгейлер электрондармен толтырылады. Бұл зона валенттiлiк зона деп аталады. Валенттiлiк зонадан жоғары орналасқан зона ӛткiзгiштiк зона деп аталады. Барлық металл емес заттарда абсолют ноль температурада ӛткiзгiштiк зонада бiрде-бiр электрон болмайды. Металдарда валенттiлiк зона мен ӛткiзгiштiк зоналар қабаттасады. Электронның валенттiлiк зонадан ӛткiзгiштiк зонаға ӛтуiне қажеттi энергия тыйым салынған зонаның енi ( Е 0 ) деп аталады. Жартылай ӛткiзгiштердiң ӛткiзгiштiгi негiзгi электрондық (n-типтi) немесе кемтiктiк (p-типтi) болады. Электронды ӛткiзгiштiк электрондардың ӛткiзгiштiк зонада қозғалысынан пайда болады, ал кемтiктiк ӛткiзгiштiк электронның валенттiлiк зонада электрон жетiспейтiн атомдардың бiрiнен екiншiсiне қозғалысынан пайда болады. Электронның валенттiлiк зонадағы қозғалысынан оң зарядтың (кемтiктiң) электрон қозғалыс бағытына қарсы бағыттағы қозғалысымен ауыстыруға болады. Бұл оң заряд шарты «кемтiкң деп аталады. 131 Жартылай өткiзгiштердегi электрондық-кемтiктiк ауысулар Металл-жартылай ӛткiзгiш және жартылай ӛткiзгiш- жартылай ӛткiзгiш түйiсулерi Ом заңына бағынбайды. Бұл түйiсулердегi кедергi түсiрiлген кернеуге тәуелдi және кернеудiң бiрдей мәнiнде токтың бағытына байланысты ӛзгередi. Жоғарыда айтылғандай жартылай ӛткiзгiштердiң ӛткiзгiштiгi сипатына байланысты электрондық (n-типтi) және кемтiктiк (p-типтi) болуы мүмкiн. n- типтi жартылай ӛткiзгiштерде негiзгi заряд тасымалдаушылар электрондар, ал p-типтi жартылай ӛткiзгiштерде кемтiктер болып табылады. Екi жартылай ӛткiзгiштiң түйiсуiнде электрондар мен кемтiктер бiр жартылай ӛткiзгiштен екiншi жартылай ӛткiзгiшке ӛте алады. Сондықтан жартылай ӛткiзгiштердiң арасында түйiсу потенциалдар айырмасы пайда болады да, ал жұқа шекаралық қабатта түйiсу электрлiк ӛрiсi пайда болады. Егер бiр типтi (екеуi де электрондық немесе екеуi де кемтiктiк) жартылай ӛткiзгiштер түйiссе, онда екi жартылай ӛткiзгiште бiрдей бӛлшектермен алмасады (не кемтiктермен не электрондармен). Сондықтан түйiсетiн жартылай ӛткiзгiштердiң бiреуi n-типтi, екiншiсi p-типтi болған жағдайды қарастырамыз. Бұндай түйiсулер электрондық-кемтiктiк ауысу немесе p-n ауысу деп аталады. Осындай түйiсулерде таза күйiнде алу мүмкiн емес. Себебi екi жартылай ӛткiзгiштi бiр-бiрiне түйiстiргенде беттерiнiң тегiстiк еместiгiнен түйiсу тек кейбiр нүктелерде жүредi, ал олардың арасында ауа қабаттары болады. Сондықтан p-n ауысуын алу үшiн таза жартылай ӛткiзгiшке (мысалы, германий, кремний) екi қоспа - бiреуi донорлық (яғни, электрондық ӛткiзгiштiк бередi), ал екiншiсi акцепторлық (яғни, кемтiктiк ӛткiзгiштiк бередi), пластинканың бiр шетiнде бiр қоспа, ал екiншi шетiнде екiншi қоспа артық болатындай түрде енгiзiледi. Сонда пластинканың бiр жартысындай электрондық ӛткiзгiштiк, ал екiншi жартысында кемтiктiк ӛткiзгiштiк пайда болады және осы екi қоспалар бiрiн- бiрi теңестiредi. 132 Электр тогы болмаған жағдайдағы p-n ауысуын қарастырайық. Жылулық қозғалыстың нәтижесiнде n-облыстан электрондар p-облысқа ӛтедi және кемтiктер p-облыстан n-облысқа ӛтедi. Соның нәтижесiнде n-облыста түйiсу шекарасының айналасында оң кӛлемдiк заряд, ал p-облыста терiс кӛлемдiк заряд пайда болады да, n-облыстың потенциалы оң және ондағы электрон энергиясы азаяды (себебi, электрон заряды терiс), ал p-облыстың потенциалы терiс және ондағы электронның энергиясы артады. Электрондардың W э потенциалдық энергиясының таралу қисығы суретте кӛрсетiлгендей түрде болады (тұтас қисық). Керiсiнше кемтiктердiң W д потенциалдық энергиясы n- облыста үлкен және p-облыста кiшi болады (сызықшалы қисық). Тепе-теңдiк күйiнде түйiсу арқылы ӛтетiн толық ток нольге тең. Бұл токтың металдағы токтан ерекшелiгi, ол электрондар мен кемтiктердiң реттелген қозғалысынан пайда болады. Кез келген жартылай ӛткiзгiште негiзгi заряд тасымалдаушылардан басқа, әрқашанда негiзгi емес заряд тасымалдаушылар болады. Сондықтан электрондық жартылай ӛткiзгiштердiң электр ӛткiзгiштiгi электрондармен (негiзгi заряд тасымалдаушылар) қатар электрондармен салыстырғанда саны аз кемтiктердiң (негiзгi емес заряд тасымалдаушылар) қозғалысынан болады. Ал кемтiктiк жартылай ӛткiзгiштердiң электр ӛткiзгiштiгi кемтiктермен (негiзгi заряд тасымалдаушылар) қатар электрондар (негiзгi емес заряд тасымалдаушылар) қозғалысынан болады. Негiзгi емес заряд тасымалдаушылардың санынан негiзгi заряд тасымалдаушылардың саны ӛте кӛп болады. Суреттi қарастырайық. Түйiсу ӛрiсi негiзгi емес заряд тасымалдаушылардың қозғалысын тудырады (суретте негiзгi емес заряд тасымалдаушылар потенциалдық дӛңестен «тӛмен түседiң). Сондықтан барлық түйiсу облысының айналасындае пайда болатын негiзгi емес заряд тасымалдаушылар n-p-ауысу арқылы қозғалады және n-облыстан p-облысқа бағытталған І H токты тудырады. Бұл токтың күшi n және p-жартылай 133 ӛткiзгiштерге түсiрiлген потенциалдар айырмасына тәуелсiз, тек түйiсу облысында бiрлiк уақытта пайда болатын негiзгi емес заряд тасымалдаушылардың санына ғана тәуелдi. Негiзгi заряд тасымалдаушылар (оңнан солға қарай қозғалатын кемтiктер және солдан оңға қарай қозғалатын электрондар) І 0 тогын тудырады және бұл токтың бағыты p-облыстан n- облысқа қарай бағытталады. Суретте кӛрсетiлгендей түйiсу ӛрiсi потенциалдық барьердан ӛтуге тиiс негiзгi заряд тасымалдаушылардың қозғалысына кедергi келтiредi. Тепе-теңдiк күйiнде толық ток І=І 0 -І н =0 болатындай потенциалдық барьердiң биiктiгi тұрақтанады. Ендi түйiсу арқылы ток жүрген жағдайды қарастырайық. n-облысқа терiс потенциал және p-облысқа оң потенциал берiлсе (сурет), онда n-облыстағы электрондар энергиясы артады, сондықтан потенциалдық барьердiң биiктiгi азаяды. Бұл жағдайда жоғарыда айтылғандай І н негiзгi емес заряд тасымалдаушылардың тогы ӛзгермейдi. І 0 негiзгi заряд тасымалдаушылардың тогы ендi электрондар потенциалдық барьердан ӛте алатын болғандықтан, солдан оңға қарай және кемтiктер қарама-қарсы бағытта жүредi. Нәтижесiнде түйiсу арқылы p-облыстан n-облысқа бағытталған І=І 0 - І н тогы ӛтедi және ток күшi түсiрiлген кернеуге байланысты күрт артады. Егер n-облысты ток кӛзiнiң оң полюсiне, p-облысты ток кӛзiнiң терiс полюсiне қосқанда потенциалдық барьердiң биiктiгi артады да негiзгi заряд тасымалдаушылардың І 0 тогы кемидi (сурет). Кернеу 1 Вольт шамасында болған кезде түйiсуден тек шамасы ӛте аз негiзгi емес заряд тасымалдаушылардың І н тогы ӛтедi деп есептеуге болады. Жоғарыда келтiрiлгендерге байланысты p- n-ауысудың вольт-амперлiк сипаттамасы суретте кӛрсетiлгендей түрде болады. 134 Ток p-облыстан n-облысқа қарай жүргенде, ток күшiнiң мәнi үлкен болады және түсiрiлген кернеуге байланысты тез артады. Сондықтан осы бағыттағы ток үшiн (токтың ӛту бағыты) түйiсу кернеуi ӛте аз болады. Егер ток n-облыстан p-облысқа қарай бағытталса, ток күшi ӛте аз болады және түсiрiлген кернеуден тәуелсiз болады (қанығу тогы). Токтың осы бағытына түйiсу кедергiсi ӛте үлкен болады. Соныменен p-n ауысуы бiр бағыттың ӛткiзгiштiкке немесе вентилдiк қасиетке ие болады және вольт-амперлiк сипаттамасы сызықтық түрде болмайды. Айнымалы ток тiзбегiне p-n ауысуын қосқанда ол түзеткiш түрiнде жұмыс атқарады. Бiр p-n ауысуынан тұратын электрлiк қондырғыны диод деп атайды. Егер керi кернеудiң шамасы белгiлi бiр үлкен шамаға жеткенде, түйiсудiң қызуымен және ӛтпелi қабатта күштi электр ӛрiсiнiң әсерiне байланысты қосымша құбылыстар байқалады. Бұл құбылыстар түзетушi ауысуды iстен шығаратын керi токтардың күрт артуын тудырады (диодтың «тесiлуi»). жүктеу/скачать 2,44 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|