Elektron-deşik keçidinin xüsusiyyətləri. Keçidin volt-amper xarakteristikası

 Elektron-deşik keçidinin xüsusiyyətləri. Keçidin volt-amper xarakteristikası

Elektronika- R.Hümbətov 

Bir tərəfi n tipli, digər tərəfi p tipli keçiriciliyə malik olan iki qonşu yarımkeçirici sahəsinin təmas (kontakt) sərhədinə elektron - deşik keçidi və yap-n keçid deyilir.

Belə keçidi iki yarımkeçirici lövhəni bilavasitə bir-biri ilə təmasa (kontakta) gətirməklə əldə etmək mümkün deyildir. Çünki bu halda lövhələr arasında nazik hava qatı və ya səthi təbəqələr əmələ gəlir. Əsl keçid vahid yarımkeçirici lövhədə bu və ya başqa üsulla p nə n təbəqələri arasında kifayət qədər kəskin sərhəd yaratmaqla əldə edilir.

80

п və p təbəqələrində əsas yükdaşıyıcılann konsentrasiyasına

görə keçidlər simmetrik və qeyri-simmetrik

(пп»рр\е ya Pp»n,^ olur. Qeyri-simmetrik keçidlər çox

geniş yayılmışlar. Belə keçidə malik yarımkeçiricilərdə

yükdaşıyıcılann konsentrasiyaları bir-birindən 100-1000

dəfə fərqlənir. Müəyyənlik üçün belə qəbul edilir ki, p təbəqəsi

n təbəqəsinə nisbətən həmişə daha kiçik müqavimətə

malik olur

Təmasdan qabaq hər iki təbəqədə sərbəst yükdaşıyıcıların

və aşqarların konsentrasiyaları şəkil 3.7tz-da göstərilmişdir.

Yaxşı təsəvvür etmək üçün konsentrasiyalarm fərqi

həqiqətdə olduğundan xeyli az götürülmüşdür.

Hər iki təbəqəni təmasa gətirib keçid yaradandan

sonra Pp»pn olduğundan konsentrasiya qradiyentinin təsiri

altında deşiklərin bir hissəsi p qatından n qatına diffuziya

edəcəkdir, n qatında sərhəd yaxınlığında artıq deşiklər əmə-

P qatı

Чһ Ч» + n өөог

өөө^ө

4-+4-4-4- ©©„©©_©. 4- + 4- 4- 4-

өөөөө

®_©+®©

©+®_®©

®® өө

i

O Donor

— Elektron

©Akseptor

+ Deşik

ЈГ у

Şəkil 3.1 .p-n keçidin strukturu: a) təmasdan qabaqkı hal;

b) təmasdan sonrakı hal

81

lə gələcək və onlar np = n2ı şərti ödənənə qədər elektronlarla rekombinasiya edəcəklər. Nəticədə bu sahədə sərbəst elektronların konsentrasiyası azalacaq və donor atomlarının kompensasiya edilməmiş müsbət yükü özünü göstərəcəkdir (şəkil 3.7£>).

Buna uyğun olaraq, konsentrasiya qradiyentinin təsirindən (nn»pp) n qatının elektronlarının bir hissəsi p qatma diffuziya edəcək və sərhəd yaxınlığında deşiklərlə rekombi- nasiyaya girərək burada deşiklərin konsentrasiyasmı azaldacaqdır.

Nəticədə sərhədin sol tərəfində akseptor atomlarının kompensasiya edilməmiş mənfi yükü üstünlük təşkil edəcəkdir. Qeyri-simmetrik keçiddə elektronların 1/p qatma dif- fuziyası bir o qədər də çox deyildir, çünki pp-p„»n„-np.

Kompensasiya edilmiş fəza yüklərinin yarandığı belə sahəyə keçid sahəsi deyilir və onun eni onda bir mikronla ölçülür. Mütəhərrik yükdaşıyıcılarm hər iki hissədə konsen- trasiyası kəskin azaldığından bu sahəni həm də kasıblaşmış və ya tükənmiş sahə adlandırırlar.

Müvazinət üçün, daha doğrusu, keçidin neytral olması üçün ümumi yük sıfra - sol tərəfdəki mənfi yük - sağ tərəfdəki müsbət yükə bərabər olmalıdır. Şəkildən görünür ki, bu yüklər təkcə aşqar ionları ilə yox, həm də qonşu qatdan gəlmiş daşıyıcıların sayı ilə əlaqədardır. Ancaq bu yükdaşı- yıcılarm rolu bir o qədər əhəmiyyət daşımır və praktiki olaraq fəza yüklərinin aşqar ionları ilə əlaqədar olduğunu qəbul edirlər.

Keçiddə akseptorlarm konsentrasiyası donorların kon- sentrasiyasından çox olduğundan (Na>Nd), sağdakı və soldakı yüklər bərabər olduğundan faza yüklərinin təsir uzunluğu müxtəlif olur: n qatından müsbət yük sahəsi p qatındakı mənfi yük sahəsindən daha enli olur. Başqa sözlə desək qeyri simmetrik keçid əsasən yüksəkmüqavimətli n qatında

82

(bu halda) cəm olur. Bu vəziyyət mütəhərrik daşıyıcıların yükünü nəzərə alanda da dəyişmir.

Keçidin işini zona nəzəriyyəsi baxımından araşdıraq, p və n qatları təmasda olmayanda onların zona diaqramları şəkil 3.8 я-da təsvir olunur. Qatlar birləşəndən sonra da Fenni səviyyəsinin hər iki qat üçün eyni olması zərurətindən zonalar mütləq əyilir, qatların elektrostatik potensialları fərqlənir və bu da potensial səddinin yaranmasına gətirib çıxarır

(şəkil 3.8 b).

Elektronları keçiricilik zonasının dibi ilə hərəkət edən kürəciklərə bənzətmək yolu ilə axırıncı diaqramdan potensial fərqini izah etmək olar. Göründüyü kimi n qatındakı elektronlara çox kiçik ilkin enerji lazımdır ki, a-b sahəsindəki dikliyi dəf edib sol tərəfə keçsinlər, p qatındakı elektronlara isə ilkin enerji lazım olmur, onlardan hər biri səddin sərhədinə çatarsa, asanlıqla sürüşüb sağ tərəfə keçə bilər.

Valent zonasını maye ilə doldurulmuş, deşikləri ilə bu

b)

Şəkil 3.8. p və n qatlarının təmasda olmadığı (a) və təmasdan sonra müvazinətdə olduğu (b) hallar üçün zona diaqramları

zonanın tavanına yapışmış süzgəc kimi təsvir etsək, görərik ki, p qatının deşikləri kifayət qədər ilkin enerjiyə malik olmalıdırlar ki, ”mayenin” sıxıb-çıxarma qüvvəsini dəf edib v-q sahəsində potensial səddin səviyəsinə düşə bilsinlər, n qatının deşikləri isə sərhədə çatarlarsa ”üzərək” asanlıqla sol tərəfə keçə bilərlər.

n qatının az enerjili elektronları və p qatının az enerjili deşikləri səddi keçə bilmirlər və elə bil ki, ona dəyib geri

83

qayıdırlar. Bu daşıyıcıların sərhədə girmə məsafəsi onların enerjisinə mütənasibdir. Şəkil 3.8 b-də sərhəd sahəsində solda ionlaşmış akseptor atomları, sağda isə ionlaşmış donor atomları göstərilmişdir. Məlumdur ki, onların səviyyələri uyğun qatın dərinliyi boyunca yerləşmişlər. Onları yalnız sərhəd yaxınlığında göstərməklə bu sahədə ionların yükünün kompensasiya olunmadığı qeyd olunur. Doğrudan da “a”" nöqtəsindən solda Fermi səviyyəsi ilə keçiricilik zonasının dibi arasındakı məsafə getdikcə artır. Bu o deməkdir ki, a-b sahəsində bu zonanın elektronlarla tutulma ehtimalı azalır. Ona görə də əgər “a”" nöqtəsindən sağda elektronlar donor ionların müsbət yükünü konpensasiya edə bilər və n qatı neytral olursa, “a”" nöqtəsindən solda elektronların konsentrasiyası kəskin azalır və belə kompensasiya baş vermir. Eyni sözləri “v"” nöqtəsindən sağdakı akseptor ionlarının yükü haqqında da demək olar.

Keçidi təhlil edərkən keçidin içərisində sərbəst yükda- şıyıcılarm konsentrasiyasmm sıfra bərabər, keçiddən kənarda isə müvazinətdə olduğu qəbul edilir. Daha doğrusu hesab edilir ki, elektrik sahəsi yalnız keçid sahəsilə məhdudlaşır.

Belə ideallaşdırılmış pilləvari keçid üçün müvazinət halında potensial səddinin hündürlüyü belə təyin edilir:

Л(р= (Pe? -

ç’fep və (р^п - qatların dərinliyində uyğun elektrostatik potensiallardır. Bu potensialları qatlardakı sərbəst elektronların konsentrasiyası ilə ifadə etsək

1 ПР 4>a.z

(PeP = ~(Рт Пу + ~ 2

1 Пп (Pa.z

(pEn = —<Рт П jy + Фғ — 2

alarıq.

84

a)

Л/с2

N

n qatı

Щ x

b) *=0

л

^9

X

L

c) -рЈа

X

^0*1-

Nəticədə potensial fərqi kimi təyin olunur. Burada Nc keçiricilik zonasının lsm3 həcmində effektiv vəziyyətlər sıxlığıdır. Fiziki mənasına görə Nc yarımkeçiricidə (рр—нрс halında elektronların maksimal konsentrasiyasıdır. np=nt2 vasitəsilə elektronların konsentrasiyasmı deşiklərin konsen- trasiyası ilə əvəz etsək potensial səddin hündürlüyü üçün digər ifadəni alarıq:

Aç?0 = срт İn — Pn

Лсро bəzən diffuziya potensialı da adlanır. Çünki bu potensial fərqi bir tərəfdən yükdaşıyıcılarmm keçiddən dif- fuziyası nəticəsində yaranır, digər tərəfdən isə bu potensial daşıyıcıların diffuziya selinin əksinə təsir göstərir. A(po-ı bəzən təmas potensial fərqi də adlandırırlar.

Yuxarıdakı mülahizələr tamamilə keçidin müvazinət halına aiddir. Bu hal üçün aşqarların konsentrasiyası- nın, yüklərin sıxlığının, sahə gərginliyinin və potensialın paylanması şəkil 3.9-də göstərilmişdir.

Təkrar edək ki, keçidin sərhəddindən uzaqlarda hər iki tərəfdə elektrik sahəsi olmur. Ona görə də bu sahələrdə enerji zonaları üfqi xətlərlə təsvir edilir. Daxili elektrik sahəsi gərginliyi keçiddə n qatından p qatma

tərəf yönəldiyindən diaqramda n sahəsinə uyğun enerji zoŞəkil

3.9. Pilləvarip-n keçiddə müvazinət halında aşqarların konsentrasi- yasmın (a), yüklərin sıxlığının (Z>), sahə gərginliyinin (c) paylanması

85

naları həmişə p qatma uyğun zonalara nisbətən aşağıda

olmalıdır.

Şəkil 3.1 O-də keçidin tarazlıq (a) və qeyri-tarazlıq (Z>,

c) halı üçün enerji diaqramları göstərilmişdir. Qeyri-tarazlıq

halı keçidə xarici gərginlik mənbəyi qoşulanda baş verir. Bu

zaman keçiddə xarici elektrik sahəsi yaranır.

Əgər xarici sahə £xar daxili sahəyə Edax əks olarsa (şəkil

3.10 b) onda keçiddəki nəticəvi gərginlik və potensial

səddinin hündürlüyü azalar.

P EXar EXar

a) b) — E.ı>x c)

Şəkil 3.10. Tarazlıq və qeyri-tarazlıq halında keçiddə

yüklərin paylanması və enerji səviyyəsinin dəyişməsi

Nəticədə əsas yükdaşıyıcılarm böyük enerjiyə malik

olan hissəsi bu səddi dəf edərək p qatından n qatma (deşiklər)

və n qatından p qatma (elektronlar) keçə bilər. Bu halda

n qatında sərhəd yaxmdığmda deşiklərin və p qatında sərhəd

yaxınlığında elektronların konsentrasiyaları belə ifadə

olunur:

Uxar/ U'

P„=P„e /vt-, np=npe

Burada p„o və np0- müvazinət halma uyğun konsentrasiyalar,

L/xar isə keçidə tətbiq edilən xarici gərginlikdir.

86 --------------------------------------------------------------------------------------------

Göründüyü kimi bu halda sərhəd yaxınlığında hər iki qatda yükdaşıyıcılarm konsentrasiyası müvazinət halına nisbətən artır. Başqa sözlə, qatların hər birində ifrat (artıq saylı) qeyri-əsas yükdaşıyıcıları əmələ gəlir. Qeyri-əsas yükdaşıyıcılarm bu yolla yarımkeçirici qata nüfuz etməsi prosesinə injeksiya deyilir.

Sərhəddə ifrat konsentrasiyalarm qiymətini bu konsen- trasiyalarm cari qiymətləri ilə tarazlıq halına uyğun konsentrasiyalarm fərqindən (pn-pno) və (np-npOş) tapmaq olar:

A«p

Ж, = Pn.

_1

Bu iki ifadəni bir-birinə bölüb, sağ tərəfdəki pn0 və np0 konsentrasiyalarmı pp və nn-lə (пр=п2-а görə) əvəz etsək

= — alarıq. Belə qeyri-simmetrik keçiddə əsas yük- A'h n„

daşıyıcıların konsentrasiyaları xeyli fərqləndiyindən yüksək müqavimətli (bu halda n tipli) qata injeksiya edilən qeyri- əsas yükdaşıyıcılarm konsentrasiyası alçaq müqavimətli p qatma injeksiya edilən qeyri-əsas yükdaşıyıcılarm konsen- trasiyasmdan qat-qat çox olacaqdır. Beləliklə, real qeyri- simmetrik keçidlərdə injeksiya demək olar ki, birtərəfli xarakter daşıyır: qeyri-əsas yükdaşıyıcıları əsasən alçaq müqavimətli qatdan yüksək müqavimətli qata tərəf hərəkət edir.

Kiçik xüsusi müqavimətə malik inteksiya edən qata emitter, nisbətən böyük müqavimətli, nəticəsinə qeyri-əsas yükdaşıyıcılarm inteksiya edildiyi qata isə baza deyilir.

İnjeksiya nəticəsində keçiddən böyük cərəyan axır. Keçidin belə qoşulmasına düz istiqamətdə qoşulma deyilir. Xarici gərginliyin qiyməti artdıqca keçiddəki nəticəvi gər--------------------------------------------------------------------------------------------

87

ginlik azalır və bu elektrik sahəsinin yarımkeçiricinin sərhədə yaxm dərinliyinə təsiri azalır. Ona görə də keçidin (və ya həcmi yük sahəsinin) eni azalır (/düz).

Əgər xarici elektrik sahəsi daxili sahə istiqamətində olarsa, əsas yükdaşıyıcıları üçün potensial səddinin hündürlüyü artar (şəkil 3.10с). Bu halda qeyri-əsas yükdaşıyıcıları üçün sədd olmadığından onlar keçiddən bu və digər tərəfə keçir və keçiddən onların konsentrasiyasma uyğun cərəyan axır. Bu halda sərhəd yaxınlığında hər iki qatda müvazinət halına nisbətən pn və np konsentrasiyaları azalır. Qeyri-əsas daşıyıcıların n vəp qatlarından bu cür "sorulması" prosesinə ekstraksiya deyilir. Ekstraksiya nəticəsində keçiddən axan kiçik cərəyana əks cərəyan deyilir. Tətbiq edilmiş xarici (əks) gərginliyin qiyməti artıqca keçidin (və ya fəza yük sahəsinin) eni çoxalır (/eks).

Keçidin belə qoşulmasına əks istiqamətdə qoşulma deyilir. Keçiddən axan cərəyanın analitik ifadəsi belədir:

r u™7 >

J = Jn \ e _1

о

Burada Jo - keçiddən axan əks cərəyandır. Ona istilik cərəyanı da deyilir. Onun qiyməti temperaturun sabit qiymətində yarımkeçiricinin fiziki xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir.

Bu ifadəyə uyğun gələn qrafıkə elektron-deşik keçidinin volt-amper xarakteristikası (keçiddən axan cərəyanın tətbiq edilən gərginliyin qiymətindən və işarəsindən asılılığı) deyilir.

Keçidin volt-amper xarakteristikası şəkil 3.11-də göstərilmişdir. Göründüyü kimi gərginliyin müsbət qiymətlərində

(düz qoşulma) 0 hasili artır, mənfi qiymətlərində isə sıfra qədər azalır və cərəyan J0-a bərabər olur. Əks cərəyanın qiyməti düz cərəyandan çox-çox kiçik olduğun-

88

U düz

Idüz

Uəks əks qoşulma

/ düz qoşulma

Јо1У

' keçidin (deşil-si

a &\

Iəks

Şəkil 3.11. p-n keçidinin voltamper xarakteristikası.

dan hesab olunur ki, keçid cərəyanı birtərəfli keçirmək (ventil) xüsusiyyətinə malikdir.

Əks gərginliyin yüksək qiymətlərində əks cərəyanın qiyməti artır və əgər o məhdudlaşdırılmasa keçid "deşilir" və cərəyan birtərəfli keçirmə xüsusiyyətini itirir. Bu gərginliyə deşilmə gərginliyi deyilir.

Yarımkeçiricinin xüsusi müqavimətindən, keçidin növündən, tətbiq edilən gərginliyin forma və

qiymətindən, ətraf mühitin temperaturundan, istilik ötürmə şəraitindən, kristalın səthinin vəziyyətindən və digər amillərdən asılı olaraq deşilmənin aşağıdakı növləri olur: tunel deşilməsi, selvari deşilmə, istilik deşilməsi və səthi deşilmə.

Tunel və selvari deşilmə elektrik sahəsinin mövcudluğu ilə əlaqədardır. İstilik deşilməsi keçiddə səpələnən gücün artması və bu zaman səpələnən istiliklə keçiddə əks cərəyan axanda ayrılan güc arasında tarazlığın pozulması ilə əlaqədardır. Səthi deşilmə kristalın üzərində səthi yükün mövcud olması ilə əlaqədardır.

Deşilmənin növləri haqqında qısa məlumat verək.

Tunel deşilməsi. Yüksək elektrik sahəsinin təsirindən yarımkeçiricidə enerji zonaları əyilir və elə bil ki, qadağan olunmuş zona ensizləşir. Bunun nəticəsində elektronların keçid sahəsində valent zonasından keçiricilik zonasına tunelvari keçməsi (sivişməsi) ehtimalı yaranır. Belə deşilmə germaniumda £«2-10’5 V/sm silisiumda isə Л«4-105 V/sm gərginlikli sahədə baş verir. Deşilmənin başlanğıcı ,/;>kS=lO./o

89

qiymətinə uyğun gəlir. Deşilmə gərginliyi bazanın xüsusi müqavimətinə mütənasibdir və keçiriciliyin növündən asılıdır. Böyük əks gərginliyə dözə bilən keçidlərin yüksək müqavimətli n-tipli bazaları olur.

Bu deşilmənin mexanizmi belə də izah edilə bilər. Elektrik sahəsinin gərginliyi artdıqca atomlarla əlaqədə olan elektronların enerjisi artır, onlar atomlardan ayrılmağa hazırlaşırlar. Elektrik sahəsi olmayan hala nisbətən belə ayrılmalar daha az enerjili fononlarla (daha kiçik temperaturda) baş verə bilər. Ona görə də temperaturun fononlarm orta enerjisini müəyyən edən hər hansı qiymətində belə ayrılmaların sayı artır. Zona nəzəriyyəsi baxımından bu həmin temperaturda valent zonasından keçiricilik zonasına keçən elektronların sayının artması deməkdir ki, bu da qadağan olunmuş zonanın eninin azalmasına ekvivalentdir.

Selvari deşilmə sahə gərginliyinin kiçik qiymətində neytral atomların sürətli yük daşıyıcılar vasitəsilə zərbə ion- laşması nəticəsində baş verir. Keçid sahəsində qeyri-əsas yükdaşıyıcıları (elektron və deşiklər) elektrik sahəsi ilə sürətlənərək ionlaşdırma üçün kifayət edən enerji əldə edirlər və keçid sahəsində yarımkeçirici atomlarından valent əlaqələrini qırırlar. Nəticədə yeni yükdaşıyıcı cütlər yaranır və proses bunların təsiri altında daha da inkişaf edir. Bu halda keçiddən axan ümumi cərəyan ionlaşma olmadığı haldan çox olur, sahə gərginliyinin böyük qiymətlərində ionlaşma selvari xarakter daşıyır (qazlarda elektrik boşalmasına bənzər) və cərəyan bu halda xarici müqavimətlə məhdudlaşır.

Qeyri-əsas yükdaşıyıcılarmm keçid sahəsində hərəkət vaxtı kifayət qədər enerji alması üçün onların dreyf müddəti mümkün qədər böyük olmalıdır. Ona görə də selvari deşilmə enli keçidlərdə (yüksək müqavimətli materialda) baş verir. Ensiz keçidlərdə (kiçik müqavimətli materialda) yükda- şıyıcıları dreyf vaxtı hətta yüksək sahə gərginliyi olanda da

90

kifayət qədər enerji əldə edə bilmirlər və belə keçidlərdə tunel deşilməsi baş verir.

istilik deşilməsi sahə gərginliyinin çox kiçik qiymətlərində keçiddən vahid zamanda kənara verilən istiliyin əks cərəyanın təsirindən keçiddə ayırılan istilikdən az olması halında baş verir. İstiliyin təsirindən (həyəcanlanmadan) va- lent elektronları keçiricilik zonasına keçir və keçiddə cərəyanı daha da artırırlar. Bu əlaqə cərəyanın selvari artması və keçidin deşilməsinə gətirib çıxarır. Ətraf mühitin temperaturu artıqca istilik mexanizmli deşilmə gərginliyi azalır. Kiçik əks cərəyana malik keçidlərdə deşilmə gərginliyi az olur. Silisium keçidlərində Yo çox kiçikdir və onlarda istilik deşilməsi baş vermir.

Səthi deşilmə. Sahə gərginliyinin keçiddə paylanması yarımkeçiricinin səthində yığılan yükləri kəskin dəyişə bilir. Səthi yüklər keçidin qalınlığını artırıb azalda bilər. Nəticədə səthdə sahə gərginliyinin həcmi deşilmə üçün lazım olandan az müəyyən qiymətlərində səthi deşilmə baş verə bilər. Belə deşilmənin baş verməsində yarımkeçiricinin səthi ilə həmsərhəd olan mühitin dielektrik xüsusiyyətləri (örtüyü, çirkliyi və s.) mühüm rol oynayır. Belə deşilmənin baş vermə ehtimalını azaltmaq üçün yüksək dielektrik sabitli örtüklərdən istifadə olunur.

Keçidin xüsusiyyətləri temperaturdan çox asılıdır. Temperatur artdıqca elektron-deşik cütlərinin yaranması sürətlənir, qeyri-əsas yükdaşıyıcılarm konsentrasiyası və kristalın məxsusi keçiriciliyi artır. Ona görə də temperatur çoxaldıqca həm düz, həm də əks cərəyanın qiyməti artır. Ancaq bu artma eyni olmur, çünki düz cərəyanın qiyməti əsasən aşqarların konsentrasiyasmdan asılıdır.

Keçidin xüsusiyyətləri həm də tətbiq olunan gərginliyin tezliyindən asılıdır. Bunun səbəbi //və p təbəqələri arasında xüsusi tutumun mövcud olmasındadır.

91

Əks gərginlik tətbiq edilərkən hər iki işarəli yükdaşı- yıcıları keçidin hər iki tərəfində yığılırlar və keçidin özündə onların sayı az olur. Bu halda keçidi tutum kimi təsvir etmək olar. Bu tutumun qiyməti keçidin həcmi fəza yükündən, başqa sözlə, keçidin sahəsindən, enindən və yarımkeçiricinin dielektrik nüfuzluğundan asılıdır. Bu tutuma sədd tutumu deyilir. Əks gərginliyin kiçik qiymətlərində müxtəlif işarəli yükdaşıyıcılar bir-birindən çox da uzaqda olmur. Ona görə sədd tutumu çox böyük olur (keçid ensiz olur). Əks gərginlik artıqca keçidin eni böyüyür və sədd tutumu azalır. Bu xüsusiyyət keçidi əks gərginliyi dəyişməklə idarə olunan tutum kimi istifadə etməyə imkan verir.

Sədd tutumunun mövcudluğu keçidin xüsusiyyətlərinə təsir göstərir. Yüksək tezliklərdə işləyərkən keçidin tutum müqaviməti Х8Өаа=1/®С8Өаа azalır və əks qoşulmuş keçidin böyük müqavimətini şuntlayır. Bu zaman keçid bir tərəfli cərəyan keçirmə xüsusiyyətini itirir.

Sədd tutumundan əlavə keçid diffuziya tutumuna da malik olur. Bu tutum düz qoşulma rejimində yük daşıyıcıların injeksiyası nəticəsində yaranır. Diffuziya tutumu keçidin işinə çox təsir etmir, çünki o həmişə keçidin kiçik düz müqaviməti ilə şuntlanmış olur.

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Elektronların yarımkeçiricilərdə paylanması və hərəkət etməsi qanunları

 Elektronların yarımkeçiricilərdə paylanması və hərəkət etməsi qanunları

Elektronika - R.Hümbətov

Bərk cisimdə icazə verilmiş zonaların hündürlüyü boyunca

enerji səviyyələri bərabər paylanmır: onların sıxlığı

qadağan olunmuş zonanın sərhədindən keçiricilik və valent

zonalarının içərisinə doğru dəyişir. Belə ki, W enerjisi olan

hər bir səviyyəyə müəyyən P(W) uyğun gəlir. P(W) bərk

cismin vahid həcminə və vahid enerjiyə uyğun gələn səviyyələrin

sayıdır.

Elektronun bu və ya digər enerji səviyyəsini tutması

ehtimalı Fermi-Dirak paylanma funksiyası ilə ifadə olunur: Elektronun bu və ya digər enerji səviyyəsini tutmaması

ehtimalı bu səviyyənin deşiklə tutulma ehtimalına bərabərdir:

ЛО)

Burada срғ - Fermi səviyyəsi adlanan səviyyəyə uyğun potensialdır (Fermi potensialı). Fermi enerjisi elə səviyyəyə uyğundur ki, onun elektronla tutulma ehtimalı 1/2 olsun.

kT

<Рт — <1

temperatur potensialıdır, çvenerjini xarakterizə edən potensialdır.

Məxsusi yarımkeçiricidə Fermi səviyyəsi temperaturun istənilən qiymətində qadağan olunmuş zonanın ortasında yerləşir:

e» m

<pFl =<pv+^- = <ps +-^

Burada cpv-valent zonasının tavanının enerjisinə uyğun potensial; cpc-keçiricilik zonasının dibinin enerjisinə uyğun potensial; cpq z-qadağan olunmuş zonanın enidir.

n tipli yarımkeçiricidə Fermi səviyyəsi qadağan olunmuş zonanın yuxarı yarısında, p tipli yarımkeçiricidə isə aşağı yarısında yerləşir:

<PF =(pE-(pT\n — \ (pp =(pE-(pT\n^~

” Л/ p p,

Ve = <P' -qadağan olunmuş zonanın ortasına uyğun potensialdır və ona yarımkeçiricinin elektrostatik potensialı deyilir.

Deyildiyi kimi, yükdaşıyıcılarmm istiqamətlənmiş hərəkəti yarımkeçiricidə cərəyan yaradır.

Yükdaşıyıcılarm elektrik sahəsinin təsirindən istiqamətlənmiş hərəkəti yarımkeçiricidə dreyf cərəyanı yaradır.

Konsentrasiyalarm qradienti (fərqi) təsiri altında yük- daşıyıcılarm istiqamətli hərəkəti yarımkeçiricidə diffuziya cərəyanı əmələ gətirir. Ümumi halda yarımkeçiricidə cərəyanın sıxlığı dreyf

və diffuziya toplananlarının cəminə bərabər olur:

J jndr + / n d i f+Jpdr + Jpdif

Jndr= q -n -jdn -E - elektron cərəyan sıxlığının dreyf toplananı;

јпШ = <7-Д,—_ elektron cərəyan sıxlığının diffuziya toplananı;

jpdr=q -n -јИр E - deşik cərəyan sıxlığının dreyf toplananı;

dx

Burada E-elektrik sahə gərginliyi, Dn və Dp-elektronlarm

və deşiklərin yürüklüyündən asılı olan diffuziya əmsallarıdır:

q

Diffuziya əmsalı yarımkeçiricinin lsm2 en kəsiyindən

1 saniyə ərzində vahid konsentrasiya qradiyenti təsirindən

diffuziya edən yükdaşıyıcılarm sayma deyilir.

4-cü toplananın qarşısındakı mənfi işarəsi diffuziyanm

konsentrasiyanm azalması istiqamətində baş verdiyini göstərir.

Deşiklər müsbət yüklü olduğundan diffuziya deşik cərəyanı

yalnız dpidx< 0 qiymətlərində müsbət olmalıdır.

Yarımkeçiricidə yükdaşıyıcılarm konsentrasiyası zamandan

və X koordinatından asılı olur. Bu asılılıq (n tipli

yarımkeçiricidə) deşiklərin axını üçün arasıkəsilməzlik

tənliyi ilə ifadə olunur:

Axının sıxlıq vektorunun divergensiyası (divj^ yarımkeçiricinin

hər hansı elementar həcminə gələn və oradan

gedən yükdaşıyıcısı axının qeyri-bərabərliyi ilə əlaqədar olan yükdaşıyıcılarm bu həcmə yığılma və oradan sorulma sürətini xarakterizə edir, т- yükdaşıyıcılarm ömür müddətidir. Bu o müddətdir ki, onun ərzində qeyri-əsas yükdaşıyıcı- larm ifrat konsentrasiyası e (natural loqarifmin əsası) dəfə azalır. Daşıyıcıların bu müddət ərzində dəf etdiyi orta məsafəyə yük daşıyıcıların diffuziya uzunluğu (£) deyilir. Elektronlar və deşiklər üçün bu kəmiyyətlərin asılılığı belə ifadə olunur:

L =-Јт D ; Ln = .тП;

n V n n ’ P у P P 5

1/т kəmiyyəti rekombinasiyanm sürətini və yaxud ya- rımkeçiricinin iş sürətini xarakterizə edir.

Elektrik sahəsi olmayan halda (E=0) arasıkəsilməzlik qanununun ifadəsi sadələşir:

dP P-Po г. d2P

= — + U ----ö” dt---------т---------p dx~

Buna diffuziya tənliyi deyilir, n tipli yarımkeçiricidə elektronlar üçün ifadə də buna oxşar yazılır.

Belə tənliklərin köməyi ilə bir çox yarımkeçiricilərin işini araşdırmaq mümkündür.

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Yarımkeçiricinin aşqar keçiriciliyi və onun temperaturdan asılılığı

 Yarımkeçiricinin aşqar keçiriciliyi və onun temperaturdan asılılığı

Yarımkeçirici cihazların işi bir qayda olaraq aşqar keçiriciliyi hadisəsinə əsaslanır.

Əgər yarımkeçirici materialın tərkibində azacıq da olsa aşqar olarsa yarımkeçiricinin keçiriciliyi kəskin dəyişə bilər. Məsələn, germanium kristalına 10‘5% arsen əlavə

edilərsə, onun müqaviməti 200 dəfə azalar (keçiriciliyi

artar).

Germanium və silisium üçün aşqar rolunu 3 valentli alüminium, qallium, indium və 5 valentli fosfor, arsen və sürmə oynaya bilər. Aşqar əlavə edilərkən bu elementlərin atomları germanium və silisium atomlarını kristal qəfəsəsində əvəz edir. Onların valent elektronları əsas kristalın icazə verilmiş enerji

zonalarının sərhədindən yuxarı enerji səviyyələrinə malik olur. Ona görə də qadağan olunmuş zonada əlavə enerji zonaları əmələ gəlir. Aşqarlar yarımkeçiricinin elektrik xüsusiyyətlərini müxtəlif cür dəyişir. Əgər germaniuma aşqar kimi 5 valentli arsen əlavə edilərsə, o, germaniumun qonşuluqda yerləşən dörd atomu ilə kovalent əlaqə yaradar, onun 5-ci elektronu artıq (sərbəst) qalar (şəkil 3.4 a) və o, keçiriciliyin yaranmasında iştirak edə bilər. Bu halda keçiricilik zonasının aşağı hissəsinin yaxınlığında əlavə enerji səviyyəsi-donor səviyyəsi W a yaranır (şəkil 3.4 b).

Arsen üçün qadağan olunmuş zonanın eniolur. Ona görə normal otaq temperaturunda əksər aşqar atomları ionlaşa bilir. İonlaşma zamanı elektron kristalı tərk etmədiyindən yarımkeçirici neytral qalır. Beləliklə, əlavə edilən aşqar kristalın keçiricilik zonasında elektron artıqlığı yaradır. Belə aşqara donor aşqarı deyilir və bu cür aşqarı olan kristal isə n tipli yarımkeçirici adlanır (“negati- ve" sözündəndir). Belə yarımkeçiricidə kristal qəfəsəsinin aşqar atomu tərəfindən tutulmuş uclarında hərəkətsiz müsbət ionlar yerləşir, kristalın içərisində isə keçiricilik zonasının enerjisi qədər enerjiyə malik olan sərbəst elektronlar hərəkət edirlər. Əgər azad olmuş elektronlar ionların yaxınlığında qalırsa, onda mikrohəcm elektrik cəhətcə neytral olur. Elektron mikrohəcmi tərk edərsə orada müsbət fəza yükü yaranır.

Əgər kristala aşqar kimi 5 valentli element əlavə edilərsə, elektronların sayı deşiklərdən çox olur, çünki deşiklərin sayı aşqar əlavə ediləndən qabaq olduğu kimi məxsusi keçiriciliklə müəyyən edilir, n tipli yarımkeçiricidə elektronlar əsas, deşiklər isə qeyri-əsas yük daşıyıcıları hesab olunurlar.

Əgər germaniuma aşqar kimi 3 valentli indium əlavə edilərsə indiumun atomları kristal qəfəsəsinin uclarında ger- manium atomlarını əvəz edərlər. Bu halda 3 valentli indium atomuna bütün dörd qonşu germanium atomları ilə kovalent əlaqələri yaratmaq üçün bir elektron çatışmır. Bu o deməkdir ki, atomlararası əlaqədə və ya valent zonasında boş yer- deşik vardır (şəkil 3.5 a). Ona görə də valent zonasında bu halda artıq deşiklər əmələ gəlir. Həmin deşiklər asanlıqla qonşu Ge atomlarının elektronları ilə tutulduğundan indiumun atomları mənfi ionlara çevrilir. Qadağan edilmiş zonada valent zonasının yuxarı sərhədinin yaxınlığında enerji səviyyələri-akseptor səviyyələri Wa yaranır (şəkil 3.5 b). İndium üçün qadağan olunmuş zonanın eni  olduğundan otaq temperaturunda bu azad enerji səviyyələri asanlıqla elektronlarla tutulur, valent zonasında isə boş səviyyələr-deşiklər əmələ gəlir.

Üçvalentli aşqar əlavə ediləndə kristalda deşiklərin sayı elektronlardan çox olur. Bu halda yarımkeçiricidə deşik keçiriciliyi üstünlük təşkil edir, çünki elektronların sayı əvvəlki kimi məxsusi keçiriciliklə müəyyən edilir. Belə ya- rımkeçiricidə deşiklər əsas, elektronlar isə qeyri-əsas yük- daşıyıcıları hesab edilir. Artıq deşiklər əmələ gətirən aşqara "akseptor", bu cür yarımkeçiciriyə isə p tipli ("positive" sözündən) yarımkeçirici deyilir. Aşqarlı yarımkeçiricilərdə əsas yükdaşıyıcılarm bir hissəsi qeyri-əsas yükdaşıyıcıları ilə rekombinasiya edir. Əsas yükdaşıyıcılarm konsentrasiya- sı artdıqca belə rekombinasiya hadisələrinin ehtimalı da artır. Ona görə də qeyri-əsas yükdaşıyıcılarm konsentrasiyası həmişə aşağı olur. 

İndi isə yarımkeçirici kristala nə qədər aşqar əlavə edildiyini bir misalla araşdıraq.

Germaniumun l kub.sm həcmində 10 üstü 22 atom olur və 20°C- də 10 üstü 13 sərbəst elektron və o qədər də deşik əmələ gəlir. Görünür ki, yükdaşıyıcılarm sayı atomların sayının milyon və milyardda bir faizini təşkil edir. (Qeyd edək ki, metallarda sərbəst elektronların sayı atomların sayma yaxındır). Yarımkeçiricidə aşqar keçiriciliyinin üstünlük təşkil etməsi üçün lsm3 həcmdəki aşqar atomlarının sayı məxsusi yük daşıyıcılarının sayından çox olmalıdır. Məsələn, germanium üçün 20°C-də aşqar atomlarının sayı l kub.sm həcmdə 10 üstü 13-dən çox olmalıdır. Bu o deməkdir ki, germanium atomunun milyardına qarşı bir aşqar atomu əlavə olmalıdır. Buna baxmayaraq yarımkeçiricinin keçiriciliyinin xarakteri və qiyməti kəskin dəyişir. Aşqarlı yarımkeçiricidə ödənir. Rekombi- nasiya nəticəsində qeyri-əsas yük daşıyıcılarının sayının пi dən az olmasına baxmayaraq, aşqarlı yarımkeçiricidə yük- daşıyıcılarmm ümumi sayı məxsusi yarımkeçiricidəkindən (2nі ) çox olur. Bu isə aşqarlı yarımkeçiricinin müqavimətinin azalmasına gətirib çıxarır.

Aşqarın əlavə olunması keçiriciliyin temperaturdan asılılığının da dəyişməsinə gətirib çıxarır (şəkil 3.6). Əyridə I sahə alçaq temperaturlar üçün xarakterikdir. Burada kristal qəfəsinin rəqslərinin enerjisi-dən çox,-dən azdır. Bu temperaturlarda ancaq tək- tək (yüksək enerjisi olan) elektronlar valent zonasından keçiricilik zonasına keçə bilər. Buna görə I sahədə məxsusi keçiriciliklə əlaqədar olan keçiricilik nəzərə alınmır və kristalın elektrik keçiriciliyi donor səviyyəsindən keçiricilik zonasına keçən elektronlarla müəyyən edilir. "A" nöqtəsi o temperatura aiddir ki, onda bütün aşqar elektronları keçiricilik zonasına keçmişdir, ancaq kristal qəfəssinin uclarının rəqs enerjisi hələ də elektronları valent zonasına keçirmək üçün kifayət deyil. Ona görə temperaturun müəyyən diapazonunda (II sahə) elektronların konsentrasiyası (keçiricilik) sabit olur, "B" nöqtəsində qəfəsənin uclarının rəqs enerjisi-dən çox olur və III sahədə məxsusi keçiricilik mexanizmi üstünlük təşkil etməyə başlayır. Baxılan asılılıq n tipli yarımkeçirici üçün çəkilmişdir.

R. Hümbətov: Elektronika 1 ci hissə

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Mis kabelin cərəyana görə en kəsik sahəsinin hesablanması

 Mis kabelin cərəyana görə en kəsik sahəsinin hesablanması

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Yarımkeçiricinin məxsusi keçiriciliyi və onun temperaturdan asılılığı

 Yarımkeçiricinin məxsusi keçiriciliyi və onun temperaturdan asılılığı

Yarımkeçiricilərdə elektrik keçiriciliyi mexanizmi bərk cismin zona nəzəriyyəsinə əsasən izah edilə bilər. Deyildiyi kimi mütləq sıfır temperaturda və heç bir aşqar olmayanda bütün elektronlar atomlararası əlaqədə iştirak edir. Bu o deməkdir ki, valent zonasındaki bütün enerji səviyyələri elektronlarla doludur, keçiricilik zonası isə boşdur. İki zona arasındakı qadağan olunmuş zonanın eni germanium üçün silisium üçün isə təşkil edir. Elektronun atomla əlaqəsini qırmaq və onun sərbəst yükdaşı- yıcısma çevrilməsi üçün o keçiricilik zonasına düşməlidir. Bunun üçün elektrona -yə bərabər və ya ondan çox əlavə enerji verilməlidir. Temperatur mütləq sıfırdan yuxarı qalxdıqca elektronların bir hissəsi əlavə enerji alaraq kovalent əlaqələri qırır, valent zonasındaki enerji səviyyəsini tərk edərək keçiricilik zonasına keçir (şəkil 3.2). Nəticədə keçiricilik zonasında sərbəst elektronlar yaranır ki, bunlara da keçiricilik elektronları deyilir. Valent zonasında əmələ gəlmiş boş yerlərə deşik (keçiricilik deşiyi) deyilir. Deşiklər elektrik və maqnit sahələrində özlərini yükü elektronun yükünə bərabər müsbət yüklü hissəcik kimi aparır. Kristalda bu cür elektron-deşik cütünün yaranması prosesinə yük daşıyıcılarının generasiyası deyilir. istilik enerjisinin təsirindən elektronların keçiricilik zonasında, deşiklər isə valent zonasında xaotik hərəkət edirlər (həqiqətdə isə deşiklərin hərəkəti elektronların bir boş səviyyədən digərinə keçməsi ilə əlaqədardır, deşiklər özləri hərəkət etmirlər). Bu hərəkətin nəticəsində elektronların bir hissəsi izafi enerjisini itirərək, keçiricilik zonasından valent zonasına qayıdaraq oradakı boş səviyyələri tutur. Bu, elektron-deşik cütünün yox olmasına gətirib çıxarır və bu prosesə yükdaşıyıcılırm rekombinasiyası deyilir. Əgər kristala xarici elektrik sahəsi təsir etsə onun təsirindən elektronların və deşiklərin hərəkətləri istiqamətlənir: elektronlar sahə qüvvə xətlərinə qarşı, deşiklər isə qonşu atomların valent elektronları ilə tutulduqlarından sıçrayışlarla sahə qüvvə xətləri istiqamətində Şəkil 3.2. Məxsusi yarımkeçiricinin zona diaqramı hərəkət edirlər. 

Temperaturun sabit qiymətindəkristalın 1sm3 həcmində elektronların və deşiklərin sayma yükdaşıyıcılarm müvazinət konsentrasiyası deyilir. Bu konsentrasiya termogenerasiya və rekombinasiya

prosesləri arasındakı termodinamiki tarazlıqla müəyyən edilir. Elektronların müvazinət konsentrasiyası n0, deşiklerinki isə p0-la işarə edilir. Kristalın keçiriciliyi hər iki növ yük daşıyıcılarının hərəkəti ilə müəyyən olunur və elektron-deşik generasiyası prosesinin intensivliyindən asılı olur. Tam cərəyan sıxlığı elektron və deşik keçiriciliyi ilə müəyyən olunan cərəyanların sıxlığının cəminə bərabərdir:

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Yarımkeçirici materiallar haqqında məlumat

 Yarımkeçirici materiallar haqqında məlumat

Yarımkeçıncılər xüsusi elektrik müqavimətinin qiymətinə görəkeçiricilərOm.sm) və dielektriklər arasında yer tutur. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, bu sərhədlər şərti xarakter daşıyır, konkret şəraitdən asılı olaraq məsələn, yüksək temperaturda, dielektrik yarımkeçirici kimi özünü apara bilər və s. Yarımkeçiricilərdə cərəyanın axması mexanizmi dielektriklərdəkinə yaxındır və keyfiyyətcə keçiricilərdəkin- dən fərqlənir. Yarımkeçiricilərə xas olan xüsusiyyətlərdən biri odur ki, onların xüsusi keçiriciliyi elektrik sahəsinin, işıq şüasının, istiliyin və aşqarların əlavə edilməsinin təsiri altında dəyişir.

Ən geniş yayılmış yarım- keçirici materiallar dövri sistemin IV qrupuna aid olan germa- nium (Ge) və silisiumdur (Si). Bunlardan başqa selen (Se), qal- lium arsenid (GaAs), qallium fosfıd (GaP), silisium karbid (SiC) və başqaları da geniş istifadə olunur. Yarımkeçiricinin, məsələn germaniumun, kristal qəfəsəsi elementar tetraedrlər- dən təşkil olunur. Tetraedrlərin təpələrində və mərkəzində yerləşən atomlar bir-biri ilə iki elektronla kovalent əlaqədə olur. Bu əlaqəni yaradan elektronların hərəsi bir növ iki atoma aid olur (şəkil 3.1). Nüvələrin müsbət yükü elektronların yükü ilə kompensasiya edilir və kristal ümumiyyətlə neytral olur.Mütləq sıfır temperaturunda elektronların hamısı atomlarla əlaqədə olur, yük daşımasında iştirak etmir və kristal özünü dielektrik kimi aparır. Müqayisə üçün qeyd edək ki, bu temperaturda metalların müqaviməti sıfra düşür.

R.Hümbətov- Elektronika

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Bərk cismin zona nəzəriyyəsinin əsasları. Enerji zonaları

Bərk cismin zona nəzəriyyəsinin əsasları. Enerji zonaları

 
Zona nəzəriyyəsi yarımkeçiricilərin kəmiyyətcə təhlilinin əsasını təşkil edir. Hər hansı tədric olunmuş atom elektronlar üçün icazə verilmiş diskret enerji spektri ilə xarakterizə olunur (şəkil 2.1). Enerjinin qiyməti artdıqca ardıcıl yerləşmiş enerji səviyyələri arasında məsafələr azalır.

Enerji spektrinin "tavanı" ionlaşma səviyyəsidir ki, bu səviyyədə elektron sərbəst olur və atomu tərk edə bilir. Dolu səviyyələr atomun elektron örtüyünü təşkil edir və onları 1,2,3... rəqəmləri ilə işarə edirlər. İkincidən başlayaraq örtüklər alt örtüklərə (2s,2r,3s,3p,4s,4p) bölünür. Elektronla dolu örtüklərin və alt örtüklərin sayı elementin sıra nömrəsindən asılı olur. Həyacanlanmamış atomda xarici səviyyələr həmişə boş olur. Bərk cisimdə atomlarara- sı məsafələr çox kiçik olduğundan cismin atomları biri- birilə qüvvətli qarşılıqlı təsirdə olur. Bərk cismin hər hansı bir hissəsində bütün atomlar toplusunu bir vahid iri molekul kimi təsvir etmək olar.

Bu molekul da atom kimi bütöv cisim üçün vahid olan hər hansı bir enerji spektri ilə xarakterizə olunur. Bu spektrin xüsusiyyəti ondadır ki, o diskret icazə verilmiş zonalardan ibarət olur. Hər bir zonanın mənşəyi uyğun atom səviyyəsidir ki, bu səviyyədə atomlar bir-birinə yaxınlaşanda elə bil ki, parçalanır (şəkil 2.2).

Beləliklə, atomlararası məsafəsi r0 olan kristal üçün müəyyən zona diaqramı əldə edilir. Bu diaqramda icazə verilmiş zonaların ardınca qadağan olunmuş zonalar gəlir (şəkil 2.3). Bu zonaların eni bir neçə elektronvolt (eV) həddində olur və bərk cisimdə atomların sayından (cismin ölçülərindən) asılı olmur. 

İcazə verilmiş zonalar diskret struktura malik olurlar və onların səviyyələrinin sayı cisimdəki atomların sayma bərabərdir. Hər hansı bir kiçik həcmdə atomların sayı o qədər böyükdür ki, real şəraitdə zonaların səviyyələri arasındakı energetik səviyyələr-dan yüksək olmur. Ona görə də icazə verilmiş zonaların bütöv olduğunu qəbul etmək olar.

Atomun alçaq enerji səviyyələri adətən zona təşkil etmir, çünki daxili elektron örtüklərinin bərk cisimdə qarşılıqlı təsiri çox zəifdir (onlar xarici örtüklər tərəfindən ”ek- ranlanmışlar”- aralanmışlar). Buna görə alçaq səviyyələr zona diaqramında qırıq xətlə göstərilir və hər qırıq xət bir atoma uyğun gəlir (şəkil 2.2 ).

Bir çox hallarda icazə verilmiş zonalar bir-birinin üzərinə düşür və bu halda onların arasında qadağan olunmuş zona mövcud olmur. Bu yalnız spektrin yuxarı hissəsində baş verir, çünki ayrıca atomda yuxarı səviyyələr bir-birinə çox yaxın yerləşir. Bunun nəticəsində bərk cismin enerji spektri vahid yuxarı zonaya və hər hansı bir son saylı (səviyyələrin sayından fərqli olaraq) zonaya malik olur.

Bərk cisimdə keçiricilik o vaxt yaranır ki, elektron qonşu daha yüksək enerji səviyyəsinə keçə bilsin. Deməli, keçiricilikdə yalnız azad səviyyələri olan zonaların elektronları iştirak edə bilər. Belə azad zonalar yuxarı icazə verilmiş zonalarda həmişə mövcud olur, çünki izolə edilmiş atomda yüksək səviyyələr heç vaxt dolu olmur.

Ona görə bərk cismin mütləq sıfır temperaturda elektronlarla tutulmayan (və ya tam tutulmayan) zonasına keçiricilik zonası deyilir. Bu zonaya ən yaxın yerləşən zonaya valent zonası deyilir. Mütləq sıfır tempraturda valent zonası tamamilə elektronlarla dolu olur və bu zonanın elektronları keçicirilikdə iştirak etmir. Aşağıda görəcəyik ki, sıfırdan fərqli tempraturda valent zonasında azad səviyyələr yarana bilər və bu isə keçiriciliyin dəyişməsinə səbəb ola bilər. Beləliklə, kristalın keçiriciliyini iki qonşu zona (valent və keçiricilik) müəyyən edir.

Sıfır tempraturda bərk cismin zona strukturu metalların, yarımkeçiricilərin və dielektriklərin təsnifatının əsasını təşkil edir (şəkil 2.3). Metallarda keçiricilik və valent zonaları üst-üstə düşür və ona görə sıfır tempraturda keçiricilik zonasında müəyyən sayda elektron olur ki, bu da keçiricilik əmələ gətirir. Yarımke- çiricilərdə və dielektriklər də həmin temperaturda keçiricilik zonası boş olur və keçiricilik yaranmır. Dielektriklərlə yarımkeçiricilərin fərqi ondadır ki, dielektriklərdə qadağan olunmuş zonanın eni daha böyükdür. Keçiricilik zonası demək olar ki, bütöv qəbul edildiyindən burada elektronların enerjisi vakuumda izolə olunmuş elektronunku kimi aramsız dəyişə bilər. Ona görə keçiricilik zonasındaki elektronlara sərbəst elektronlar deyilir. Sərbəstlik bu halda yalnız cismin daxilində yerdəyişmə imkanını nəzərdə tutur.

R.Hümbətov - Elektronika

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Qazlarda elektrik cərəyanı

 Qazlarda elektrik cərəyanı

Əvvəlcə qazlarda elektrik boşalmasının hər bir növü üçün xarakterik olan ümumi fiziki prosesləri öyrənək. Qaz mühitində ilkin sərbəst elektronlar və ionlar termoelektron, fotoelektron emissiyası nəticəsində, müxtəlif təbiətli şüalanmalar və kənar işıq sellərinin təsirindən yarana bilərlər. Əgər qazboşalmalı cihazın elektrodlarma anoda müsbət olmaqla gərginlik verilərsə elektronlar anoda, ionlar isə katoda tərəf hərəkətə başlayacaqlar.

Elektronlara elektrodlararası fəzada neytral qaz atomlarını həyəcanlandıra (ionlaşdıra) biləcək qədər enerji verən anod və katod arasındakı potensiallar fərqinə həyəcanlanma (ionlaşma) gərginliyi deyilir. Katoddan çıxan ilkin elektronlar elektrik sahəsində sürətlənərək qaz molekullarını və atomlarını ionlaşdırır. Bunun nəticəsində əlavə sərbəst elektronlar yaranır ki, bunlar da anoda tərəf hərəkət zamanı ionlaşdırma prosesində iştirak edəcəkdir. İonlaşma nəticəsində əmələ gələn ionlar da katoda tərəf hərəkət edərək onun səthindən yeni elektronlar (ikinci) qoparırlar ki, bunlar da ionlaşdırmada iştirak edirlər. Beləliklə, elektronların sayı selvari şəkildə artaraq dayanıqlı bir vəziyyətə gəlib çıxır ki, bu vəziyyət də elektrik sahə gərginliyi, qazm təzyiqi, boşalma kanalının diametri, qazm növü, kənar ionlaşdırıcı mənbəyin olması, katodun temperaturu və materialı, xarici dövrənin müqaviməti ilə müəyyən edilir. Çox vaxt qazbo- şalması zamanı elektrodlararası fəzanın hər bir vahid həcmində elektronların və ionların həcmi yükləri bir-birinə bərabər olur. İonlaşmış qazm belə vəziyyətinə qazboşalma plazması deyilir.

Müsbət ionlar elektronların yüklərini kompensasiya etməklə elektrodlar arasındakı cərəyanı artırırlar. Ümumi cərəyanın 99,75%-i elektronların, 0,25%-i isə ionların payına düşür. Buna baxmayaraq müsbət ionların mövcudluğu boşalma aralığının keçiriciliyinə çox böyük təsir göstərir.

Sərbəst elektronlar və ionlarla dolu fəzada onlar biri- biri ilə toqquşurlar və bunun nəticəsində neytral atomlar yaranır. Bu prosesə rekombinasiya deyilir. Rekombinasiya adətən spektrin görünən hissəsində fəzaya enerji şüalanması ilə müşaiyət edilir. Bu zaman qaz işıq saçır. Təzə ionlaşma- nın baş vermədiyi rekombinasiya prosesinə deionlaşdırma (ionsuzlaşdırma) deyilir.

Elektrik boşalmasının yaranması və saxlanması üçün elektrodlar arasında elə elektrik sahəsi yaradılmalıdır ki, o elektronları qaz atomlarını ionlaşdıra biləcək dərəcədə sürətləndirə bilsin. Bu gərginliyin qiyməti qazm növündən, təzyiqindən və elektrodlar arasındakı məsafədən asılıdır. Digər tərəfdən boşalma aralığında sərbəst elektronların lazımi konsentrasiyasmı təmin edən emissiya mənbəyinin olması vacibdir.

Bununla əlaqədar olaraq sərbəst və qeyri-sərbəst boşalma mövcud olur. Sərbəst boşalmanın əmələ gəlməsi və davam etməsi üçün kənar emissiya mənbəyi tələb olunmur. Qeyri-sərbəst boşalmada isə bunun üçün kənar emissiya mənbəyinin (termokatod, fotokatod və ionlaşdırıcı şüalanma) olması tələb olunur.

Qeyd etmək lazımdır ki, elektrodlararası fəzada qazm təzyiqi l,133-133Pa həddində olur. Əsasən, təsirsiz qazlar (neon, arqon) hidrogen və həm də civə buxarı işlədilir. Qazm növü işıqlanmanm rəngini müəyyən edir. İonlaşma və rekombinasiya hadisələri cihazların ən aktiv hissəsi olan katod ətrafı sahədə baş verdiyindən işıqlanma katod ətrafında baş verir.

Qazboşalma fəzasında cərəyan axarkən baş verən bütün bu proseslər yığımına elektrik boşalması deyilir. Cihaz daxilində yaranan şəraitdən asılı olaraq, boşalmanın müxtəlif növləri olur.

R.Hümbətov- Elektronika

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Elektron emissiyasının növləri

 Elektron emissiyasının növləri

Vakuumda və ya qazda elektrik və maqnit sahəsində hərəkət edən sərbəst elektron axmım yaratmaq üçün elektronun bərk cismdən kənara çıxmasını təmin etmək lazımdır. Bunu bərk cisimə kənar mənbədən enerji vermək yolu ilə həyata keçirmək olar.

Kənardan verilən enerjinin (istilik, foto, elektrik və s.) təsirindən elektronların bərk cisimdən kənara çıxması hadisəsinə elektron emissiyası deyilir. Elektronun bərk cisimdən belə kənara çıxması üçün o kristallik qəfəsənin ionlarının cazibə qüvvələrini dəf etməli, başqa sözlə müəyyən iş görməlidir. Buna işə elektronun çıxış işi deyilir və bu iş voltlarla ölçülür.

Bərk cismə tətbiq edilən enerjinin növündən asılı olaraq elektron emisiyasmm dörd növü olur: termoelektron, fotoelektron, elektrostatik və ikinci elektron emissiyası.

Termoelektron emissiyası maddənin qızdırılması nəticəsində baş verir. Temperaturun müəyyən qiymətlərində elektronların aldığı istilik enerjisi onların çıxış işini yerinə yetirməsi üçün kifayət edir.

Termoelektron emissiyası cərəyan sıxlığının cismin temperaturundan asılılığı belə ifadə olunur: 

Burada,

bərk cismin materialından asılı sabit kəmiyyət; K- Bolsman sabiti, A-elektronun çıxış işidir.

Emissiyanın bu növü elektrovakuum cihazlarında və elektron-şüa borularında istifadə olunur.

Fotoelektron emissiyası maddənin səthinə təsir edən kənar elektromaqnit şüalanması ilə əlaqədardır. Belə emissiyanın baş verdiyi cismə (katoda) fotoelektron katodu və ya fotokatod deyilir.

Fotoelektron emisiyasmm əsasını A.Q.Stoletovun və A.Eynşteynin tapdığı qanunlar təşkil edir. Stoletov qanununa görə fotocərəyan cismi şüalandıran işıq selinə mütənasibdir: Т=кФ (burada k-mütənasiblik əmsalıdır). Emissiya olunmuş elektronların kinetik enerjisi optik rəqslərin tezliyi (v) ilə müəyyən edilir və Eynşteyn qanununa əsasən belə tapıla bilər:

Burada, h-Plank sabiti, A-çıxış işi, v-emissiya edilmiş elektronların sürətidir. Kinetik enerjinin sıfra bərabər olduğuişıq şüasının tezliyinə fotoelektron emissiyasının hədd tezliyi və ya fotoeffektin qırmızı dalğalı sərhəddi deyilir.

Maddələrin çıxış işləri müxtəlif olduğundan ayrı-ayrı maddələrdən fotoelektron emissiyası müəyyən bir Vkr tezliklərdə baş verir. Fotokatodlarm həssaslığı emissiyaedilmiş elektronların cismin üstünə düşən fotonların sayma nisbəti ilə qiymətləndirilir.

Emissiyanın bu növü fotoelektron cihazlarında istifadə edilir.

Elektrostatik (avtoelektron) emissiyası katodun səthinə təsir edən qüvvətli elektrik sahəsi ilə əlaqədardır. Katodun yaxınlığında ona nisbətən böyük müsbət potensiala malik elektrod yerləşdirilərsə elektrik sahəsinin təsirindən katodun səthində energetik səddin qalınlığı çox azalır. Elektrik sahə gərginliyinin müəyyən bir qiymətində elektronların bir çoxu katodun səthindən kənar fəzaya çıxa bilər və böyük emissiya cərəyanı yarana bilər. Bu hadisəyə elektrostatik və ya avtoelektron emissiyası deyilir. Emissiyanın bu növünü əldə etmək üçün elektrik sahə gərginliyi dən yüksək olmalıdır.

İkinci elektron emissiyası bərk cismin səthini sürətli yüklənmiş hissəciklərlə (məsələn elektrodlarla) bombardman etdikdə baş verir. Əgər bombardman üçün elektron seli istifadə olunarsa səthdən vurub çıxarılan ikinci elektronların sayının səthə düşən ilkin elektronların sayma nisbətinə ikinci elektron emissiyası əmsalı deyilir:
Metallar və yarımkeçiricilər üçünolur, çıxış işi kiçik olan elementlərdən ibarət mürəkkəb birləşmələrdəolur. İkinci elektron emissiyası hadisəsi elektrovakum, qaz- boşalma, fotoelektrik və başqa cihazlarda baş verir. 

R.Hümbətov - Elektronika 1

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Elektronların elektrik və maqnit sahələrində hərəkəti

 Elektronların elektrik və maqnit sahələrində hərəkəti

Elektron mənfi yüklü elementar elektriki cəhətdən yüklənmiş hissəcikdir. Atomdaki elektronların sayı maddənin növündən asılı olur və maddənin elementlərin dövri sistemindəki atom sırasına bərabər olur. Atomlarda elektronlar nüvə ilə və bir-biri ilə qarşılıqlı hərəkətdə olurlar. Xarici orbitlərdə yerləşən elektronlar qonşu atomların təsirindən və ya başqa səbəblərdən (məsələn, qızdırma nəticəsində) öz orbitlərini tərk edə bilirlər. Bunun nəticəsində onlar sərbəst elektron olaraq atomlar arasında müxtəlif sürətlərlə və müxtəlif istiqamətlərdə hərəkət edə bilirlər. Elektrik və maqnit sahəsinin köməyilə və elektronların hərəkət yoluna maddi sədd qoymaqla onlarm hərəkətinə təsir etmək və nəticədə onlarm axmım idarə etmək mümkündür.

Elektrik sahəsində yerləşən elektronaqüvvəsi təsir edir. 

Burada -elektronun yükü; E-elektrik sahə gərginliyinin vektorudur. Mənfi işarəsi onu göstərir ki, FE qüvvəsi elektrik sahə gərginliyi vektorunun (E) istiqamətinin əksinə yönəlmişdir. Elektrik sahəsinin təsirindən elektron hərəkətini sürətləndirə, yavaşıda və istiqamətini dəyişə bilər.

Maqnit sahəsində hərəkət edən elektrona onun hərəkət istiqamətinə perpendikulyar olan FM=-q(vB) qüvvəsi təsir edir. Burada v-elektronun hərəkət sürəti vektoru, B-maq- nit sahəsinin induksiyasıdır.

Maqnit sahəsinin təsirindən yalnız elektronun hərəkət sürətinin istiqamətini dəyişmək mümkündür.

Əgər elektron elektrik və maqnit sahəsi təsir edən fazada hərəkət edərsə, 

ona nəticəvi  qüvvəsi təsir edir.

Bu qüvvənin təsirindən elektron həm enerjisini (sürətini), həm də hərəkət trayektoriyasmı dəyişə bilər.

R. Hümbətov- Elektronika 1

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg