Friday, January 22, 2021

YARIMKEÇİRİÇİ PARAMETRİK ELEMENTLƏR- Termorezistor-Pozistor-Varistor

YARIMKEÇİRİÇİ PARAMETRİK ELEMENTLƏR-
Termorezistor- Varistor- Pozistor


 Bü cür elementlərin işi xarici təsirdən yarımkeçiricinin öz xassələrinin dəyişməsinə əsaslanır. Onlarda istifadə olunan əsas hadisə xarici amillərin təsirindən elektron-deşik cütünün generasiya edilməsidir.

Yarımkeçirici parametrik cihazlarda p-n keçidlər olmur, onları hətta keçidsiz elementlər adlandırırlar. Bunların ən geniş yazılmış növü yarımkeçirici rezistorlardır.

Yarımkeçirici rezistorlarm iş prinsipi temperaturun, elektromaqnit şüalanmasının, tətbiq edilən gərginliyin və s. təsirindən yarımkeçiricinin öz müqavimətinin dəyişməsinə əsaslanır.

Termorezistor (termistor) həcmi və ya təbəqəli ya- rımkeçirici müqavimətdən ibarətdir və bu müqavimətin qiyməti temperaturdan asılı olaraq dəyişir. Onları keçid metalların (titandan sinkə qədər) oksidlərindən ibarət polikristal yarımkeçirici materiallar əsasında hazırlayırlar.

Termistorlar öz müqavimətlərini xaricdən və termis- tordan axan cərəyanla qızdırma nəticəsində dəyişirlər. Birinci qrup termistorlar ətraf mühitin temperaturunu ölçmək üçün temperatur vericisi kimi istifadə edilir. İkinci qrup elementlər isə elektrik dövrələrində gedən prosesləri tənzim etmək üçün istifadə olunur.

Ən geniş yayılmış termistorlar mənfi temperatur əmsalına malikdir: temperatur artdıqca onların müqaviməti azalır. Bu temperaturun təsirindən termorezistorun daxilində sərbəst yük daşıyıcılarının konsentrasiyasmm və onların yürüklüyünün artması ilə əlaqədardır. Termorezistorun müqavimətinin temperaturdan asılılığı belədir:

Burada ri-termistorun işçi gövdəsinin ölçülərindən və yarımkeçiricinin xüsusi müqavimətindən asılı əmsal, 5-yarımkeçiricinin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilən temperatura həssaslıq əmsalıdır.

RT=f(T) asılılığı və termistorun şərti işarəsi şəkil 4.l ada göstərilmişdir. Bu asılılığa termorezistorun temperatur xarakteristikası deyilir. Termorezistordakı gərginliyin cihazdan axan cərəyandan asılılığına isə statik volt-amper xarakteristikası deyilir (şəkil 4.1 b). Burada biri-birindən forması, ölçüləri və soyutma şəraiti ilə fərqlənən üç termorezistorun xarakteristikaları göstərilmişdir.


Göründüyü kimi xarakteristikaların başlanğıc hissələri (OA) xətti xarakter daşıyır. Çünki cərəyanın kiçik qiymətlərində termistorda ayrılan güc kiçikdir və onun temperaturuna təsir göstərmir. Cərəyan artdıqca termistorun temperaturu artır, müqaviməti azalır və BC sahəsində gərginlik aşağı düşür. Burada müqavimətin azalması cərəyanın artmasını qabaqlayır və bu gərginliyin azalmasına gətirib çıxarır (3 əyrisi).

Termorezistorlar yuxarıda sayılanlarından başqa 20°C- də nominal müqavimət Rtnom, işçi temperaturlar diapazonu deltaТ buraxıla bilən səpələnmə gücü Rmax və digər parametrlərlə xarakterizə olunur. Termistorlar temperaturun ölçülməsi və tənzim edilməsi, elektrik sxemlərində geniş temperatur diapazonunda işləyən müxtəlif elementlərdə temperatur dəyişilmələrinin kompensasiya edilməsi, sabit və dəyişən cərəyan dövrələrində gərginliyin stabilləşdirilməsi üçün və avtomatika dövrələrində tənzim edilən təmassız müqavimətlər kimi geniş istifadə olunur .

Bəzi xüsusi qurğularda iki termistordan ibarət və ya- rımkeçirici bolometr adlanan cihazlar istifadə olunur. Burada termistorlardan biri (aktiv termistor) nəzarət edilən amilin (temperaturun, şüalanmanın) təsirinə məruz qalır, digəri isə (kompensasiyaedici termistor) ətraf mühitin temperaturun təsirini kompensasiya edir.

Müsbət temperatur əmsalına malik olan yarımkeçirici termistorlara pozistor deyilir. Bunlar üçün yarımkeçirici kimi xüsusi aşqarları olan barium-titan götürülür. Temperatur artdıqca pozistorun müqaviməti də artır. Pozistorun temperatur xarakteristikaları şəkil 4.2- də göstərilmişdir. Pozistoru adi xətti rezi storla ardıcıl və paralel qoşmaqla onun xarakteristikasının formasını dəyişmək olar. Şəkildə bütöv xətlə pozistorun özünün xarakteristikası göstərilmişdir. 1 və 2 əyriləri müvafiq olaraq pozistorun 10 kOm və 100 kOm müqavimətli rezistor- la ardıcıl, 3 və 4 əyriləri isə həmin rezistorla paralel qoşulduğu hala uyğun gəlir. Pozistorlarm xarakterizə olunduğu əsas parametrlər termistorlara uyğundur.




Pozistorlar 100 hs tezliyə qədər işləyən dəyişən və sabit cərəyan dövrələrində temperaturun və güclənmənin avtomatik tənzim edilməsi, temperaturun kompensasiya edilməsi, qurğuları və cihazları artıq qızdırılmadan mühafizə üçün, cərəyanı məhdudlaşdırıcı və stabilləşdirici sxemlərdə və təmassız açıb-bağlayıcı elementlər kimi istifadə olunur. Bu növ cihazlardan biri də silisium karbiddən hazırlananvaristordur. Varistorun müqaviməti tətbiq olunan gərginlikdən asılı olur. Onun volt-amper xarakteristikası qeyri- xətti xarakter daşıyır (şəkil 4.3). Xarakteristika simmetrik olduğundan varistor həm dəyişən, həm də sabit cərəyan dövrələrində işlədilə bilir.


Cihazın əsas parametrləri aşağıdakılardır: cərəyanın və gərginliyin sabit qiymətlərində statik müqavimət (Rst= U/J), dəyişən cərəyana görə dinamik müqavimət (Rd=delta U/delta J), qeyri- xəttilik əmsalı-xarakteristikanın verilmiş nöqtəsində Rst-nin  Rd-yə nisbəti (beta=Rst/Rd), qeyri- xəttilik göstəricisi (alfa= l/beta= =Rd/Rst), impuls gərginliyinin ən böyük amplitudu, buraxılabilən səpələnmə gücü. Varistorun işçi gərginliyini son iki parametrə görə təyin edirlər. Varistorlar elektrik kəmiyyətlərinin tənzim edilməsi, cərəyanın və gərginliyin staballəşdirilməsi, cihazların və sxemlərin artıq gərginlikdən mühafizə edilməsi üçün istifadə olunur.







Yarımkeçirici elementlərin hazırlanma texnologiyası

 Yarımkeçirici elementlərin hazırlanma texnologiyası

Yarımkeçirici cihazların əsasını p-n keçidlər təşkil edir. Elektron-deşik keçidləri əsasən əritmə və diffuziya üsulları ilə hazırlanır. Müvafiq olaraq onlara əridilmiş və diffuziya keçidləri deyilir. Əritmə üsulunda əsas olaraq qalınlığı 0,1-0,2 mkm olan n tipli germanium təbəqəsi götürülür. Onun üzərinə akseptor materialından (adətən indiumdan) ibarət dənəcik qoyulur (şəkil 3.18a). Sonra təbəqə və dənəciyi vakuum və ya hidrogen sobasına yerləşdirib 450-550°C temperatura qədər qızdırırlar ki, bu temperaturda dənəcik və təbəqənin ona yaxın olan qatı əriyir və müəyyən tərkibli ərinti əmələ gəlir (şəkil 3.186 və c). Bir neçə dəqiqə bu temperaturda saxladıqdan sonra ərinti soyudulur.


Bu zaman ərimiş damlanın dibində nazik rekristallaş- mış p tipli germanium qatı yanır, bərkimiş damlanın qalan hissəsi isə təmiz indiumdan ibarət olub p qatı ilə omik təmas əmələ gətirir. Bu təmasa xarici nikel naqil qalaylanır. Lövhənin alt hissəsinə qurğuşun qatı çəkilir, bu qat n tipli germanium ilə əmik təmas yaradır və ona da xarici naqil qalaylanır.

İndium-germanium qarışığı və ilkin təbəqə arasındakı səlis sərhəd soyuyub bərkimədən sonra dəyişilməmiş qalır. Ona görə əritmə üsulu pilləvari p-n keçidlərin alınmasında istifadə olunur. Rekristallaşmış qatın xüsusi müqaviməti çox kiçik olur (0,001-0,1 Om-sm) və o, daha yüksək müqavimətə malik ilkin təbəqəyə (bazaya) nisbətən emitter rolunu oynayır.
Əgər p tipli emitter almaq tələb olunursa, əsas olaraq p götürülür və donor materialdan, əsasən sürmə dənəciyindən istifadə olunur.
Diffuziya üsulu aşqar maddəsinin ilkin yarımkeçirici təbəqəyə diffuziya edilməsinə əsaslanır.
Məsələn, p tipli germanium emitterli p-n keçid almaq üçün n tipli nazik germanium təbəqəsi götürülür. Bu təbəqə akseptor maddəsinin buxarı ilə dolu sobaya yerləşdirilir. Təbəqə germaniumun ərimə temperaturuna qədər (900°C) qızdırılır. Bu zaman akseptor atomları intensiv sürətdə buxar fazasından təbəqənin dərinliklərinə girir və təbəqədə p tipli nazik səthi qat yaradır (şəkil 3.19). Sonra kimyəvi üsul ilə bu qatı təbəqənin başqa tərəflərindən götürür və yalnız bir tərəfində saxlayırlar. Bu üsul germanium keçidləri üçün xarakterikdir, o meza-struktur adlanan konusşəkilli struktur əmələ gətirir (şəkil 3.19c). Silisium keçidləri üçün isə kristalın başqa hissələrini maska (üzlük) ilə örtməklə maskanın yalnız bir hissəsində olan deşikdən qaz və ya maye fazadan diffuziya həyata keçirilir. Maska kimi silisium oksidindən istifadə olunur. Bu oksid həm də p-n keçidi ətraf mühitin təsirindən qoruyur. Belə struktura planar struktur deyilir (şəkil 3.19ç). Aşqarın kristala diffuziya etmə dərinliyi temperaturdan və diffuziya müddətindən (adətən 10-20 dəq) asılı olur.

Diffuziya üsulunun bir çox variantları mövcuddur. Bu cür hazırlanan p-n keçidlər örtüklərə salınaraq diod şəklini alır.


Elektronika- Hümbətov Ramiz



Yarımkeçiricilərdə elektromaqnit şüalanması. Daxili fotoeffekt hadisəsi

 Yarımkeçiricilərdə elektromaqnit şüalanması. Daxili fotoeffekt hadisəsi

Fotoelektron cihazlarının işi şüa enerjisinin təsiri altında elektrik rejiminin dəyişməsi ilə əlaqədardir. Bu cihazlarda daxili fotoeffekt hadisəsindən istifadə olunur. Bu effektin məğzi ondadır ki, yarımkeçirici şüa enerjisi ilə işıqlandırılırsa onun elektronları atomlararası əlaqələri qırmaq üçün kifayət edən əlavə enerji əldə edir. Nəticədə kristalda sərbəst yük daşıyıcılarının sayı artır, maddənin keçiriciliyi çoxalır və daxili e.h.q. yaranır. Eynşteyn nəzəriyyəsinə görə fotoeffekt o vaxt yarana bilər ki, optik şüalanma kvantlarının enerjisi elektronları valent zonasının yerli səviyyələrindən keçiricilik zonasına keçirə bilsin. Kvantın enerjisi hv, elektronun çıxış işi qcp və onun başlanğıc sürəti u arasında asılılıq Eynşteyn tərəfindən belə ifadə olunur:

burada m-elektronun kütləsidir.
Beləliklə, keçiricilik zonasına keçmək üçün elektron yarımkeçiricinin qadağan olunmuş zonasının enindən böyük enerji artımı əldə etməlidir. Səs rəqslərininşərtinin ödənməsini təmin edən v0 tezliyinə fotoeffektin sərhəd tez
işıq diodları, fototiristorlar, fototutumlar, fotovaristorlar və s.) geniş istifadə olunur.



Yarımkeçiricilərdə səth hadisələri

 Yarımkeçiricilərdə səth hadisələri

Qeyri-məhdud ölçülərə malik kristalda icazə verilmiş səviyyələrin hamısı məhdud ölçülü kristalda da mövcud olur. Qəfəsənin qırılması yalnız ona gətirib çıxarır ki, kristalın səthinin yaxınlığında qeyri-məhdud kristal üçün qadağan olunmuş hədlərdə icazə verilmiş diskret səviyyələri və ya zonalar yaranır. Bu səviyyələri tutmuş elektronlar kristalın içinə daxilinə keçə bilmir və onun səthi yaxınlığında yığışırlar. Bu səviyyələrə səth səviyyələri və ya Tamm səviyyələri deyilir. Səth səviyyələri donor, akseptor və yapışma mərkəzləri ola bilərlər. Akseptor səviyyələrinin tutulması elektronların lokal yığılması, elektronların donor səviyyələrindən uzaqlaşması isə bu səviyyələrdə deşiklərin lokal yığılması deməkdir. Bunun nəticəsində səthin mənfi və ya müsbət yüklərlə yüklənməsi baş verir. Neytrallıq şərtinin ödənməsi vacibliyinə görə belə yüklənmə səthyanı qatda səthi yükü neytrallaşdıran həcmi yükü əmələ gətirməlidir. Bu, səthə onun üzərindəki yüklərin əksinə yüklənmiş daşıyıcıların çəkilib gətirilməsi və onlarla eyni işarəli yüklənmiş daşıyıcıların oradan itələnib uzaqlaşdırılması ilə həyata keçirilir. Nəticədə yarımkeçiricinin səthyanı qatı səthdəki yüklə eyni işarəli daşıyıcılara görə kasıblaşır və onlara əks işarəli daşıyıcılarla zənginləşir.

Tamamilə bunun kimi metal-dielektrik-yarımkeçirici strukturunda da elektrik sahəsinin təsirindən yarımkeçirici- nin səthyanı qatı yük daşıyıcılarla zənginləşir və kasıblaşır. Bu hadisəyə sahə effekti deyilir (şəkil 3.17). Metala müsbət və ya mənfi potensial verilir. Metal lövhədəki yükə bərabər və ona əks işarəli yük yarımkeçiricidə səth üzərində yox, onun səthyanı qatında yerləşir. Əgər yük daşıyıcıların kon- sentrasiyası çox böyük olanmetallarda səth yükünün neytrallaşması qəfəsənin bir neçə parametrinə bərabər məsafədə baş verirsə, yarımkeçiricilərdə həcmi yük çox dərinə (-10'6m-dən çox) sirayət edir. Adətən bu dərinlik ekranlamanm debay uzunluğu (LD) adlanan məsafəyə bərabər götürülür. Bu elə məsafədir ki, bu məsafədə sərbəst yük daşıyıcıları olan maddədə sahə potensialı e dəfə azalır e-natural loqarifmin əsasıdır (e =2,72). Məxsusi yarımkeçirici üçün 


Aşqarlı yarımkeçirici üçün 

Beləliklə yarımkeçiricinin səthyam sahəsində tükənmə, zənginləşmə və inversiya prosesləri müşahidə olunur.
Kasıblaşmış sahə yarımkeçiricinin səthində əsas yük- daşıyıcıları ilə eyni işarəli yük əmələ gələndə yaranır.
İnvers sahə əsas yükdaşıyıcıları ilə eyni işarəyə malik olan yüksək sıxlıqlı səthi yük olanda əmələ gəlir.
Əgər səthi yükün işarəsi yarımkeçiricidəki əsas yükda- şıyıcılarm işarəsinin əksinə olarsa onda zənginləşmiş sahə yaranır.

Elektronika- R.Hümbətov





Thursday, January 21, 2021

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.


































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.

Thursday, January 14, 2021

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




İzləyici sayı

Axtarış

Diqqət!

Müəllifin adı və ya blogun linkini istinad göstərmədən paylaşmaq, özünküləşdirmək qəti qadağandır. Sizə olunan yaxşılıqları qiymətləndirməyi bacarın.
Hörmətlə: Səfa Məcidov