Жартылай өткізгіштер туралы мәліметтер

Кристалға, плюсі  р – аймаққа, ал минусы -  n –  аймаққа жалғасқан бағытта, сыртқы кернеу берейік (мұндай кернеу тура деп  аталынады). Бұл  р – аймақтағы  потенциалдың жоғарылауына (яғни  Ерк  артады,  Ерэ кемиді) және  n-

Аймақтағы потенциалдың төмендеуіне (яғни Ерк кемиді, Ерэ артады) алып келеді (10-сур.,б). Мұның нәтижесінде потенциалдық бөгеттің биіктігі кішірейеді де  Інег ток өседі. Ал ток Ін.емес  іс  жүзінде өзгермей қалады (жоғарыда келтірілгендей, ол бөгеттің биіктігіне тіптен тәуелді емес). Демек, қорытқы ток нольге тең болмай қалады. Потенциалдық бөгеттің төмендеуі түсірілген кернеуге пропорционал (ол  еU-ға тең). Бөгеттің биіктігін төмендеткен кезде негізгі тасымалдаушылар тогы, демек, қорытқы ток, тез өседі. Сонымен,  р – аймақтан  n – аймақ бағытында ауысу ток өткізеді, оның күші түсірілген кернеу артқанда тез өседі. Бұл бағыт тура деп аталынады.   11 – суретте р-n  ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы берілген. Тура кернеуде   кристалда пайда болған электр   өрісі   негізгі   тасымалдаушыларды

                                       

                                                                             11 – сур.

аймақтар арасындағы шекараға «сығады», осы себептен тасымалдаушылары жоқ ауысу қабатының ені қысқарады. Демек, ауысу кедергісі де азаяды, бұл кернеу неғұрлым үлкен болған сайын, солғұрлым көп азаяды. Сондықтан  өткізу аймағындағы вольт-амперлік сипаттама түзу болып келмейді (11 – суретте оң тармақ).

Енді кристалға  n – аймаққа плюс, ал  р –  аймаққа минус қосылатындай етіп кернеу түсірейік (бұл кернеу кері деп  аталынады). Бұл потенциалдық бөгеттің көтерілуіне және негізгі тасымалдаушылар  ток күшінің  Інег  кемуіне алып келеді (10-сур.,в). Бұл кезде пайда болған қорытқы ток (кері ток деп аталынатын) қанығу мәніне тез жетеді (яғни кернеуге  U  тәуелсіз болып) және Ін.емес токқа тең болады. Сонымен n – аймақтан  р – аймаққа қарай бағытта (кері ток)  р-n  ауысуы, негізгі емес тасымалдаушылар қамтамасыз ететін, әлсіз ток өткізеді. Тек өте үлкен кері кернеуде, ауысудың электрлік тесілуі арқасында, ток күші бірден арта бастайды (11 – суретте сол тармақ). әрбір р-n ауысуы, оның бүлінбей шыдауға қабілеттілігі болатын, өзінің кері кернеуінің шекті мәнімен сипатталады.   11 – суреттен көрініп тұр, р-n  ауысуы тура бағытқа қарағанда, кері бағытта едәуір үлкен кедергіге ие болады. Бұл былай түсіндіріледі, кристалда пайда болған өріс кері кернеу қосылған кезде, аймақтар арасындағы шекарадан негізгі тасымалдаушыларды кері  «тартып»  алады, бұл тасымалдаушылары кеміген, ауысу қабатының енін ұлғайтады. Осыған сәйкес ауысудың кедергісі де артады.

 

                                                           ҚОРЫТЫНДЫ

Өткізгіштер мен диэлектриктерден басқа, өткізгіштігі олардың аралығында жататын бір  топ заттар бар. Бұл заттарды жартылай өткізгіштер деп атайды.  Өткізгіштерден жартылай өткізгіштердің ең басты айырмашылығы, олардың электр өткізгіштігінің температураға тәуелділік сипаты арқылы. Өлшеулердің көрсетуі бойынша бірқатар элементтердің (кремний, германий, селен және басқалар) және қоспалардың (РвS, CdS және басқалар) меншікті кедергісі температура артқан сайын, металдардағы сияқты артпайды, керісінше, төтенше кенет төмендейді.

Жартылай  өткізгіштердің өткізгіштігінің механизмін, оның ішкі құрылысы арқылы түсіндіруге  болады. Мысалы, кремний – төрт валенттік  элемент. Бұл атомның сыртқы қабатшасында, ядромен әлсіз байланысқан, төрт электрон бар екендігін білдіреді. Кремнийдің әрбір атомының жақын  көршілерінің саны да төртке тең. Көрші  атомдар жұбының өзара әсерлесуі  электрондық жұптар байланысының көмегімен  іске асады, мұны коваленттік байланыс деп атайды.

Кремнийдің  электрондық жұптар байланысы жеткілікті түрде берік және төменгі температура  кезінде үзілмейді. Сондықтан кремний  төменгі температурада электр тогын  өткізбейді. Кремнийді қыздырған  кезде бөлшектердің кинетикалық  энергиясы артады да, жеке байланыстардың үзілуі басталады. Кейбір электрондар  өзінің байланыста тұрған кезіндегі  орбитасынан ауытқып еркін күйге  көшеді. Электр өрісінде олар тордың түйіндерінің арасында қозғалып, электр тогын тудырады.

Жартылай  өткізгіштердің, онда еркін электрондарының  болуы салдарынан өткізгіштігін, электрондық  өткізгіштік   деп   атайды.   Байланыс  үзілген кезде электрон жетіспейтін бос орын пайда болады. Оны кемтік деп атайды. Кемтікте, басқа қалыпты байланыстарға  салыстырғанда артық оң заряд  болады. Кристалда кемтіктердің орны тұрақты болып қалмайды. Атомдардың байланысын қамтамасыз ететін бір электрон, пайда болған кемтікке секіріп көшіп  орналасады, ал ол электронның тұрған орнында жаңа кемтік пайда болады. Сонымен, кемтіктер бүкіл кристалл бойымен орын ауыстыруы мүмкін. Электр өрісі болған кезде кемтіктердің реттелген орын ауыстыруы болады, сонымен еркін электрондардың электр тогына, кемтіктердің орын ауыстыруымен байланысты электр тогы қосылады. Кемтіктердің қозғалыс бағыты электрондардың қозғалыс бағытына қарама қарсы. Сонымен, жартылай өткізгіштерде зарядты тасымалдаушылардың екі типі болады:  электрондар  және кемтіктер. Демек жартылай өткізгіштер  электрондық өткізгіштікпен бірге  кемтіктік өткізгіштікке ие болады. Бұл өткізгіштік механизмі таза жартылай өткізгіштер үшін. Мұндай жағдайдағы өткізгіштікті жартылай өткізгіштердің өзіндік өткізгіштігі деп атайды.

Жартылай  өткізгіштердің маңызды ерекшелігі, онда қоспалар болғанда, өзіндік өткізгіштікпен бірге қосымша – қоспалық өткізгіштік  пайда болады. Қоспалардың концентрациясын  өзгерте отырып, оң және теріс таңбалы  зарядты тасымалдаушылардың санын  едәуір өзгертуге болады. Мысалы, төрт валенттілік элементке бес валенттілік  элемент атомдарын ендірсе, онда бір электронның атоммен байланысы  нашарлайды. Ол атомнан оңай бөлініп  шығып, еркін электронға айналады.

Электрондарын жеңіл беретін, яғни еркін электрондардың санын көбейтетін қоспаларды донорлық қоспалар деп атайды. Донорлық қоспалары  бар жартылай өткізгіштер электрондардың көп санына ие болатындықтан, оларды  n- типті жартылай өткізгіштер деп  атайды. n- типті жартылай өткізгіштерде электрондар негізгі зарядты тасымалдаушыларға, ал кемтіктер – негізгі емес зарядты тасымалдаушыларға жатады.

Егер енді төрт валенттік элементке үш валенттік  элемент атомдарын ендірсе, онда көрші атомдармен қалыпты электронды жұптық байланыс түзу үшін бір электрон жетіспей қалады. Осының нәтижесінде  кемтік пайда болады. Кристалдағы  кемтіктердің саны қоспа атомдарының  санына тең. Мұндай текті қоспаны  акцепторлық деп атайды.

Электр өрісі  болған кезде кемтіктер өріс бойымен  орын ауыстырып, кемтіктік өткізгіштік  пайда болады. Электрондық өткізгіштіктен кемтіктік өткізгіштігі артық жартылай өткізгіштерді  р- типті жартылай өткізгіштер деп атайды. р- типті  жартылай өткізгіштерде негізгі  зарядты тасымалдаушыларға кемтіктер, ал негізгі емес тасымалдаушыларға  электрондар жатады.

р – және  n- типті жартылай өткізгіштердің түйісу аймағын  р-n  ауысуы деп атайды. р-n  ауысудың ерекше қасиеті бар. Түйіскен кезде электрондар жарым-жартылай  n- типті жартылай өткізгіштен  р- типті жартылай өткізгішке өтеді, ал кемтіктер – кері бағытта өтеді. Мұның нәтижесінде  n- типті жартылай өткізгіш оң, ал  р- типті теріс  зарядталады. Электрондар мен кемтіктердің мұнан әрі орын ауыстыруларын  жалғастыра беруіне ауысу аймағында  пайда болған электр өрісі қарсылық жасағанда диффузия тоқталады.

Егер  р-n  ауысуға,  р- типті  жартылай өткізгіштің  потенциалы оң, ал  n- типті жартылай өткізгіштің потенциалы теріс болатындай етіп тізбекке жалғастырса, онда  р-n  ауысу арқылы ток негізгі тасымалдаушылар  есебінен жүреді :  n- аймақтан  р- аймаққа – электрондармен, ал  р- аймақтан  n- аймаққа – кемтіктермен. Осының салдарынан, барлық үлгіде өткізгіштік  жоғары, ал кедергі аз болады. Бұл  қарастырылған ауысу тура деп  аталынады.

Егер потенциалды  кері бағытта түсірсе, онда тізбектегі ток едәуір аз болады. Бұл кезде  электрондар  р- аймақтан  n- аймаққа  қарай, ал кемтіктер -  n- аймақтан  р- аймаққа қарай жүреді. Алайда  р- типті жартылай өткізгіште еркін  электрондар аз, ал  n- типті жартылай өткізгіште кемтіктер саны аз. Бұл  кезде ауысу арқылы жүретін ток, сандары аз, негізгі емес тасымалдаушылар  арқылы іске асады. Осының салдарынан үлгінің өткізгіштігі мәнсіз, ал кедергісі  үлкен болады. Бұл ауысуды кері деп атайды.

р-n  ауысудың қасиетін айнымалы токты түзету үшін пайдаланады. Оған арнап жасалған құралдарды жартылай өткізгіштік диод деп аталынады.

Екі  р-n  ауысудан жасалған құралды транзистор деп атайды. Транзисторларды негізінен  әлсіз кернеулерді күшейту үшін пайдаланады, оларды аз габаритті қабылдағыштарда, радиоқабылдаушы қондырғыларда  электронды-есептеуші машиналарда  пайдаланады.

Жартылай  өткізгіштердің тағы бір қасиетіне, онда жарық сәулесінің әсерінен электр қозғаушы күштердің пайда болуы  жатады. Оның бұл қасиетін жарық  фотоэлементтерін жасау үшін пайдаланады.

                     

 

 

 

                     ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Рывкин  С.М. Фотоэлектрические явления  в полупроводниках. –  М.: 

      Физматгиз, 1963.

2. Роуз А.  Основы теории фотопроводимости. –  М.: Мир, 1966.

3. Элементарный  учебник физики. Т. 2. Электричество  и магнетизм/Под ред. 

      Г.С. Ландсберга. –  М.: Наука, 1967.

4. Сахаров  Д.И., Блудов М.И. Физика для  техникумов. –  М.: Наука, 1967.

5. Маделунг  О. Физика полупроводниковых соединений  элементов ІІІ и V

    групп.  –  М.: Мир, 1967.

6. Жданов  Л.С., Маранджян В.А. Курс физики  для средних специальных  

      учебных заведений. Ч. 2. Электричество.  Оптика. Атомная физика. –  М.: 

      Наука, 1968.

7. Блудов  М.И. Физика жайлы әңгімелер. 2 бөлім. –  Алматы: Мектеп, 1969.

8. Цидильковский  И.М. Электроны и дырки в  полупроводниках. –  М.: 

    Наука, 1972.

9. Тамм И.Е.  Основы теории электричества.  –  М.: Наука, 1976.

10. Зеегер  К. Физика полупроводников. –   М.: Мир, 1977.

11. Ансельм  А.И. Введение в теорию полупроводников.  –  М.: Наука, 1978.

12. Пикус Г.Е.  Основы теории полупроводниковых  приборов. –  М.-Л.: Наука, 

    1978.

13. Смит Р.  Поупроводники. –  М.: Мир, 1982.

14. Зи С.  Физика полупроводниковых приборов. –  М.: Мир, 1984.

15. Буравихин  В.А., Егоров В.А. Биография электрона.  –  М.: Знание, 1985.

16. Мустафаев  Р.А., Кривцов В.Г. Физика в помощь  поступающим в вузы. –  

      М.: Высшая школа, 1989. 

17. Бонч-Бруевич  В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников.  –  М.: 

    Наука, 1990.

18. Мякишев  Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.  Физика. Учебник для 10 класса 

      общеобразовательных учреждений. –   М.: Просвещение, 2001.

 

                      

                      Жоспар:

 

Кіріспе

    а) Жартылай өткізгіштер туралы мәліметтер

    б)  Жартылай өткізгіштердің металдардан  және диэлектриктерден айырмашылығы 

    в)  Жартылай өткізгіштердің меншікті кедергілерінің температураға тәуелділігі

 

Негізгі бөлім:

    а)  Жартылай өткізгіштердің түрлері 

    б)  Өзіндік жартылай өткізгіштердің  электр өткізгіштігі

    в)  Қоспалы жартылай өткізгіштердің  өткізгіштігі 

   г) p-n ауысуының қасиеттері

 

Қортынды 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі