Тожибой Мирзамахмудов - Электроника асослари. Ўқув қўлланма

2.4 -расм. Мишяк аралашган германийнинг эквивалент панжараси (а) ва энергетик зона диаграммаси (б): 1 – ўтказувчанлик зонаси, 2 – тақиқланган зона, 3 – валент зона, 4 – акцептор сатхи, 5 – эркин электрон.

Донор сатхи энергиясига эга бўлган электронлар ўтказувчанлик зонасига осонгина ўтиб, заряд элтувчиларнинг диффузия оқимини хосил қилади.

Соф ярим ўтказгич германийга уч валентли индий аралашмаси киритилсин. 2.5а-расмда индий аралашмаси мавжуд бўлган германий кристалл панжараси кўрсатилган. Уч валентли индий атоми тўртта германий атоми билан ковалент боғланишга киришади ва унинг битта боғи электрон билан тўлмай қолади. Ташқи майдон қўшни атом электронини шу тўлмай қолган ковалент боғланишига (электрон ваканциясига) ўтишга мажбур этади, бўшаган ўринга эса ўз навбатида бошқа қўшни атомнинг электрони ўтади ва хоказо.

Индий аралашмали ярим ўтказгичда ўзига хос электронларнинг навбатма-навбат харакати вужудга келади. Бунда электрон лар атомлардан узоқлашиб кетмайди, доим улар билан ўзаро боғланган бўлади. Боғланган электронларнинг бундай кетма – кет силжишини шартли равишда, мусбат зарядга эга бўлган бўш ковалент боғланишга эга бўлган тешикларнинг электронлар томон харакати деб қараш мумкин. Тешиклар харакати билан юзага келган ўтказувчанликни ковакли (тешикли) ўтказувчанлик, материалнинг ўзини эса р – турли яримўтказгич деб аталади» (р лотинча – Роzitiv – мусбат сўзидан олинган). Яримўтказгичларда тешикли ўтказувчанликни ҳосил қилувчи аралашмаларга акцепторлар дейилади.

Акцептор – аралашмали яримўтказгичларда тақиқланган зонанинг пастки қисмида, валент электронлар зонаси яқинида, эркин энергетик сатхлар юзага келади, улар акцептор сатхлари деб аталади (2.5 б – расм). Валент зонадан электронлар акцепторлар сатхларига осонгина ўтиб, унда эркин электронлар ваканцияси – тешикларни хосил қилади. Шундай қилиб, соф ярим ўтказгичли материалга донорли (Аs) ёки акцепторли (Jn) аралашмалар қўшиб, сунoий равишда электрон (n – турли) ёки тешикли (р – турли) ўтказувчанликка эга бўлган яримўтказгичлар олиш мумкин. Бундай материаллардан қуйидаги ярим ўтказгичли асбоблар тайёрланади: диодлар, транзисторлар, тиристорлар ва хоказо.

2.5 -расм. Индий аралашган германийнинг эквивалент зонаси (а) ва энергетик зона диаграммаси (б):1 – ўтказувчанлик зонаси, 2 – тақиқланган зона, 4 – акцептор сатхи, 5 —электрон, 6 – тешик.

Жуда кўп яримўтказгичли асбобларнинг ишлаши турли хил ўтказувчанликка эга бўлган, ярим ўтказгич кристалларида суний йўл билан ҳосил қилинган, иккита қўшни соха чегарасида юз берадиган жараёнлар билан боғлиқдир. Бу чегаравий қатламлар электрон тешикли ёки «n-р» ўтиш деб айтилади.

Юқорида айтиб ўтилганидек (2.6а-расмга қаранг), кристалларнинг электрон «n» – турли ўтказувчанлик сохасидаги асосий электр заряд элтувчилари эркин электронлар хисобланади. Аралашма атомларига эса фиксацияланган (аниқ белгиланган) мусбат зарядлар (донор аралашма ионлари) тўғри келади. Тешикли «р» турли ўтказувчанлик сохасидаги асосий заряд элтувчилар бўлиб коваклар (тешиклар) хисобланади, аралашма атомларида эса фиксацияланган манфий зарядлар (акцепторлар аралашма ионлари) тўғри келади.

Турли хил ўтказувчанликка эга бўлган кристалларни бир – бирига бирлаштирилмаса, заряд ташувчилар уларнинг бутун хажми бўйича тенг тақсимланади. Агар сунъий равишда «n – р» ўтишни эритиш, диффузия ёки ўстириш усули билан хосил қилиниб, кристаллар бирлаштирилса, чегара қатламида электрон ва тешикларнинг рекомбинацияси юз беради. «n» -тур ярим ўтказгичнинг ўтказувчанлик зонасидаги эркин электрон, «р» тур ярим ўтказгичнинг валент зонасидаги эркин коваклар сатхларини эгаллайди. Бунинг натижасида икки кристалл бирлашган чегаравий зона яқинида заряд элтувчилар йўқолади ва юқори электр қаршилигига эга бўлган қатлам хосил бўлади. Бу сийраклашган беркитувчи қатлам ёкиси «n -р» ўтиш деб айтилади. Унинг қалинлиги бир неча микрондан ортмайди. Беркитувчи қатламнинг кенгайишига харакатсиз донор ва акцептор ионлари қаршилик кўрсатади. Улар кристаллар чегарасида контакт потенциаллар фарқини – потенциал тўсиқни вужудга келтиради. Хосил бўлган электр майдон (Е о) куч чизиқларини йўналиши «n» – сохадан «р» соха томон бўлади ва у электрон ҳамда тешикларни харакатланишига тўсқинлик қилади, яъни қаршилик кўрсатади. Бу майдон таъсирида «n-р» ўтишнинг қаршилиги ортади. (2.6-в-расмда) «n – р» ўтишли ярим ўтказгич қатламларига мос келувчи электростатик потенциал (j е) нинг тақсимланиши кўрсатилган. Агар ана шундай ярим ўтказгичга ташқи манба (G B) дан «р» – тур кристаллга «мусбат» ва р-тур кристаллга «манфий» кучланиш берилса (2.7а-расм) беркитувчи қатлам янада кенгаяди, чунки контакт зоналардан хам мусбат («р» – зона ичига), хам манфий («n» – зона ичига) ташувчиларнинг (электрон ва тешиклар) «сўрилиши» юз беради. Демак, ташқи манба қутблари 2.7а – расмда кўрсатилгандек бўлса, «n – р » ўтишнинг қаршилиги ортиб кетади ва ундан оқиб ўтаётган ток миқдори оз бўлади. Манбанинг бундай уланиши тескари улаш дейилади.

2.6 – расм. n – р – ўтишнинг хосил бўлиши: а – кристалларнинг бир – бирига тегишигача бўлган таркиби б – беркитувчи қатламларнинг ҳосил бўлиши, в – ярим ўтказгич чегарасидаги контакт потенциаллар фарқи.

Агар ташқи манбани ярим ўтказгичга, юқорида кўрсатилганга нисбатан, тескари қутбли қилиб уланса (манфий қутб «n» – турли кристаллга ва мусбат қутб «р» – турли кристаллга), ташқи электр майдоннинг (Е 2) куч чизиқлари йўналиши беркитувчи қатлам электр майдони (Е 1) куч чизиқларига қарама – қарши йўналишда бўлиб қолади (2.7. б-расм). Бунда «n-р » – ўтиш электр майдонининг тормозлаш таъсири маoлум даражада компенсацияланади ва ундан анча катта тўғри ток оқиб ўтади, чунки беркитувчи қатлам тораяди. Токнинг бундай йўналиши тўғри улаш дейилади (2.7.в, г-расм). Яхши ярим- ўтказгичлардаги қаршилик тўғри ва тескари уланишларда камида ўн мартаўзгаради. "р – n" ўтишнинг вентиль (бир томонлама ўтказиш) хусусиятидан ярим ўтказгичли асбоблар диод, транзистор, тиристорлар ва х.з. лар ясашда кенг фойдаланилади.

2.7 – расм. Яримўтказгичлардаги тўғри ва тескари йўналишларнинг хосил бўлиши: а – тескари йўналиш, б – потенциаллар фарқининг n-р-зона кенгайгандаги ўзгариш таксимоти в – тўғри йўналиш, г – контакт потенциаллар фарқининг n-р зона торайгандаги ўзгариш таксимоти.