Elektr toki aralashmalarsiz yarimo'tkazgichlarda amalga oshiriladi. Yarimo'tkazgichlarda elektr toki. Yarimo'tkazgichli diod. Yarimo'tkazgichli qurilmalar

Yarimo'tkazgichlar o'tkazgichlar va elektr tokini o'tkazmaydiganlar o'rtasida elektr o'tkazuvchanligida oraliq o'rinni egallaydi. Yarimo'tkazgichlar guruhiga o'tkazgichlar va o'tkazmaydiganlar guruhlariga qaraganda ko'proq moddalar kiradi. Yarimo'tkazgichlarning eng xarakterli vakillari topildi amaliy foydalanish texnologiyada germaniy, kremniy, selen, tellur, mishyak, mis oksidi va juda ko'p miqdordagi qotishmalar va kimyoviy birikmalar. Deyarli hamma narsa unday emas organik moddalar atrofimizdagi dunyo - yarim o'tkazgichlar. Tabiatda eng keng tarqalgan yarimo'tkazgich kremniy bo'lib, u yer qobig'ining 30% ni tashkil qiladi.

Yarimo'tkazgichlar va metallar o'rtasidagi sifat farqi birinchi navbatda qaramlikda namoyon bo'ladi qarshilik harorat bo'yicha. Haroratning pasayishi bilan metallarning qarshiligi pasayadi. Yarimo'tkazgichlarda, aksincha, haroratning pasayishi bilan qarshilik kuchayadi va mutlaq nolga yaqin ular amalda izolyatorga aylanadi.

Yarimo'tkazgichlarda erkin zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi harorat oshishi bilan ortadi. Yarimo'tkazgichlarda elektr tokining mexanizmini gaz modeli doirasida tushuntirib bo'lmaydi erkin elektronlar.

Germaniy atomlarining tashqi qobig'ida to'rtta kuchsiz bog'langan elektron mavjud. Ular valent elektronlar deb ataladi. Kristal panjarada har bir atom o'zining eng yaqin to'rtta qo'shnisi bilan o'ralgan. Germaniy kristalidagi atomlar orasidagi bog'lanish kovalentdir, ya'ni u juft valent elektronlar orqali amalga oshiriladi. Har bir valentlik elektron ikkita atomga tegishli. Germaniy kristalidagi valent elektronlar atomlarga metallarga qaraganda ancha kuchliroq bog'langan; shuning uchun o'tkazuvchanlik elektronlarining konsentratsiyasi da xona harorati yarimo'tkazgichlarda metallarga qaraganda ko'p marta kichikroqdir. Germaniy kristalida mutlaq nolga yaqin haroratda barcha elektronlar bog'lanish hosil bo'lishida band bo'ladi. Bunday kristall elektr tokini o'tkazmaydi.

Haroratning oshishi bilan valent elektronlarning bir qismi kovalent aloqalarni uzish uchun etarli energiya olishi mumkin. Keyin kristallda erkin elektronlar (o'tkazuvchan elektronlar) paydo bo'ladi. Shu bilan birga, elektronlar bilan band bo'lmagan aloqalar buzilgan joylarda vakansiyalar hosil bo'ladi. Ushbu bo'sh ish o'rinlari "teshiklar" deb ataladi.

Berilgan yarimo'tkazgich haroratida vaqt birligida ma'lum miqdordagi elektron-teshik juftlari hosil bo'ladi. Shu bilan birga, teskari jarayon sodir bo'ladi - erkin elektron teshikka duch kelganida, germaniy atomlari orasidagi elektron aloqa tiklanadi. Bu jarayon rekombinatsiya deb ataladi. Elektromagnit nurlanish energiyasi tufayli yarimo'tkazgich yoritilganda ham elektron-teshik juftlari hosil bo'lishi mumkin.

Agar yarimo'tkazgich o'rnatilgan bo'lsa elektr maydoni, keyin tartiblangan harakatda nafaqat erkin elektronlar, balki musbat zaryadlangan zarrachalar kabi harakat qiladigan teshiklar ham ishtirok etadi. Demak, yarimo'tkazgichdagi tok I elektron I n va teshik I p oqimlaridan iborat: I = I n + I p.

Yarimo'tkazgichdagi o'tkazuvchanlik elektronlarining kontsentratsiyasi teshiklar konsentratsiyasiga teng: n n = n p. Elektron-teshik o'tkazuvchanlik mexanizmi faqat toza (ya'ni, aralashmalarsiz) yarimo'tkazgichlarda o'zini namoyon qiladi. Yarimo'tkazgichlarning ichki elektr o'tkazuvchanligi deyiladi.

Nopokliklar mavjud bo'lganda, yarim o'tkazgichlarning elektr o'tkazuvchanligi sezilarli darajada o'zgaradi. Masalan, aralashmalarni qo'shish fosfor kristallga aylanadi kremniy 0,001 atom foiz miqdorida qarshilikni besh martadan ortiq kattalik bilan kamaytiradi.

Nopoklik kiritilgan yarimo'tkazgich (ya'ni, bir turdagi atomlarning bir qismi boshqa turdagi atomlar bilan almashtiriladi) deyiladi. nopoklik yoki doping.

Nopoklik o'tkazuvchanligining ikki turi mavjud - elektron va teshik o'tkazuvchanligi.

Shunday qilib, to'rt valentli doping paytida germaniy (Ge) yoki kremniy (Si) besh valentli - fosfor (P), surma (Sb), mishyak (As) Nopoklik atomi joylashgan joyda qo'shimcha erkin elektron paydo bo'ladi. Bunday holda, nopoklik deyiladi donor .

To'rt valentli germaniy (Ge) yoki kremniyni (Si) uch valentli dopingda - alyuminiy (Al), indiy (Jn), bor (B), galiy (Ga) - chiziqli teshik paydo bo'ladi. Bunday aralashmalar deyiladi qabul qiluvchi .

Xuddi shu namunada yarimo'tkazgich materiali bir bo'limda p - o'tkazuvchanlik, ikkinchisi esa n - o'tkazuvchanlik bo'lishi mumkin. Bunday qurilma yarimo'tkazgichli diod deb ataladi.

"Diod" so'zidagi "di" prefiksi "ikki" degan ma'noni anglatadi, bu qurilmaning ikkita asosiy "qismi", bir-biriga yaqin joylashgan ikkita yarimo'tkazgich kristallari mavjudligini bildiradi: biri p-o'tkazuvchanlikka ega (bu zona R), ikkinchisi - n - o'tkazuvchanlik bilan (bu zona P). Aslida, yarimo'tkazgichli diod - bu bitta kristall bo'lib, uning bir qismiga donor nopoklik kiritiladi (zona). P), ikkinchisiga - qabul qiluvchi (zona R).

Agar siz batareyadan diyotgacha bo'lgan zonaga doimiy kuchlanish "ortiqcha" ni qo'llasangiz R va zonaga "minus" P, keyin erkin zaryadlar - elektronlar va teshiklar - chegaraga shoshiladi va pn birikmasiga shoshiladi. Bu yerda ular bir-birini neytrallashtiradi, yangi zaryadlar chegaraga yaqinlashadi va a D.C.. Bu diodaning to'g'ridan-to'g'ri ulanishi deb ataladi - zaryadlar u orqali intensiv ravishda harakatlanadi va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan nisbatan katta to'g'ridan-to'g'ri oqim oqadi.

Endi dioddagi kuchlanishning polaritesini o'zgartiramiz va ular aytganidek, uni teskari yoqing - "ortiqcha" batareyani zonaga ulang. P,"minus" - zonaga R. Erkin zaryadlar chegaradan uzoqlashadi, elektronlar "ortiqcha" ga, teshiklar "minus" ga o'tadi va natijada pn birikmasi erkin zaryadsiz zonaga, sof izolyatorga aylanadi. Bu shuni anglatadiki, kontaktlarning zanglashiga olib, undagi oqim to'xtaydi.

Kichkina teskari oqim hali ham diod orqali oqadi. Chunki, asosiy erkin zaryadlardan (zaryad tashuvchilardan) tashqari - elektronlar, zonada P, va p zonasidagi teshiklar - zonalarning har birida qarama-qarshi belgining arzimas miqdordagi zaryadlari ham mavjud. Bular o'zlarining ozchilik zaryad tashuvchilari bo'lib, ular har qanday yarimo'tkazgichda mavjud bo'lib, ular atomlarning issiqlik harakati tufayli paydo bo'ladi va ular diod orqali teskari oqimni yaratadilar. Bu zaryadlar nisbatan kichik va teskari oqim to'g'ridan-to'g'ri oqimdan ko'p marta kamroq. Teskari oqim miqdori kuchli bog'liq: harorat muhit, yarimo'tkazgich materiali va maydoni p-n o'tish. Birlashma maydoni ortishi bilan uning hajmi oshadi va shuning uchun termal hosil bo'lish va termal oqim natijasida paydo bo'ladigan ozchilik tashuvchilar soni ortadi. Ko'pincha oqim kuchlanishining xarakteristikalari aniqlik uchun grafikalar shaklida taqdim etiladi.

Salom aziz sayt o'quvchilari. Saytda yangi boshlanuvchilar uchun radio havaskorlariga bag'ishlangan bo'lim mavjud, ammo hozirgacha men elektronika dunyosiga birinchi qadamlarini qo'ygan yangi boshlanuvchilar uchun hech narsa yozmadim. Men bu bo'shliqni to'ldiraman va ushbu maqola bilan biz radio komponentlarning (radio komponentlar) tuzilishi va ishlashi bilan tanishishni boshlaymiz.

Keling, yarimo'tkazgichli qurilmalardan boshlaylik. Ammo diod, tiristor yoki tranzistor qanday ishlashini tushunish uchun uning nima ekanligini tasavvur qilishingiz kerak. yarimo'tkazgich. Shuning uchun biz birinchi navbatda yarim o'tkazgichlarning tuzilishi va xususiyatlarini molekulyar darajada o'rganamiz, keyin esa yarim o'tkazgichli radio komponentlarning ishlashi va dizayni bilan shug'ullanamiz.

Umumiy tushunchalar.

Nima uchun aynan yarimo'tkazgich diod, tranzistor yoki tiristor? Chunki bu radio komponentlarning asosi hisoblanadi yarimo'tkazgichlar- elektr tokini o'tkazishga va uning o'tishini oldini olishga qodir bo'lgan moddalar.

Bu radiotexnikada ishlatiladigan moddalarning katta guruhi (germaniy, kremniy, selen, mis oksidi), lekin asosan faqat Kremniy(Si) va germaniy(Ge).

Elektr xossalari bo'yicha yarimo'tkazgichlar elektr tokining o'tkazgichlari va o'tkazmaydiganlari o'rtasida o'rta o'rinni egallaydi.

Yarimo'tkazgichlarning xossalari.

Supero'tkazuvchilarning elektr o'tkazuvchanligi atrof-muhit haroratiga juda bog'liq.
Juda past ga yaqin harorat mutlaq nol(-273°S), yarimo'tkazgichlar bajarmang elektr toki va kattalashtirish; ko'paytirish haroratlar, ularning oqimga chidamliligi kamayadi.

Agar siz yarimo'tkazgichga ishora qilsangiz yorug'lik, keyin uning elektr o'tkazuvchanligi oshib keta boshlaydi. Yarimo'tkazgichlarning bu xususiyatidan foydalanib, ular yaratilgan fotovoltaik qurilmalar. Yarimo'tkazgichlar yorug'lik energiyasini elektr tokiga aylantirishga qodir, masalan, quyosh panellari. Va yarimo'tkazgichlarga kiritilganda aralashmalar ba'zi moddalar, ularning elektr o'tkazuvchanligi keskin ortadi.

Yarimo'tkazgich atomlarining tuzilishi.

Germaniy va kremniy ko'plab yarimo'tkazgichli qurilmalarning asosiy materiallari bo'lib, to'rttaga ega valent elektron.

Atom Germaniya 32 elektron va atomdan iborat kremniy 14 dan. Lekin faqat 28 germaniy atomining elektronlari va 10 Qobiqlarining ichki qatlamlarida joylashgan kremniy atomining elektronlari yadrolar tomonidan mustahkam ushlab turiladi va hech qachon ulardan ajralib chiqmaydi. Shunchaki to'rtta Ushbu o'tkazgichlar atomlarining valent elektronlari erkin bo'lishi mumkin va hatto har doim ham emas. Va agar yarimo'tkazgich atomi kamida bitta elektronni yo'qotsa, u bo'ladi ijobiy ion.

Yarimo'tkazgichda atomlar qat'iy tartibda joylashtirilgan: har bir atom o'ralgan to'rtta bir xil atomlar. Bundan tashqari, ular bir-biriga shunchalik yaqin joylashganki, ularning valentlik elektronlari qo'shni atomlar atrofida o'tadigan yagona orbitalarni hosil qiladi va shu bilan atomlarni bir butun moddaga bog'laydi.

Yarimo'tkazgich kristalidagi atomlarning o'zaro munosabatini tekis diagramma shaklida tasavvur qilaylik.
Diagrammada ortiqcha belgisi bo'lgan qizil sharlar shartli ravishda ko'rsatilgan atom yadrolari(musbat ionlar) va ko'k sharlar valent elektronlar.

Bu erda har bir atom atrofida borligini ko'rishingiz mumkin to'rtta aynan bir xil atomlar va bu to'rttasining har biri boshqa to'rtta atom bilan bog'langan va hokazo. Har qanday atom qo'shni bilan bog'langan ikki valent elektronlar, bir elektron o'ziniki, ikkinchisi esa qo'shni atomdan olingan. Bunday bog'lanish ikki elektronli yoki deyiladi kovalent.

O'z navbatida, har bir atomning elektron qobig'ining tashqi qatlami mavjud sakkiz elektronlar: to'rtta o'zlarining, va yolg'iz, to'rtdan qarzga olingan qo'shni atomlar. Bu erda siz atomdagi valentlik elektronlarining qaysi biri "sizniki" va qaysi biri "begona" ekanligini farqlay olmaysiz, chunki ular odatiy holga aylangan. Germaniy yoki kremniy kristalining butun massasi bo'ylab atomlarning bunday bog'lanishi bilan biz yarimo'tkazgich kristalini bitta katta deb taxmin qilishimiz mumkin. molekulasi. Rasmda pushti va sariq doiralar orasidagi aloqani ko'rsatadi tashqi qatlamlar ikkita qo'shni atomning qobig'i.

Yarimo'tkazgichning elektr o'tkazuvchanligi.

Yarimo'tkazgich kristalining soddalashtirilgan chizmasini ko'rib chiqing, bu erda atomlar ortiqcha belgisi bo'lgan qizil shar bilan ifodalanadi va atomlararo aloqalar valentlik elektronlarini ifodalovchi ikkita chiziq bilan ko'rsatilgan.

Mutlaq nolga yaqin haroratlarda yarimo'tkazgich olib bormaydi joriy, chunki yo'q erkin elektronlar. Ammo harorat oshishi bilan valentlik elektronlarning atom yadrolari bilan bog'lanishi zaiflashadi elektronlarning bir qismi esa issiqlik harakati tufayli atomlarini tark etishi mumkin. Atomlararo bog'lanishdan chiqib ketgan elektron "bo'ladi" ozod", va u ilgari qaerda bo'lgan bo'lsa, u shakllanadi bo'sh joy, bu shartli ravishda deyiladi teshik.

Qanaqasiga yuqoriroq yarimo'tkazgichning harorati, Ko'proq u elektronlar va teshiklardan ozod bo'ladi. Natijada, "teshik" ning paydo bo'lishi valent elektronning atom qobig'idan chiqib ketishi bilan bog'liqligi va tuynukning o'zi bo'ladi. ijobiy elektr zaryadi teng salbiy elektron zaryad.

Endi sxematik tarzda ko'rsatilgan rasmga qaraylik yarimo'tkazgichda tok hosil qilish hodisasi.

Agar siz yarimo'tkazgichga, "+" va "-" kontaktlariga biroz kuchlanish qo'llasangiz, unda oqim paydo bo'ladi.
Sababli issiqlik hodisalari, yarimo'tkazgichda atomlararo bog'lanishlardan kristall boshlanadi O'zingni bo'shat ma'lum miqdordagi elektronlar (o'qlar bilan ko'k sharlar). Elektronlarni jalb qilish ijobiy kuchlanish manbasining qutbi bo'ladi harakat ortda qoldirib, unga qarab teshiklar, bu boshqalar tomonidan to'ldiriladi elektronlarni chiqaradi. Ya'ni, tashqi ta'sir ostida elektr maydoni zaryad tashuvchilar ma'lum bir yo'nalishli harakat tezligiga ega bo'ladilar va shu bilan yaratadilar elektr toki.

Masalan: kuchlanish manbasining musbat qutbiga eng yaqin bo'shatilgan elektron tortadi bu qutb. Atomlararo aloqani uzish va uni tark etish, elektron barglari o'zimdan keyin teshik. Ba'zi joylarda joylashgan boshqa chiqarilgan elektron olib tashlash musbat qutbdan ham tortadi qutb va harakat qiladi unga nisbatan, lekin uchrashgan uning yo'lida teshik bor, u ichiga tortilgan yadro atom, atomlararo aloqani tiklaydi.

Olingan yangi ikkinchi elektrondan keyingi teshik, to‘ldiradi uchinchi bo'shatilgan elektron bu teshik yonida joylashgan (1-rasm). O'z navbatida teshiklar, eng yaqin joylashgan salbiy qutb, boshqalar bilan to'ldirilgan elektronlarni chiqaradi(2-rasm). Shunday qilib, yarimo'tkazgichda elektr toki paydo bo'ladi.

U yarimo'tkazgichda faol bo'lsa elektr maydoni, bu jarayon davomiy: atomlararo aloqalar buziladi - erkin elektronlar paydo bo'ladi - teshiklar hosil bo'ladi. Teshiklar bo'shatilgan elektronlar bilan to'ldiriladi - atomlararo aloqalar tiklanadi, boshqa atomlararo bog'lanishlar esa uziladi, ulardan elektronlar chiqib, keyingi teshiklarni to'ldiradi (2-4-rasm).

Bundan xulosa qilamiz: elektronlar kuchlanish manbasining salbiy qutbidan musbatga, teshiklar esa musbat qutbdan salbiy tomonga o'tadi.

Elektron teshik o'tkazuvchanligi.

"Sof" yarimo'tkazgich kristalida raqam ozod qilingan V bu daqiqa soniga teng elektronlar paydo bo'layotgan bu holda, teshiklar, shuning uchun bunday yarimo'tkazgichning elektr o'tkazuvchanligi kichik, chunki u elektr tokini ta'minlaydi katta qarshilik va bu elektr o'tkazuvchanlik deyiladi Shaxsiy.

Lekin agar siz uni shaklda yarimo'tkazgichga qo'shsangiz aralashmalar boshqa elementlarning ma'lum miqdordagi atomlari, keyin uning elektr o'tkazuvchanligi sezilarli darajada oshadi va bog'liq tuzilmalar nopoklik elementlarning atomlari, yarimo'tkazgichning elektr o'tkazuvchanligi bo'ladi elektron yoki teshik.

Elektron o'tkazuvchanlik.

Aytaylik, atomlari to'rtta valentlik elektronga ega bo'lgan yarimo'tkazgich kristalida biz bitta atomni o'z ichiga olgan atom bilan almashtiramiz. besh valent elektronlar. Bu atom o'zi bilan to'rtta elektronlar yarimo'tkazgichning to'rtta qo'shni atomlari bilan bog'lanadi va beshinchi valent elektron qoladi " ortiqcha- ya'ni bepul. Va nima Ko'proq Ko'proq erkin elektronlar bo'ladi, ya'ni bunday yarimo'tkazgich o'z xususiyatlariga ko'ra metallga yaqinroq bo'ladi va u orqali elektr toki o'tishi uchun u atomlararo aloqalarni yo'q qilish shart emas.

Bunday xususiyatlarga ega bo'lgan yarimo'tkazgichlar "turi" o'tkazuvchanlikka ega yarimo'tkazgichlar deb ataladi. n", yoki yarim o'tkazgichlar n-turi. Bu erda lotincha n harfi "salbiy" - ya'ni "salbiy" so'zidan kelib chiqqan. Bundan kelib chiqadiki, yarimo'tkazgichda n-turi asosiy zaryad tashuvchilar - elektronlar, va asosiylari emas - teshiklar.

Teshik o'tkazuvchanligi.

Keling, xuddi shu kristallni olaylik, lekin endi uning atomini faqat bo'lgan atom bilan almashtiramiz uch erkin elektron. U uchta elektron bilan faqat aloqa qiladi uch qo'shni atomlar va u to'rtinchi atom bilan bog'lanish uchun etarli bo'lmaydi bitta elektron. Natijada, u shakllanadi teshik. Tabiiyki, u yaqin atrofda joylashgan boshqa har qanday erkin elektron bilan to'ldiriladi, ammo, har holda, kristallda bunday yarimo'tkazgich bo'lmaydi. tutmoq teshiklarni to'ldirish uchun elektronlar. Va nima Ko'proq kristallda shunday atomlar bo'ladi, shuning uchun Ko'proq teshiklar bo'ladi.

Shunday qilib, erkin elektronlar ajralib chiqishi va shunday yarimo'tkazgichda harakatlanishi uchun, Atomlar orasidagi valentlik aloqalari uzilishi kerak. Ammo elektronlar hali ham etarli bo'lmaydi, chunki teshiklar soni doimo bo'ladi Ko'proq har qanday vaqtda elektronlar soni.

Bunday yarimo'tkazgichlar bilan yarimo'tkazgichlar deyiladi teshik o'tkazuvchanlik yoki o'tkazgichlar p-tip, lotin tilidan tarjima qilingan "ijobiy" "ijobiy" degan ma'noni anglatadi. Shunday qilib, p-tipli yarim o'tkazgich kristalidagi elektr toki hodisasi uzluksiz paydo bo'lishi Va yo'qolishi musbat zaryadlar - teshiklar. Bu yarimo'tkazgichda degan ma'noni anglatadi p-turi asosiy zaryad tashuvchilardir teshiklar, va asosiylari emas - elektronlar.

Endi yarimo'tkazgichlarda sodir bo'ladigan hodisalar haqida bir oz tasavvurga ega bo'lganingizdan so'ng, yarimo'tkazgichli radio komponentlarning ishlash printsipini tushunish siz uchun qiyin bo'lmaydi.

Keling, bu erda to'xtab, qurilmani, diodaning ishlash printsipini ko'rib chiqamiz va uning oqim kuchlanish xarakteristikasini va kommutatsiya davrlarini tahlil qilamiz.
Omad!

Manba:

1 . Borisov V.G. - Yosh radio havaskor. 1985 yil
2 . Akademik.ru veb-sayti: http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/45172.

41-169-sonli dars Elektr toki yarimo'tkazgichlarda. Yarimo'tkazgichli diod. Yarimo'tkazgichli qurilmalar.

Yarimo'tkazgich - qarshilik keng diapazonda o'zgarishi mumkin bo'lgan va harorat oshishi bilan juda tez pasayib ketadigan moddadir, ya'ni elektr o'tkazuvchanligi ortadi. U kremniy, germaniy, selen va ayrim birikmalarda kuzatiladi.

Yarimo'tkazgichlarda o'tkazuvchanlik mexanizmi

Yarimo'tkazgich kristallari tashqi elektronlar qo'shni atomlar bilan kovalent aloqalar bilan bog'langan atom kristalli panjarasiga ega. Da past haroratlar Sof yarim o'tkazgichlarda erkin elektronlar yo'q va ular dielektrik kabi ishlaydi. Agar yarimo'tkazgich toza bo'lsa (ifloslarsiz), u holda u o'zining o'tkazuvchanligiga ega (kichik).

Ichki o'tkazuvchanlikning ikki turi mavjud:

1) elektron (o'tkazuvchanlik " P“-turi) Yarimo'tkazgichlarda past haroratlarda barcha elektronlar yadrolar bilan bog'langan va qarshilik yuqori; Harorat oshishi bilan kinetik energiya zarralar ko'payadi, aloqalar buziladi va erkin elektronlar paydo bo'ladi - qarshilik kamayadi.

Erkin elektronlar elektr maydon kuchi vektoriga qarama-qarshi harakat qiladi. Yarimo'tkazgichlarning elektron o'tkazuvchanligi erkin elektronlar mavjudligi bilan bog'liq.

2) teshik (p tipidagi o'tkazuvchanlik). Haroratning oshishi bilan valentlik elektronlari orasidagi kovalent bog'lanishlar buziladi va etishmayotgan elektronli bo'shliqlar - "teshik" hosil bo'ladi. U kristall bo'ylab harakatlanishi mumkin, chunki uning o'rnini valent elektronlar bilan almashtirish mumkin. "Teshik" ni ko'chirish musbat zaryadni ko'chirishga teng. Teshik elektr maydon kuchi vektori yo'nalishi bo'yicha harakat qiladi.

Yarimo'tkazgichlarda kovalent bog'lanishning uzilishi va ichki o'tkazuvchanlikning paydo bo'lishiga issiqlik, yorug'lik (foto o'tkazuvchanlik) va kuchli elektr maydonlarining ta'siri sabab bo'lishi mumkin.

Bog'liqlik R(t): termistor

— masofadan o'lchash t;

- yong'in signalizatsiyasi

Sof yarimo'tkazgichning umumiy o'tkazuvchanligi "p" va "n" turdagi o'tkazuvchanliklarning yig'indisidir va elektron teshik o'tkazuvchanligi deb ataladi.

Nopoklari bo'lgan yarim o'tkazgichlar

Ular ichki va nopoklik o'tkazuvchanligiga ega. Nopoklarning mavjudligi o'tkazuvchanlikni sezilarli darajada oshiradi. Nopoklarning kontsentratsiyasi o'zgarganda, elektr tokini tashuvchilar soni - elektronlar va teshiklar - o'zgaradi. Oqimni nazorat qilish qobiliyati asosiy hisoblanadi keng qo'llanilishi yarimo'tkazgichlar. Quyidagi iflosliklar mavjud:

1) donor aralashmalari (donorlik) - qo'shimcha hisoblanadi

yarimo'tkazgich kristallariga elektron etkazib beruvchilar elektronlardan osongina voz kechadilar va yarimo'tkazgichdagi erkin elektronlar sonini ko'paytiradilar. Bu "n" tipidagi o'tkazgichlar, ya'ni. donor aralashmalari bo'lgan yarimo'tkazgichlar, bu erda ko'pchilik zaryad tashuvchisi elektronlar va ozchilik zaryad tashuvchisi teshiklardir. Bunday yarimo'tkazgich elektron nopoklik o'tkazuvchanligiga ega (masalan, mishyak).

2) qabul qiluvchi aralashmalar (qabul qiluvchilar) elektronlarni o'zlariga olib, "teshiklar" hosil qiladi. Bu "p" tipidagi yarimo'tkazgichlar, ya'ni. asosiy zaryad tashuvchisi bo'lgan qabul qiluvchi aralashmalarga ega yarimo'tkazgichlar

teshiklar, ozchilik esa elektronlardir. Bunday yarimo'tkazgich mavjud

teshik nopoklik o'tkazuvchanligi (misol - indiy).

Elektr xususiyatlari "p-n » o'tishlar.

"pn" birikmasi (yoki elektron-teshik birikmasi) - bu ikkita yarim o'tkazgichning aloqa maydoni bo'lib, u erda o'tkazuvchanlik elektrondan teshikka (yoki aksincha) o'zgaradi.

Bunday hududlarni yarimo'tkazgich kristalida aralashmalarni kiritish orqali yaratish mumkin. Har xil o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan ikkita yarim o'tkazgichning aloqa zonasida elektronlar va teshiklarning o'zaro tarqalishi sodir bo'ladi va blokirovka qiluvchi to'siq hosil bo'ladi.

elektr qatlami. To'siq qatlamining elektr maydoni oldini oladi

chegara bo'ylab elektronlar va teshiklarning keyingi o'tishi. Bloklash qatlami yarimo'tkazgichning boshqa joylariga nisbatan qarshilikni oshirdi.

Tashqi elektr maydoni to'siq qatlamining qarshiligiga ta'sir qiladi. Tashqi elektr maydonining to'g'ridan-to'g'ri (o'tish) yo'nalishida oqim ikkita yarim o'tkazgichning chegarasidan o'tadi. Chunki elektronlar va teshiklar interfeys tomon bir-biriga, so'ngra elektronlarga qarab harakatlanadi

chegarani kesib o'tib, ular teshiklarni to'ldiradi. To'siq qatlamining qalinligi va uning qarshiligi doimiy ravishda pasayadi.

Bloklash bilan (tashqi elektr maydonining teskari yo'nalishi) oqim ikkita yarim o'tkazgichning aloqa joyidan o'tmaydi. Chunki elektronlar va teshiklar chegaradan qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanadi, so'ngra blokirovka qiluvchi qatlam

qalinlashadi, uning qarshiligi ortadi.

Shunday qilib, elektron-teshik o'tish bir tomonlama o'tkazuvchanlikka ega.

Yarimo'tkazgichli diod- bitta p-n o'tishga ega yarim o'tkazgich.

Yarimo'tkazgichli diodlar rektifikatorlarning asosiy elementlari hisoblanadi o'zgaruvchan tok.

Elektr maydoni qo'llanilganda: bir yo'nalishda yarimo'tkazgichning qarshiligi yuqori, teskari yo'nalishda qarshilik past bo'ladi.

Transistorlar.(dan Inglizcha so'zlar uzatish - uzatish, qarshilik - qarshilik)

Keling, donor va akseptor aralashmalari kiritilgan germaniy yoki kremniydan tayyorlangan tranzistorlar turlaridan birini ko'rib chiqaylik. Nopoklarning taqsimlanishi shundan iboratki, p-tipli yarimo'tkazgichning ikki qatlami o'rtasida n-tipli yarimo'tkazgichning juda nozik (bir necha mikrometrlar tartibida) qatlami hosil bo'ladi (rasmga qarang).

Bu yupqa qatlam deyiladi asos yoki asos. Kristalda ikkitasi hosil bo'ladi R-n to'g'ridan-to'g'ri yo'nalishlari qarama-qarshi bo'lgan tutashuvlar. bilan hududlardan uchta chiqish har xil turlari o'tkazuvchanlik rasmda ko'rsatilgan sxemaga tranzistorni kiritish imkonini beradi. Ushbu kalit yoqilgan bo'lsa, chapga R-n - o'tish bevosita va p-tipli o'tkazuvchanlik bilan bazani mintaqadan ajratib turadi, deyiladi emitent. Agar huquq bo'lmasa R-n o'tish, emitent - tayanch pallasida manbalar (batareyalar) kuchlanishiga qarab oqim bo'ladi. B1 va AC kuchlanish manbai) va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qarshiligi, shu jumladan to'g'ridan-to'g'ri emitent-tayanch birikmasining past qarshiligi.

Batareya B2 o'ng tomonga o'girildi R Devrendagi -n birikmasi (rasmga qarang). teskari P-tipli o'tkazuvchanlik bilan bazani to'g'ri mintaqadan ajratib turadi, deyiladi kollektor. Agar qolmagan bo'lsa R-n o'tishda, kollektor pallasida oqim nolga yaqin bo'ladi, chunki

Teskari birikma qarshiligi juda yuqori. Agar chap tomonda oqim mavjud bo'lsa R-n o'tishda kollektor pallasida oqim paydo bo'ladi va kollektordagi oqim emitentdagi oqimdan bir oz kamroq bo'ladi (agar emitentga salbiy kuchlanish qo'llanilsa, u holda chap R-n-o'tish teskari bo'ladi va emitent pallasida va kollektor pallasida amalda oqim bo'lmaydi). Emitent va tayanch o'rtasida kuchlanish hosil bo'lganda, p-tipli yarimo'tkazgichning ko'pchilik tashuvchilari - teshiklar - ular allaqachon ozchilik tashuvchilari bo'lgan bazaga kirib boradi. Poydevorning qalinligi juda kichik va undagi ko'pchilik tashuvchilar (elektronlar) soni kichik bo'lganligi sababli, unga kiradigan teshiklar bazaning elektronlari bilan deyarli birlashmaydi (qayta birlashmaydi) va kollektorga kirmaydi. diffuziyaga. To'g'ri R-n o'tish joyi bazaning asosiy zaryad tashuvchilari - elektronlar uchun yopiq, lekin teshiklarga emas. Kollektorda teshiklar elektr maydon tomonidan olib tashlanadi va kontaktlarning zanglashiga olib keladi. Poydevordan emitent pallasiga shoxlangan oqimning kuchi juda kichik, chunki gorizontal (yuqoridagi rasmga qarang) tekislikdagi taglikning kesishish maydoni vertikal tekislikdagi kesimdan ancha kichikdir.

Emitentdagi oqimga deyarli teng bo'lgan kollektordagi oqim emitentdagi oqim bilan birga o'zgaradi. Rezistor R kollektor oqimiga kam ta'sir qiladi va bu qarshilik juda katta bo'lishi mumkin. Emitent oqimini uning pallasiga ulangan o'zgaruvchan kuchlanish manbai yordamida boshqarish orqali biz R rezistoridagi kuchlanishning sinxron o'zgarishini olamiz. .

Katta qarshilik qarshiligi bilan, kuchlanishning o'zgarishi emitent pallasida signal kuchlanishining o'zgarishidan o'n minglab marta ko'p bo'lishi mumkin. Bu kuchlanish kuchayganligini anglatadi. Shuning uchun R yukida Quvvati emitent pallasiga kiradigan quvvatdan ko'p marta ko'p bo'lgan elektr signallarini olish mumkin.

Transistorlarni qo'llash Xususiyatlari R Yarimo'tkazgichlarda -n o'tish joylari elektr tebranishlarini kuchaytirish va hosil qilish uchun ishlatiladi.

Yarimo'tkazgichlar egallaydi oraliq pozitsiya Supero'tkazuvchilar va dielektriklar orasidagi elektr o'tkazuvchanligi (yoki qarshilik) bilan. Biroq, barcha moddalarning elektr o'tkazuvchanlik xususiyatiga ko'ra bunday bo'linishi shartli, chunki bir qator sabablar (ifloslar, nurlanish, isitish) ta'sirida ko'plab moddalarning elektr o'tkazuvchanligi va qarshiligi sezilarli darajada o'zgaradi, ayniqsa yarim o'tkazgichlarda.

Shu munosabat bilan yarimo'tkazgichlar metallardan bir qator xususiyatlar bilan ajralib turadi:

1. Oddiy sharoitda yarim o'tkazgichlarning qarshiligi metallarnikidan ancha katta;

2. Sof yarim o'tkazgichlarning qarshiligi harorat oshishi bilan kamayadi (metalllar uchun u ortadi);

3. yarimo'tkazgichlar yoritilganda ularning qarshiligi sezilarli darajada kamayadi (yorug'lik metallarning qarshiligiga deyarli ta'sir qilmaydi):

4. Kichik miqdordagi aralashmalar yarim o'tkazgichlarning qarshiligiga kuchli ta'sir qiladi.

Yarimo'tkazgichlarga 12 ta kiradi kimyoviy elementlar davriy jadvalning o'rta qismida (1-rasm) - B, C, Si, P, S, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, I, uchinchi guruh elementlarining beshinchi elementlar bilan birikmalari guruhi, ko'plab metall oksidlari va sulfidlari, bir qator boshqa kimyoviy birikmalar, ba'zi organik moddalar. Germanium Ge va silikon Si fan va texnologiyada eng ko'p qo'llaniladi.

Yarimo'tkazgichlar toza yoki aralashmalar bilan bo'lishi mumkin. Shunga ko'ra, yarim o'tkazgichlarning ichki va nopoklik o'tkazuvchanligi o'rtasida farqlanadi. Nopokliklar, o'z navbatida, donor va qabul qiluvchiga bo'linadi.

Ichki elektr o'tkazuvchanligi

Yarimo'tkazgichlarda elektr o'tkazuvchanlik mexanizmini tushunish uchun yarim o'tkazgich kristallarining tuzilishini va kristal atomlarini bir-biriga yaqin tutadigan bog'lanishlarning tabiatini ko'rib chiqaylik. Germaniy va boshqa yarim o'tkazgichlarning kristallari atom kristall panjarasiga ega (2-rasm).

Germaniy tuzilishining planar diagrammasi 3-rasmda ko'rsatilgan.

Germaniy - tetravalent element bo'lib, atomning tashqi qobig'ida qolganlariga qaraganda yadro bilan zaifroq bog'langan to'rtta elektron mavjud. Har bir germaniy atomining eng yaqin qo'shnilari soni ham 4 ta. Har bir germaniy atomining to'rtta valentlik elektronlari qo'shni atomlarning bir xil elektronlari bilan kimyoviy juft elektronlar bilan bog'langan ( kovalent) ulanishlar. Ushbu bog'lanishning hosil bo'lishida har bir atomdan bitta valentlik elektron ishtirok etadi, ular atomlardan ajralib chiqadi (kristal tomonidan yig'iladi) va harakat paytida ko'p vaqtni qo'shni atomlar orasidagi bo'shliqda o'tkazadi. Ularning manfiy zaryadi musbat germaniy ionlarini bir-biriga yaqin tutadi. Bunday aloqani shartli ravishda yadrolarni bog'laydigan ikkita chiziq bilan tasvirlash mumkin (3-rasmga qarang).

Ammo sayohatchi elektronlar juftligi faqat ikkita atomga tegishli emas. Har bir atom oʻz qoʻshnilari bilan toʻrtta bogʻ hosil qiladi va berilgan valentlik elektron ularning istalgani boʻylab harakatlanishi mumkin (4-rasm). Qo'shni atomga etib borgach, u keyingisiga, keyin esa butun kristall bo'ylab o'tishi mumkin. Kollektivlashtirilgan valent elektronlar butun kristallga tegishli.

Germaniyning kovalent aloqalari ancha kuchli va past haroratlarda buzilmaydi. Shuning uchun germaniy past haroratlarda elektr tokini o'tkazmaydi. Atomlarning bogʻlanishida ishtirok etuvchi valentlik elektronlar kristall panjaraga mahkam bogʻlangan boʻlib, tashqi elektr maydoni ularning harakatiga sezilarli taʼsir koʻrsatmaydi. Silikon kristalli ham xuddi shunday tuzilishga ega.

Kimyoviy toza yarimo'tkazgichning elektr o'tkazuvchanligi kristallardagi kovalent bog'lanishlar buzilganda va erkin elektronlar paydo bo'lganda mumkin.

Kovalent bog'lanishni uzish va elektronni ozod qilish uchun sarflanishi kerak bo'lgan qo'shimcha energiya deyiladi faollashtirish energiyasi.

Elektronlar bu energiyani kristallni qizdirish, yuqori chastotali nurlanish orqali olishlari mumkin. elektromagnit to'lqinlar va hokazo.

Elektron kerakli energiyani qo'lga kiritib, mahalliylashtirilgan aloqani tark etishi bilan, unda bo'sh joy hosil bo'ladi. Ushbu bo'sh joy qo'shni bog'lanishdan elektron tomonidan osongina to'ldirilishi mumkin, bu esa bo'sh joyni yaratadi. Shunday qilib, bog'lovchi elektronlarning harakati tufayli bo'sh joylar kristall bo'ylab harakatlanadi. Bu bo'sh joy xuddi erkin elektron kabi harakat qiladi - u yarim o'tkazgichning butun hajmi bo'ylab erkin harakatlanadi. Bundan tashqari, butun yarimo'tkazgich ham, uning uzilmagan kovalent bog'lanishga ega bo'lgan har bir atomi ham elektr neytral ekanligini hisobga olsak, elektronning bog'dan chiqib ketishi va bo'sh joyning paydo bo'lishi aslida uning paydo bo'lishiga ekvivalent ekanligini aytishimiz mumkin. bu obligatsiyada ortiqcha musbat zaryad. Shuning uchun, natijada paydo bo'lgan vakansiyani rasmiy ravishda ijobiy zaryadning tashuvchisi deb hisoblash mumkin, bu esa deyiladi teshik(5-rasm).

Shunday qilib, elektronning mahalliylashtirilgan bog'lanishdan chiqib ketishi bir juft erkin zaryad tashuvchilarni - elektron va teshikni hosil qiladi. Ularning sof yarimo'tkazgichdagi konsentratsiyasi bir xil. Xona haroratida toza yarimo'tkazgichlarda erkin tashuvchilarning konsentratsiyasi past bo'ladi, atomlar konsentratsiyasidan taxminan 10 9 ÷ 10 10 marta kamroq, lekin harorat oshishi bilan u tez ortadi.

• Metalllar bilan solishtiring: u erda erkin elektronlarning kontsentratsiyasi atomlarning kontsentratsiyasiga teng.

Tashqi elektr maydoni bo'lmaganda, bu erkin elektronlar va teshiklar yarim o'tkazgich kristalida xaotik tarzda harakat qiladi.

Tashqi elektr maydonida elektronlar elektr maydon kuchining yo'nalishiga teskari yo'nalishda harakat qiladi. Ijobiy tuynuklar elektr maydon kuchiga qarab harakatlanadi (6-rasm). Tashqi maydonda elektronlar va teshiklarni harakatlantirish jarayoni yarimo'tkazgichning butun hajmida sodir bo'ladi.

Yarimo'tkazgichning umumiy elektr o'tkazuvchanligi teshik va elektron o'tkazuvchanliklaridan iborat. Bundan tashqari, sof yarimo'tkazgichlarda o'tkazuvchanlik elektronlari soni har doim teshiklar soniga teng. Shuning uchun ular sof yarimo'tkazgichlar borligini aytishadi elektron teshik o'tkazuvchanligi, yoki o'z o'tkazuvchanligi.

Haroratning oshishi bilan kovalent bog'lanishlarning uzilishlari soni ortadi va sof yarim o'tkazgichlar kristallaridagi erkin elektronlar va teshiklar soni ortadi va shuning uchun elektr o'tkazuvchanligi ortadi va sof yarim o'tkazgichlarning qarshiligi kamayadi. Sof yarimo'tkazgichning haroratga nisbatan qarshiligining grafigi rasmda ko'rsatilgan. 7.

Isitishdan tashqari, kovalent bog'lanishlarning uzilishi va natijada yarim o'tkazgichlarning ichki o'tkazuvchanligining paydo bo'lishi va qarshilikning pasayishi yorug'lik (yarim o'tkazgichning fotoo'tkazuvchanligi), shuningdek kuchli elektr maydonlarining ta'siri natijasida yuzaga kelishi mumkin. .

Yarimo'tkazgichlarning nopoklik o'tkazuvchanligi

Yarimo'tkazgichlarning o'tkazuvchanligi o'z o'tkazuvchanligi bilan bir qatorda qo'shimcha nopoklik o'tkazuvchanligi paydo bo'lganda, aralashmalar kiritilishi bilan ortadi.

Nopoklik o'tkazuvchanligi yarimo'tkazgichlarda aralashmalar mavjudligi sababli o'tkazuvchanlik deb ataladi.

Nopoklik markazlari quyidagilar bo'lishi mumkin:

1. yarimo'tkazgichli panjara ichiga o'rnatilgan kimyoviy elementlarning atomlari yoki ionlari;

2. panjara oraliqlariga ko‘milgan ortiqcha atomlar yoki ionlar;

3. kristall panjaradagi boshqa turli nuqsonlar va buzilishlar: bo'sh tugunlar, yoriqlar, kristallarning deformatsiyasi paytida yuzaga keladigan siljishlar va boshqalar.

Nopokliklar kontsentratsiyasini o'zgartirib, siz u yoki bu belgining zaryad tashuvchilari sonini sezilarli darajada oshirishingiz va salbiy yoki musbat zaryadlangan tashuvchilarning ustun konsentratsiyasi bo'lgan yarimo'tkazgichlarni yaratishingiz mumkin.

Nopoklarni donor (beruvchi) va qabul qiluvchi (qabul qiluvchi) aralashmalarga bo'lish mumkin.

Donor nopokligi

• Lotin tilidan "donare" - berish, qurbon qilish.

Kristalga, masalan, kremniyga kiritilgan mishyak Asning besh valentli donor nopokligi bilan yarimo'tkazgichning elektr o'tkazuvchanligi mexanizmini ko'rib chiqaylik. Besh valentli mishyak atomi kovalent bog'lanish hosil qilish uchun to'rtta valentlik elektronini beradi va beshinchi elektron bu bog'larda band bo'lmaydi (8-rasm).

Kremniydagi mishyakning beshinchi valentlik elektronining abstraktsiya energiyasi (ionlanish energiyasi) 0,05 eV = 0,08⋅10 -19 J ni tashkil qiladi, bu kremniy atomidan elektronni ajratib olish energiyasidan 20 marta kam. Shuning uchun xona haroratida deyarli barcha mishyak atomlari elektronlaridan birini yo'qotib, ijobiy ionlarga aylanadi. Musbat mishyak ionlari qo'shni atomlardan elektronlarni ushlay olmaydi, chunki barcha to'rtta aloqa allaqachon elektronlar bilan jihozlangan. Bunday holda, elektron bo'shliqning harakati yo'q - "teshik" va teshik o'tkazuvchanligi juda kichik, ya'ni. amalda yo'q.

Donor aralashmalari- bular elektronlardan osongina voz kechadigan va shuning uchun erkin elektronlar sonini ko'paytiradigan aralashmalar. Elektr maydoni mavjud bo'lganda, erkin elektronlar yarim o'tkazgich kristalida tartibli harakatga keladi va unda elektron nopoklik o'tkazuvchanligi paydo bo'ladi. Natijada, asosan elektron o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan yarim o'tkazgich n-tipli yarim o'tkazgich deb ataladi. (Lotin negativusdan - salbiy).

N-tipli yarimo'tkazgichlarda elektronlar soni teshiklar sonidan sezilarli darajada ko'p bo'lganligi sababli, elektronlar ko'pchilik zaryad tashuvchilardir va teshiklar ozchilik tashuvchilardir.

Qabul qiluvchi nopoklik

• Lotin tilidan "qabul qiluvchi" - qabul qiluvchi.

Akseptor nopokligida, masalan, trivalent indiy In, nopoklik atomi faqat uchta qo'shni kremniy atomlari bilan kovalent bog'lanishni amalga oshirish uchun o'zining uchta elektronini berishi mumkin va bitta elektron "etishmaydi" (9-rasm). Qo'shni kremniy atomlarining elektronlaridan biri bu bog'ni to'ldirishi mumkin, keyin In atomi statsionar manfiy ionga aylanadi va kremniy atomlaridan birini qoldirgan elektron o'rnida teshik paydo bo'ladi. Elektronlarni ushlab turadigan va shu bilan mobil teshiklarni yaratadigan qabul qiluvchi aralashmalar o'tkazuvchan elektronlar sonini ko'paytirmaydi. Akseptor nopokligi bo'lgan yarimo'tkazgichdagi ko'pchilik zaryad tashuvchilar teshiklar, ozchilik zaryad tashuvchilar esa elektronlardir.

Qabul qiluvchi aralashmalar- bu teshik o'tkazuvchanligini ta'minlaydigan aralashmalar.

Teshiklarning konsentratsiyasi o'tkazuvchanlik elektronlarining kontsentratsiyasidan oshib ketadigan yarimo'tkazgichlar p tipidagi yarimo'tkazgichlar deb ataladi (Lotin pozitivusdan - musbat.).

Shuni ta'kidlash kerakki, yarim o'tkazgichlarga aralashmalarning kiritilishi, har qanday metallarda bo'lgani kabi, kristall panjaraning tuzilishini buzadi va elektronlarning harakatiga to'sqinlik qiladi. Biroq, zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasini oshirish qarshilikni sezilarli darajada kamaytirishi sababli qarshilik kuchaymaydi. Shunday qilib, yuz ming kremniy atomiga 1 atom miqdorida bor aralashmaning kiritilishi kremniyning elektr qarshiligini taxminan ming marta kamaytiradi va 10 8 - 10 9 germaniy atomiga bitta indiy atomining aralashmasi elektr qarshiligini pasaytiradi. germaniy millionlab marta.

Agar yarimo'tkazgichga donor va qabul qiluvchi aralashmalar bir vaqtning o'zida kiritilsa, yarimo'tkazgichning o'tkazuvchanligining tabiati (n- yoki p-tipi) zaryad tashuvchilarning yuqori konsentratsiyasi bo'lgan nopoklik bilan belgilanadi.

Elektron teshikka o'tish

Yarimo'tkazgich kristalida elektron-teshik birikmasi (qisqartirilgan p-n birikmasi) bir vaqtning o'zida ushbu hududlar orasidagi chegarada n-tipli (donor aralashmalari mavjud) va p-tipli (akseptor aralashmalari bilan) o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan hududlarga ega bo'ladi.

Aytaylik, bizda kristall bor bo'lib, unda chap tomonda teshik (p-tip) o'tkazuvchanligi va o'ngda elektron (n-tip) o'tkazuvchanligi bo'lgan yarim o'tkazgich mintaqasi mavjud (10-rasm). Rahmat termal harakat Kontakt hosil bo'lganda, n-tipli yarim o'tkazgichdan elektronlar p-tipli mintaqaga tarqaladi. Bunday holda, n-tipli mintaqada kompensatsiyalanmagan ijobiy donor ioni qoladi. Teshik o'tkazuvchanligi bilan mintaqaga o'tib, elektron juda tez teshik bilan qayta birlashadi va p-tipli mintaqada kompensatsiyalanmagan akseptor ioni hosil bo'ladi.

Elektronlarga o'xshab, p tipidagi hududdagi teshiklar elektron hududga tarqalib, teshik hududida kompensatsiyalanmagan manfiy zaryadlangan akseptor ionini qoldiradi. Elektron hududga o'tib, teshik elektron bilan qayta birlashadi. Natijada elektron mintaqada kompensatsiyalanmagan ijobiy donor ioni hosil bo'ladi.

Diffuziya natijasida bu hududlar orasidagi chegarada qarama-qarshi zaryadlangan ionlarning qo'sh elektr qatlami hosil bo'ladi, qalinligi. l mikrometrning fraktsiyalaridan oshmaydi.

ning kuchiga ega bo'lgan elektr maydoni E i. Elektron-teshik birikmasining elektr maydoni (pn birikmasi) elektronlar va teshiklarning ikkita yarim o'tkazgich orasidagi interfeys bo'ylab harakatlanishiga to'sqinlik qiladi. Bloklash qatlami yarimo'tkazgichlarning boshqa hajmlari bilan solishtirganda qarshilikni oshirdi.

Intensivlik bilan tashqi elektr maydoni E blokirovka qiluvchi elektr maydonining qarshiligiga ta'sir qiladi. Agar n-yarimo'tkazgich manbaning manfiy qutbiga, manbaning plyus qismi esa p-yarimo'tkazgichga ulangan bo'lsa, u holda elektr maydoni ta'sirida n-yarimo'tkazgichdagi elektronlar va p-dagi teshiklar. yarimo'tkazgichlar bir-biriga qarab yarimo'tkazgichlar interfeysi tomon harakatlanadi (11-rasm). Chegarani kesib o'tgan elektronlar teshiklarni "to'ldiradi". Tashqi elektr maydonining bunday oldinga yo'nalishi bilan blokirovka qatlamining qalinligi va uning qarshiligi doimiy ravishda kamayadi. Ushbu yo'nalishda elektr toki pn birikmasidan o'tadi.

Pn birikmasining ko'rib chiqilgan yo'nalishi deyiladi bevosita. Oqimning kuchlanishga bog'liqligi, ya'ni. volt-amper xarakteristikalari to'g'ridan-to'g'ri o'tish, rasmda ko'rsatilgan. 12 qattiq chiziq bilan.

Agar n-yarimo'tkazgich manbaning musbat qutbiga, p-yarimo'tkazgich esa manfiyga ulangan bo'lsa, u holda n-yarimo'tkazgichdagi elektronlar va p-yarimo'tkazgichdagi teshiklar elektr maydoni ta'sirida interfeysdan harakatlanadi. qarama-qarshi yo'nalishlarda (13-rasm). Bu to'siq qatlamining qalinlashishiga va uning qarshiligining oshishiga olib keladi. Bloklash qatlamini kengaytiruvchi tashqi elektr maydonining yo'nalishi deyiladi qulflash (teskari). Tashqi maydonning bu yo'nalishi bilan asosiy zaryad tashuvchilarning elektr toki ikkita p-va p-yarimo'tkazgichlarning kontaktidan o'tmaydi.

Pn-birikmasi orqali oqim endi p-tipli yarimo'tkazgichda mavjud bo'lgan elektronlar va n-tipli yarimo'tkazgichning teshiklari tufayli yuzaga keladi. Ammo ozchilikning zaryad tashuvchilari juda kam, shuning uchun ulanishning o'tkazuvchanligi ahamiyatsiz bo'lib chiqadi va uning qarshiligi katta. Pn birikmasining ko'rib chiqilgan yo'nalishi deyiladi teskari, uning joriy kuchlanish xarakteristikasi shaklda ko'rsatilgan. 12-chiziq chiziq.

E'tibor bering, to'g'ridan-to'g'ri va teskari o'tishlar uchun joriy o'lchov shkalasi ming marta farq qiladi.

E'tibor bering, teskari yo'nalishda qo'llaniladigan ma'lum bir kuchlanishda, sindirish p-n birikmasining (ya'ni yo'q qilinishi).

Yarimo'tkazgichli qurilmalar

Termistorlar

Yarimo'tkazgichlarning elektr qarshiligi haroratga juda bog'liq. Bu xususiyat yarimo'tkazgichli kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim kuchi bo'yicha haroratni o'lchash uchun ishlatiladi. Bunday qurilmalar deyiladi termistorlar yoki termistorlar. Yarimo'tkazgich moddasi metallga joylashtirilgan himoya sumkasi, unda termistorni elektr pallasiga ulash uchun izolyatsiyalangan terminallar mavjud.

Isitish yoki sovutish paytida termistorlarning qarshiligini o'zgartirish ularni haroratni doimiy ravishda ushlab turish uchun haroratni o'lchash asboblarida ishlatishga imkon beradi. avtomatik qurilmalar- ta'minlash uchun yopiq termostat kameralarida yong'in signalizatsiyasi va hokazo. Ikkalasini ham juda yuqori o'lchash uchun termistorlar mavjud ( T≈ 1300 K) va juda past ( T≈ 4 - 80 K) haroratlarda.

Termistorning sxematik ko'rinishi (a-rasm) va fotosurati (b-rasm) 14-rasmda ko'rsatilgan.

Fotorezistorlar

Yarimo'tkazgichlarning elektr o'tkazuvchanligi nafaqat qizdirilganda, balki yoritilganda ham ortadi. Yarimo'tkazgichga tushadigan yorug'lik energiyasi tufayli bog'larning uzilishi va erkin elektronlar va teshiklarning paydo bo'lishi tufayli elektr o'tkazuvchanligi ortadi.

Yarimo'tkazgichlarning elektr o'tkazuvchanligining yorug'likka bog'liqligini hisobga oladigan qurilmalar deyiladi. fotorezistorlar.

Fotorezistorlar ishlab chiqarish uchun materiallar CdS, CdSe, PbS va boshqalar kabi birikmalardir.

Fotorezistorlarning miniatyura o'lchami va yuqori sezuvchanligi ularni zaif yorug'lik oqimlarini qayd etish va o'lchash uchun ishlatishga imkon beradi. Fotorezistorlar sirt sifatini aniqlash, mahsulotlarning o'lchamlarini nazorat qilish va boshqalar uchun ishlatiladi.

Fotorezistorning sxematik diagrammasi (a-rasm) va fotosurati (b-rasm) 15-rasmda ko'rsatilgan.

Yarimo'tkazgichli diod

Pn birikmasining oqimni bir yo'nalishda o'tkazish qobiliyati chaqirilgan yarimo'tkazgichli qurilmalarda qo'llaniladi diodlar.

Yarimo'tkazgichli diodlar germaniy, kremniy, selen va boshqa moddalardan tayyorlanadi.

Oldini olish uchun zararli ta'sirlar havo va yorug'lik, germaniy kristalli germetik muhrlangan joyga joylashtiriladi metall korpus. Yarimo'tkazgichli diodlar AC rektifikatorlarining asosiy elementlari (aniqrog'i, ular o'zgaruvchan tokni pulsatsiyalanuvchi to'g'ridan-to'g'ri oqimga aylantirish uchun xizmat qiladi).

Yarimo'tkazgichli diyotning sxematik diagrammasi (a-rasm) va fotosurati (b-rasm) 16-rasmda ko'rsatilgan.

LEDlar

Yorug'lik chiqaradigan diod yoki yorug'lik chiqaradigan diod- elektr toki o'tganda optik nurlanish hosil qiluvchi p-n o'tish joyi bo'lgan yarim o'tkazgichli qurilma.

Chiqarilgan yorug'lik spektrning tor diapazonida joylashgan bo'lib, uning spektral xarakteristikalari, shu jumladan, kimyoviy tarkibi unda ishlatiladigan yarimo'tkazgichlar.

Adabiyot

1. Aksenovich L.A. Fizika o'rta maktab: Nazariya. Vazifalar. Testlar: Darslik. umumiy ta'lim muassasalari uchun nafaqa. atrof-muhit, ta'lim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - B. 300-308.
2. Burov L.I., Strelchenya V.M. Fizika A dan Z gacha: talabalar, abituriyentlar, repetitorlar uchun. - Mn.: Paradoks, 2000. - B. 219-228.
3. Myakishev G. Ya. Fizika: Elektrodinamika. 10 – 11 sinflar: fizikani chuqurlashtirish uchun darslik / G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Slobodskov. - M.: Bustard, 2005. - B. 309-320.
4. Yavorskiy B. M., Seleznev Yu. Universitetlarga kirish va o'z-o'zini o'qitish uchun fizika bo'yicha qo'llanma. - M.: Nauka, 1984. - B. 165-169.