|
Ma’ruza. Yarimo’tkazgich asboblar ishlashining fizikaviy asoslari. Yarimo‘tkazgichlarda kontakt xodisalari. Reja
|
| bet | 4/10 | | Sana | 12.01.2024 | | Hajmi | 343.72 Kb. | | #135345 |
Bog'liq 11-mavzu Faza va nol farqi, zazemleniya, anatatsiya, Yo\'l-yo\'l, Usnatdinov Islam Magliwmatlar strukturasi oz betinshe, Usnatdinov Islam Magliwmatlar strukturasi oz betinshe, Reja Mehnat unumdorligi va uning ahamiyati, Saliev mag.str word, essay, Qiziqarli fizika. PhysicsUzb , Atom yadro fizikasidan laboratoriya ishlari qo\'lanmasi, Nazirov Jamshid, Xf6v40aysSs CaTyRQfdkRubDxQNpheG (1), 26003769, 2-mavzu Sahna.Kiritmali elektr o‘tkazuvchanlik. Elektron asboblarning juda ko‘pchiligi kiritmali yarimo‘tkazgichlar asosida hosil qilinadi. Elektr o‘tkazuvchanligi asosan kiritmalar atomlarining ionlashuvi natijasida hosil bo‘ladigan zaryad tashuvchilar bilan bog‘liq yarim o‘tkazgichlar kiritmali yarimo‘tkazgichlar deb ataladi.
Kremniyga D.I. Mendeleyev davriy jadvalining V guruh elementi atomlari (masalan, As, 1-jadval) kiritilsa, uning beshta valent elektronidan to‘rttasi qo‘shni kremniy atomlarining valent elektronlari bilan bog‘lanadi va sakkiz elektrondan iborat mustahkam qobiq hosil qiladi. Bunda beshinchi elektron o‘z atomi bilan kuchsiz bog‘langan bo‘lib qoladi. Shuning uchun u, kuchsiz issiqlik energiyasi ta’sirida, o‘z atomidan uziladi va erkin elektronga aylanadi (5 a-rasm). Elektronini yo‘qotgan kiritma atomi qo‘zg‘almas (As+) musbat ionga aylanadi. Bu holda, As atomlari kremniyning kristall panjarasida donor kiritma sifatida qatnashadi. Energetik diagrammada ushbu jarayon elektronni donorlar sathi Wd dan o‘tkazuvchanlik zonaga o‘tishiga mos keladi (5 b-rasm). Donor kiritmali yarimo‘tkazgichlarda kovaklar, ilga-ridagidek, kremniy atomlari elektronlarining xususiy yarimo‘t-kazgichlardagidek o‘tkazuvchanlik zonaga termogeneratsiya hisobiga o‘tishi natijasida hosil bo‘ladi.
Yarimo‘tkazgichga donor kiritmalar kiritish erkin elektronlar konsentratsiyasini oshiradi, kovaklar konsentratsiyasi esa xususiy yarimo‘tkazgichdagi konsentratsiyaga nisbatan kamayadi, chunki EZTlar konsentratsiyasi ko‘paytmasi ( n p) o‘zgarmas temperaturada doimiy qiymatga ega va faqat yarimo‘tkazgich taqiqlangan zonasi kengligi bilan aniqlanadi. Xona temperaturasi (300 K) da kremniy uchun np ≈ 0,64∙1020 sm-3, germaniyda esa np ≈ 4∙1026 sm-3 qiymatga egaligini yodda tutish foydali. Shunday qilib, agar misol uchun, kremniy kristalliga konsentratsiyasi 1016 sm-3 bo‘lgan donor kiritma kiritilsa, T=300Kda o‘tkzuvchanlik elektronlari konsentratsiyasi n=1016 sm-3 ni, kovaklar konsentratsiyasi esa p=104 sm-3 ni tashkil etadi. Natijada, bunday kiritmali yarimo‘tkazgichda elektr o‘tkazuvchanlik asosan, elektronlar yordamida amalga oshiriladi (1 b-rasm), yarimo‘tkazgichning o‘zi esa elektron o‘tkazuvchanlikka ega yoki n-turdagi yarimo‘tkazgich deb ataladi. n – turli yarimo‘tkazgichlarda elektronlar asosiy zaryad tashuvchilar nn deb, kovaklar esa, noasosiy zaryad tashuvchilar pn deb ataladi.
Agar kremniy kristall panjarasiga D.I. Mendeleyev elementlar davriy jadvalining III guruh elementlari (masalan, V, 1-jadval) atomlari kiritilsa, kiritmalarning uchta valent elektroni qo‘shni kremniy atomlarining uchta elektroni bilan to‘liq bog‘ hosil qiladi. To‘rtinchi bog‘ esa to‘lmay qoladi. Qo‘shni kremniy atomlarining valent elektronlaridan biri kuchsiz issiqlik energiyasi ta’sirida kiritma atomidagi egallanmagan bog‘ni to‘ldirishi mumkin. Bunda kiritma atomi manfiy zaryadlanadi va qo‘zg‘almas manfiy (V-) ionni hosil qiladi. Kremniy atomining to‘ldirilmagan bog‘i kovakni tashkil etadi (5 v-rasm).
Energetik diagrammada ushbu jarayon valent zonadagi elektronni Wa akseptor sathga o‘tishiga va valent zonada kovak hosil bo‘lishiga mos keladi (5 g-rasm). Bunda erkin elektron hosil bo‘lmaydi. Kiritmalarning bunday turi – akseptor kiritma deb, akseptor kiritmali yarimo‘tkazgich esa, kovakli o‘tkazuvchanlikka ega yoki r – turdagi yarimo‘tkazgich deb ataladi.
a) v)
b) g)
5-rasm. Elektron (a,b) va kovakli (v,g) o‘tkazuvchanlikka ega kremniyda EZTlarning hosil bo‘lishi.
Bunday yarimo‘tkazgichlarda elektronlar, xususiy yarimo‘tkazgich-lardagidek, termogeneratsiya hisobiga hosil bo‘ladi. Akseptor kiritmali yarimo‘tkazgichlarda erkin elektronlarga nisbatan kovaklar konsentratsiyasi katta bo‘ladi, shu sababdan bunday yarimo‘tkazgichlar kovakli elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘ladilar. r – turdagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega pp yarimo‘tkazgichlar uchun kovaklar asosiy zaryad tashuvchi, elektronlar esa, noasosiy zaryad tashuvchi np hisoblanadi.
Absolyut noldan farqli temperaturalarda yarimo‘tkazgichda elektron – kovak juftliklarining generatsiya va rekombinatsiyasi hamda kiritmalar atomlarining ionlashuvi va neytrallashuvi sodir bo‘ladi. Bunda elektronlar W energiyali u yoki bu energetik sathlarni egallaydilar. Muvozanat holatda (T=const) o‘tkazuvchanlik elektronlari va kovaklarining o‘zgarmas konsentratsiyalari yuzaga keladi.
Kvant statistikasiga muvofiq elektron W energiyali sathni to‘ldirish ehtimolligi Fermi-Dirak taqsimot qonuniga ko‘ra aniqlanadi:
. (5)
Ushbu qonunda k – Bolsman doimiysi, T – tizimning absolyut temperaturasi, WF – Fermi sathi energiyasi. W=WF bo‘lganda f(WF)=0.5 ekanligi ko‘zga tashlanib turibdi. Mos ravishda, [1-f(W)] ifoda valent zonadagi W energiyali sathning to‘ldirilmaslik ehtimolligini, ya’ni kovak hosil bo‘lish ehtimolligini anglatadi.
O‘tkazuvchanlik zonadagi elektronlar konsentratsiyasi n va valent zonadagi kovaklar konsentarsiyasi p quyidagi ifodalardan foydalangan holda topiladi:
; (6)
. (7)
bu yerda, NC, NV – mos ravishda o‘tkazuvchanlik va valent zonalardagi energetik holatlarning effektiv zichligi.
(6) va (7) integrallar elementar funksiyalar orqali yozilmaydi. Odatda, ishlatiladigan yarimo‘tkazgichlarda WF taqiqlangan zonada joylashadi va shuning uchun (2.5) ifodaning maxrajidagi birni e’tiborga olmasa bo‘ladi. Bunda zaryad tashuvchilarning energetik holatlar bo‘yicha taqsimlanishini ifodalovchi Fermi-Dirak funksiyasi Maksvell-Bolsmanning klassik taqsimotiga mos keladi
. (8/)
Bunday yarimo‘tkazgichlar aynimagan yarimo‘tkazgichlar deb ataladi. Agar yarimo‘tkazgichda Fermi sathi 2kT ga yaqin bo‘lib, zonalar chegaralari yaqinida yoki zonalar ichida joylashsa, faqat (5) ifodadan foydalanish kerak. Bunday yarimo‘tkazgich aynigan yarimo‘tkazgich deb ataladi. Yarimo‘tkazgichlarda aynish kiritmalar konsentratsiyasi juda yuqori (1019 – 1020 sm-3) bo‘lganda sodir bo‘ladi. Aynigan yarimo‘tkazgichlar, xususan, tunnel diodlarni hamda tunnel teshilishga ega stabilitronlarni hosil qilishda ishlati-ladilar
; (8)
. (9)
Bu yerda, va – elektron va kovaklarning effektiv massalari;
h – Plank doimiysi.
T= 300K da NC va NV larning qiymatlari kremniy va germaniy uchun taxminan 1019 sm-3ni tashkil etadi.
(6) va (7) ifodalarda (5)ni qo‘llab va integrallab EZTlar konsentratsiyasini topamiz:
; (10)
. (11)
Elektronlar va kovaklar konsentratsiyalari ko‘paytmasi
(12)
ifodaga muvofiq topiladi. Bundan qarama-qarshi ishorali zaryadlar ko‘paytmasi taqiqlangan zona kengligi Wg= WC-WV hamda temperaturaga bog‘liqligi, Fermi sathining joylashish o‘rniga hamda yarimo‘tkazgich o‘tkazuvchanlik turiga (i-, n-, p-) esa bog‘liq emasligi ko‘rinib turibdi.
Agar xususiy yarimo‘tkazgich ni=pi uchun (12)ni qo‘llasak,
. (13)
Bundan
. (14)
Ko‘rinib turibdiki, xususiy yarimo‘tkazgichda zaryad tashuvchilar konsentratsiyasini topish uchun Fermi sathi o‘rnini bilish zarur bo‘lmadi. mn, mp, Wg larning ma’lumotnomalardagi qiymatlarini bilgan holda, xususiy zaryad tashuvchilarning xona temperaturasidagi qiymatlarini topamiz: germaniy uchun ni=pi=1,99∙1013 sm-3, kremniy uchun ni=pi= 0,79∙1010 sm-3, arsenid galliy uchun ni=pi= 1,79∙106 sm-3.
Kiritmali yarimo‘tkazgichlarda elektronlar va kovaklar konsentratsiyasini (10) va (11) ifodalar yordamida topish uchun Fermi sathining energiyasini bilish zarur. Lekin shunday bo‘lishiga qaramasdan, (13) dan tashqari, lokal elektr neytrallik shartidan kelib chiqadigan tenglikdan foydalanilsa, qiyinchilik bartaraf etilishi mumkin. Zaryadlarning saqlanish qonuniga muvofiq yarimo‘tkazgich elektr neytral bo‘lishi, ya’ni yarimo‘t-kazgichdagi barcha zaryad tashuvchilar yig‘indisi nolga teng bo‘lishi kerak. Shuning uchun lokal elektr neytrallik sharti umumiy ko‘rinishda quyidagicha yoziladi:
. (15)
Bu yerda, Nd+ i Na- – donor va akseptor kiritmalar ionlari konsentratsiyasi. (14) va (15) tenglamalar yordamida barcha zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi aniqlanishi mumkin.
Hajmi 1 sm3 bo‘lgan n – yarimo‘tkazgich uchun elektr neytrallik shartini yozamiz
, (16)
bu yerda, Nd – donor kiritmalar ionlari konsentratsiyasini, indeksdagi n – yarimo‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik turini ko‘rsatadi. Xona temperaturasida donor kiritmalarning deyarli barchasi ion-lashgan bo‘ladi. Shuning uchun Nd= Nd+ .
Odatda, donor kiritmalar konsentratsiyasi Nd >>pn va
. (17)
Bundan, (13)ni e’tiborga olgan holda, muvozanat holatdagi n – yarimo‘tkazgich uchun kovaklar konsentratsiyasi
. (18)
|
| |
