Ishning maqsad va vazifalari Bizga malumki, xozirda zamonaviy elektronika elementlarini beshinchi avlod elektronikasi sanoatining asosiy xom ashyosi xisoblanadi. Bu avlod elektronikasining asosiy elektronika elementlarini ozining malum bir xossasiga ega bolgan yarim otkazgichlar tashkil etadi. Ularning xossalarini organish ustida samarali ishlar olib borilmoqda. Jumladan, ozining yoruglik sezgirligining ota yuqoriligi, elektro va pezoelektrik xususiyatining alohidaligi, magnitik va pezooptik sezuvchanligining samaradorligi bilan selinitli pezoelektrik yarim otkazgichlar ustida olib borilayotgan ishlar xaqida bir qancha malumotlarga ega bolish ushbu bitiruv malakaviy ishining asosiy maqsadi va vazifasi hisoblanadi.
Ishning tuzilishi. Ushbu bitiruv malakaviy ishi kirish, asosiy qism, ikkita bob, xulosa va foydalanilgan adabiyotlar royxatidan iborat. Bitiruv malakaviy ishining kirish qismida mavzuning dolzarbligi, ishning maqsad va vazifalari xamda ishning tuzilishi xaqida malumot berilgan. Ishning birinchi bobida Elektronika sanoatida ishlatiladigan yarim otkazgichli materiallar va ularning asosiy xususiyatlari, birinchi bobning birinchi paragrafida yarim otkazgichlarning elektr xususiyatlari, ikkinchi paragrafida yarim otkazgichli materiallar va ularning tuzilishi xaqida malumot berilgan. Bitiruv malakaviy ishining ikkinchi bobi yarim otkazgichli elektronika elementlarini tayyorlash texnologiyasi va ularni ostirish usullari xaqida malumotlar berilgan. Ish xulosalangan va foydalanilgan adabiyotlar royxati keltirilgan.
I BOB ELEKTRONIKA SANOATIDA ISHLATILADIGAN YARIM OTKAZGICHLI MATERIALLAR VA ULARNING ASOSIY XUSUSIYATLARI
1.1 Yarim otkazgichlarning elektr xususiyatlari
Yarim otkazgichlar elektr otkazuvchanligi jihatidan metall otkazgichlar va dielektriklar orasida turuvchi materiallar hisoblanishadi. Metall otkazgichlarning solishtirma otkazuvchanligi 104-106Om-1∙sm-1, yarim o‘tkazgichlarniki 10-10-104 Om-1·sm-1, dielektriklarda esa bu qiymat 10-20–10-10Om-1∙sm-1 ni tashkil etadi. Bundan tashqari, barcha metall o‘tkazgichlarning harorat ko‘tarilishi bilan elektr o‘tkazuvchanligi pasaysa, o‘z navbatida yarim o‘tkazgichlarda va dielektriklarda oshadi.
Otkazgichlarda koplab miqdordagi erkin elektronlar bolib, ularning yonaltirilgan harakati tufayli tok otkazuvchanligi yuzaga keladi. Yarim otkazgichlarda esa erkin elektronlarning soni kam. Yarim otkazgichlarda valentli elektronlarning oz atomlari bilan boglanib turishi, yani ularning erkin bolmasligi bilan bu holat tushuntiriladi. Yarim otkazgichlarning yana bir oziga xos xususiyati shundan iboratki, ularga tashqi tomondan tasir korsatish, yani qizdirish, nurlantirish va aralashmalar qoshish hisobiga tok hosil qilish va ularni keng chegaralarda ozgartirish mumkin. Bu yarim otkazgichlardagi valentli elektronlarning energiyasini oshishiga sabab boladi. Ushbu energiya hisobiga valentli elektronlar oz atomlaridan ajralib chiqadi va berilgan kuchlanish tasirida yonaltirilgan xarakatga kelishadi, yani tok tashuvchilar yuzaga keladi.
Qanchalik yarim otkazgichning harorati yuqori yoki intensiv ravishda nurlantirish amalga oshirilsa, shunchalik unda erkin elektronlar soni kop, natijada yarim otkazgichda tokning miqdori ham yuqori boladi. Buning natijasida yarim otkazgichda elektron elektr otkazuvchanlik yoki p-tipidagi* otkazuvchanlik yuzaga keladi. Erkin elektronlar yarim otkazgichning oz atomiga tegishli bolganligi bois, bunday elektr otkazuvchanlik xususiy otkazuvchanlik deb ataladi.
1- rasm. Yarim otkazgich xususiy otkazuvchanligi paytidagi elektronlar va teshiklarning harakat sxemasi
Elektronlarini yoqotgan yarim otkazgich atomlari musbat zaryadlangan ionlarga aylanishadi. Ushbu atomlar oz joylarida mustahkam turgan holda harakatlanisha olishmaydi. Atomning tashqi orbitasida elektron ketgan joy teshik deb ataladi. Bu joyni qoshni atomni tashlab ketgan boshqa bir elektron egallashi mumkin. Shu tarzdagi elektronlarning saqrashi hisobiga qoshni atomda ham teshik paydo boladi, yani u musbat zaryadlangan zarracha ionga aylanadi.
Agar yarim otkazgichga elektr kuchlanish berilsa, elektronlar bir atomdan boshqasiga bir xil yonalishda harakatga keladi. Teshiklar esa qarama-qarshi yonalishda paydo boladi. Zaryadi elektron zaryadiga teng bolgan musbat zaryadlangan zarracha teshik deb ataladi.
Elektronlar harakatiga qarama-qarshi yonalgan teshiklarning harakati teshikli tok deb ataladi. Teshikli tok tufayli yuzaga kelgan yarim otkazgichning elektr otkazuvchanligi teshikli yoki n-tipidagi* otkazuvchanlik deyiladi.
Shunday qilib, elektronlarning bir yonalish, teshiklarning qarama-qarshi yonalish boyicha harakatlanishi yarim otkazgichlarning xususiy otkazuvchanligini belgilaydi, chunki tok tashuvchilar (elektronlar va teshiklar) yarim otkazgichning xususiy atomiga tegishli hisoblanishadi.
Bu holatda umumiy tok I elektron Ie va teshikli toklar It ning yigindisidan tashkil topadi.
Yarim otkazgichlarning xususiy elektr otkazuvchanligi paytida elektronlar Ne va Nt teshiklar soni bir biriga teng. Ammo Ia > It, chunki, elektronlarning harakatchanligi teshiklarnikidan yuqori. Tok tashuvchilarning harakatchanligi elektronlar υe yoki va teshiklar harakat tezligi υt ning yarim o‘tkazgichdagi elektr maydoni kuchlanishi E ga nisbatiga teng.
Bu paytda elektronlarning harakatchanligi μe=υe/E, teshiklar harakatchanligi μd=υt /E ga tengligi aniqlanadi. Shunday qilib, hxarakatchanlik E = 1 V/sm kuchlanish ostida 1 s ichida elektron yoki teshiklarning qancha masofa bosib otganligini korsatadi. Yuqoridagilarni hisobga olib, elektron va teshikli toklar uchun quyidagi ifodani yozish mumkin:
bu erda e elektrona yoki teshikning zaryadi; E elektr maydoni kuchlanishi.
Bu paytda Yarim otkazgichdagi umumiy tok quyidagiga teng:
Yarim otkazgichlarning xususiy elektr otkazuvchanligi paytida elektronlar soni teshiklar soniga teng, yani
Ushbu ifodani hisobga olgan holda (8) formulani quyidagicha yozish mumkin:
* p lotincha «negativus» sozining birinchi harfidan olingan bolib, manfiy manosini bildiradi, chunki elektron manfiy zaryadlangan zarracha hisoblanadi.
* r - lotincha «pozitivus» sozining birinchi harfidan olingan bolib, musbat manosini bildiradi, chunki teshik musbat zaryadlangan ionni hosil bolganligini bildiradi.
Yarim otkazgichli togrilagichlar yaratish uchun kopincha p - yoki n-tipidagi elektr otkazuvchanlikka ega bolgan yarim otkazgichli materiallar kerak boladi. Shuning uchun, 10-9 10-11 (massasi boyicha) miqdordagi aralashmasi bolgan yaxshilab tozalangan yarim otkazgichga olchangan qiymatlarda legirlovchi aralashma qoshiladi.
Atomlari yarim otkazgichlarni erkin elektronlar bilan taminlovchi legirlovchi aralashmalar donorli* aralashmalar deb ataladi. Yarim otkazgich atomlariga nisbatan kichik valentlikka ega bolgan aralashma atomlari ozlariga elektronlarni qoshib olish xususiyatiga ega. Bunday aralashmalar akseptor** aralashmalar deyiladi.
Elektron otkazuvchanlikka ega bolgan yarim otkazgich olish uchun, uning tarkibiga asosiy yarim otkazgich atomi valentligidan bitta valentlikka yuqori bolgan atomli moddalar qoshiladi. Tort valentli bolgan germaniy (Ge) atomiga, atomi besh valentli bolgan surma (Sb) yoki fosfor (P) qoshiladi.
Kiritilgan aralashmalar har bir atomining tortta elektroni asosiy yarim otkazgich atomlari bilan chambarchas kovalent (juft) boglanish hosil qilishadi, beshinchi elektron esa bunday aloqada qatnashmaydi.
|
