|
Toshkent davlat transport universiteti
|
| bet | 7/125 | | Sana | 16.11.2023 | | Hajmi | 4,71 Mb. | | #99646 |
Bog'liq ENG SO\'NGGI Birinchi qism tipografiya uchun (1)1.5-rasm. p va n qatlamlarning muvozanat holati (a) va p-n o’tishning zona diagrammalari (b)
1.5- rasmda p va n o’tkazuvchanlikli yarim o’tkazgichning zonalar diagrammasi (a) va p-n o’tishning muvozanat holat uchun diagrammasi (b) tasvirlangan. Unda:
φ1 -to’siq zonaning potensiali (energiyasi);
φd-donorlar aralashmasi uchun energiya sathining potensiali;
φA- akseptor aralashmasi uchun energiya satxining potensiali;
φg’ - Fermi satxi deb ataluvchi energetik satxining potensiali.
Fermi sathi deganda to’ldirilish ehtimolligi 0,5 ga teng bo’lgan energetik sath tushuniladi.
G’alayonsiz yarim o’tkazgichlarda Fermi sathi to’siq zona o’rtasida yotadi. G’alayonlangan yarim o’tkazgichlarda esa, u ruxsat etilgan, ya’ni o’tish mumkin bo’lgan biron zonaning ichiga joylashgan bo’ladi.
Fizikaviy jihatdan olganda Fermi potensiali yarimo’tkazgichning kimyoviy va elektr potensiallarining algebraik yig’indisini tashkil qiladi. Shuning uchun uni elektrokimyoviy potensial deb ham ataladi.
Ma’lumki, kimyoviy potensial modda zarralarining konsentratsiyasiga bog’liq miqdordir. Shuning uchun kimyoviy potensiallar farqining mavjudligi modda zarralari konsentratsiyasining farqi mavjudligini ko’rsatadi. Zarra konsentratsiyasida farq bo’lishi, o’z navbatida, ularning katta konsentratsiyali o’rindan kichik konsentratsiyali o’ringa ko’chishiga olib keladi, ya’ni zarralar diffuziyasini vujudga keltiradi. Shunga ko’ra kimyoviy potensial erkin zarralarning (elektr zaryadga ega bo’lish yoki bo’lmasligidan qat’iy nazar) diffuziyalana olish imkoniyatini ifodalaydi. Elektr potensial esa, zaryadlangan zarralarning elektr maydonida ko’cha olish imkoniyatini-dreyfni ifodalaydi. Demak, Fermi potensialining gradienta bir vaqtda ikki xil harakat diffuziya va dreyfni xarakterlaydi.
Tizimning muvozanat holatida Fermi potensialining gradienta nolga teng bo’ladi, ya’ni φF=constdir. Shuning uchun Fermi sathi doimiy (gorizontal) joylashgan bo’ladi. Lekin bu elektr va kimyoviy potensiallarning ham doimiyligi degani emas. Boshqacha aytganda, tizimning muvozanat holatida uning elektr va kimyoviy potensiallari o’zgarishi mumkin, ya’ni zarralarning diffuziya va dreyf oqimlari mavjud bo’ladi, lekin bu oqimlar bir-birini muvozanatlab turadi.
Shuni aytish kerakki, «Fermi sathi» so’zi asosan muvozanat holatdagi tizimlar uchun ishlatiladi, chunki bunda erkin elektronlar va kavaklarning soni, mos ravishda, teng bo’ladi. Tizim muvozanatda bo’lmaganda esa, bu tenglik saqlanmaydi va «Fermi sathi» o’zgarishga uchraydi. Bu holda uni «Fermining kvazi sathlari» ( fG’p va fG’r ) deb ataladi.
Umuman olganda potensial to’siqning kattaligi ko’- chib o’tgan tok tashuvchilarning konsentratsiyasi va tem- peraturaga bog’liq bo’ladi va quyidagicha ifodala- nadi:
(1.1)
Bunda Np - p -sohadagi asosiy tok tashuvchilar (kavaklar);
Ne - n -sohadagi asosiy tok tashuvchilar (elektronlar);
pr –p-sohadagi asosiy bo’lmagan tok tashuvchilar;
pe – n- sohadagi asosiy bo’lmagan tok tashuvchilar;
p1-yarim o’tkazgich kristalining xususiy tok tashuvchilar konsentratsiyasi.
UT kattalik temperaturaviy potensiallar ayirmasi yoki temperatura potensiali deb ataladi va quyidagicha ifodalanadi:
(1.2)
q - elektron zaryadi;
k - 1,37-10-23 j/grad - Bolsman doimiysi;
T - absolyut temperatura.
Temperatura potensialining fizik mohiyati shundan iboratki, u elektr birliklarida ifodalangan statistik temperatura yoki elektron gazdagi erkin elektronlarning o’rtacha kinetik energiyasidir. Uy temperaturasida (T=100°K) u 25 millivoltga teng bo’ladi. Temperatura potensialining maksimal qiymati yarim o’tkazgich materiali to’siq zonasining kengligini ifodalovchi potensiallar ayirmasiga teng bo’ladi.
Potensial to’siqning temperaturaga bog’liqligi, asosan, yarim o’tkazgichning xususiy tok tashuvchilari konsentratsiyasining temperaturaga bog’liqligi orqali belgilanadi:
(1.3.)
Bunda A - yarim o’tkazgich materialiga bog’liq koeffitsient.
Temperaturaning har bir darajaga ortishi bilan potensial to’siqning 2 millivoltga kamayishi aniqlangan.
Potensial to’siqning tashqi manba ta’sirida o’zgarishini, ya’ni p-n o’tishning volt-amper xarakteristikasini aniqlaylik. P-n- o’tishga tashqi manba ulansa, potensial to’siqning balandligi o’zgaradi va tok tashuvchilarning dinamik muvozanati buziladi. Natijada diffuziya va dreyf toklarining muvozanati ham buzilib, natijaviy tokning kattaligi tashqi manbaning kuchlanishiga bog’liq bo’lib qoladi. Bu bog’lanishni analitik hisoblab, grafikda tasvirlash mumkin. Uni p-n - o’tishning volt-amper xarakteristikasi deb ataladi.
Volt-amper xarakteristikani aniqlashda oson bo’lishi uchun tashqi manbaning kuchlanishi faqat kontakt sohasiga qo’yilgan deb qaraladi, ya’ni yarim o’tkazgich hajmidagi potensial tushuvi hisobga olinmaydi.
Birinchi holda tashqi manbani shunday ulaylikki, unng hosil qilgan maydon kuchlanganlik vektori p-n- o’tishning xususiy maydon kuchlanganligi vektori bilan mos tushsin. Buning uchun manbaning musbat qutbi p-soha kontaktiga, manfiy qutbi esa, p-soha kontaktiga ulanishi kerak (1.6a-rasm). Bunda natijaviy maydon kuchlanganligi ortadi, ya’ni potensial to’liq kattalashib, asosiy tok tashuvchilarning harakati yanada qiyinlashadi (1.6 b-rasm).
|
| |
