7. Maydoniy tranzistorlar.
7.1 Maydoniy tranzistorlarning tuzilishi.
Maydoniy tranzistorlarda MDYaO’ va MOYaO’ tuzilmalari ham bor. Yarim
o’tikazgich (YaO’) sirtidagi zaryadlarning yetishmaslik, inversiya va boyitilganlik
holatlari mavjud Radioelektronikada oxirgi yillarda maydoniy tranzistorlar katta o’rin
egalladi. Maydoniy tranzistorlar katta va o’ta katta mikrosxemalarning yaratilishini
ta’minlab berdi. Maydoniy tranzistorlarning asosini metall – dielektrik – yarim
o’tkazgich (MDYaO’) va metall – oksid – yarim o’tkazgich (MOYaO’) strukturalar
(tuzilmalar) tashkil qiladi. Bunday tuzilmalarda yarim o’tkazgich sirtida hosil qilingan
zaryadlar qatlamidagi hodisalar muhim rolь o’ynaydi. Biz maydoniy tranzistorlarning
ishlash printsipini o’rganishdan oldin MDYaO’ tuzilmadagi hodisalarni qarab chiqamiz.
MDYaO’ tuzilmaning sxemasi 7.1.1-rasmda keltirilgan.
96
7.1.1 rasm. MDYaO’ tuzilmaning sxemasi.
MDYaO’ tuzilmaning tashqi elektr manbaga ulaymiz. Doimiy tok manbasini ikki
usulda ulash mumkin: 7.1.2, a – rasmda zatvorga manbaning musbat qutbi, 7.1.2,b –
rasmda esa zatvorga – manfiy qutb ulangan.
Rasmdan ko’rinib turibdiki, birinchi usulda yarim o’tkazgich sirtida, dielektrik
chegarasida manfiy zaryadlar qatlami, ikkinchi usulda esa – musbat zaryadlar qatlami
xosil bo’ladi. Yuqorida aytganimizdek, manashu jarayon maydoniy tranzistorlarni
yaratishga asos bo’ladi.
Endi MDYaO’ tuzilmadagi ushbu jarayonni zonalar nazariyasi nuqtai nazaridan
qarab chiqamiz. Buning uchun 7.1.3 – rasmdagi chizmaga e’tibor beramiz.
Unda
mun
n −
yarim o’tkazgichning zonaviy tuzilmasi va yarim o’tkazgich
sirtidagi fizik hodisani xarakterlovchi asosiy kattaliklar ko’rsatilgan. Rasmda quyidagi
belgilashlar qilingan:
С
Е
- o’tkazuvchanlik zonasining tubiga to’g’ri kelgan energetik
sath;
V
E
- valent zonasining tomiga to’g’ri kelgan energetik sath;
i
E
- o’tkazuvchanlik
va valent zonalar o’rtasiga to’g’ri kelgan enargetik stah;
S
- yarim o’tkazgich sirti va
xajmidagi zaryadlar qatlamlari orasidagi ya’ni sirtdagi
n
p −
o’tishda hosil bo’lgan
potentsiallar farqi,
S
- yarim o’tkazgich sirtida zonalarning egilishi, u quyidagi
munosabatdan aniqlanadi:
S
s
e
−
=
(
e
- elektron zaryad);
- Fermi sathi, ya’ni
termodinamik muvozanatda zaryad tashuvchildarning egallashi mumkin bo’lgan
97
energetik sath;
( )
−
- Fermi sathidan o’tkazuvchanlik zonasining tubigacha bo’lgan
energetik oraliq; - Fermi sathidan valent zonasining tomigacha bo’lgan energetik oraliq.
7.1.2. rasm. MDYaO’ tuzilma o’tishi
7.1.3 – rasm. MDYaO’ tuzilmada elektronlar o’tishi
Ushbu 7.1.3 – rasmdan ko’rinib turibdiki, yarim o’tkazgich ichida issiqlik
(termodinamik) muvozanati xolatida elektronlar kontsentratsiyasi
0
n
kovaklar
kontsentratsiyasi
( )
0
P
dan ko’proq:
0
0
p
n
, bu
mun
n −
yarim o’tkazgich uchun tabiiy
98
xolat. Yana sha xolatda
( )
−
- energiya
(
)
−
- energiyadan kichikligi ham ko’rinib
turibdi. Endi yarim o’tkazgich sirtiga yaqinlashgan sayin qanday o’zgarish ro’y
berishini kuzataylik. Bu jarayonda sirtga yaqinlashgan sayin zonalar egrilanib beradi:
( )
−
- energetik oraliq kattalashadi
(
)
−
- energetik oraliq esa kamayadi. Rasmdagi
AA kesimda ularning qiymati tenglashadi:
(
)
А
А
−
=
−
va aytish mumkinki bu kesimda
yarim o’tkazgich xususiy bo’lib qoladi, ya’ni
i
n
p
n
=
=
. Kesim (AA) dan o’ng tomondan
va buning natijasida yarim o’tkazgich
mun
p −
bo’lib qoladi. SHunday qilib
yarim o’tkazgich sirtida
−
− n
p
o’tish xosil bo’ladi.
Yarim o’tkazgich sirtida yuqoridagi xodisaning ro’y berishida uch xil xolat
kuzatiladi: yetishmaslik, inversiya
mun
p −
yarim o’tkazgichlar uchun 7.1.4 – rasmda
tasvirlangan.
7.1.4- rasm. MDYaO’ tuzilmada elektronlar
99
Agar yarim o’tkazgich
mun
n −
bo’lsa, zaryadlarning yetishmasligi sohasi
mavjudligi uchun zonalarning egrilanishi xosil bo’lib, Fermi sathidan o’tkazuvchanlik
zonasining tubigacha bo’lgan energetik oraliq kattalashadi. Aksincha, agar yarim
o’tkazgich
mun
p −
bo’lsa, Fermi sathidan valent zonaning tomigacha bo’lgan energetik
oraliq kattalashadi. Ikkala xolda ham manashu energetik oraliqning kattalashishi yarim
o’tkazgich sirti sohasida asosiy zaryad tashuvchilarning yetishmasligini keltirib
chiqaradi.
Agar zatvordagi zichligi yetarli darajada katta bo’lsa,
−
n
va
mun
p −
yarim
o’tkazgichlar sirtida quyidagi xodisa ro’y beradi. Bu xolda sirtda asosiy zaryad
tashuvchilar qolmaydi, ularning o’rnini qarama – qarshi ishorali asosiy bo’lmagan
zaryadlar egallaydi. Yarim o’tkazgich sirti xususiy o’tkazuvchanlikka ega bo’lib qoladi.
Sirtdan uzoqda yarim o’tkazgich ichida esa aralashmali o’tkazuvchanlik mavjud
bo’laveradi. SHunday qilib, zatvorda zaryad zichligi katta bo’lganda yarim o’tkazgich
sirtida inversion (zaryadlarning ishorasi almashgan) qatlam xosil bo’lib, bu xodisa
inversiya deb ataladi. Ushbu xodisa ikkala
−
n
va
mun
p −
yarim o’tkazgichlar uchun
7.1.4,b,d - rasmda “inversionnqy sloy” orqali tasvirlangan. SHuni xisobga olish
kerakki, bu xolda “inversion qatlamga” yarim o’tkazgich ichkarisida asosiy
zaryadlarning “etishmaslik qatlami” yondosh bo’ladi.
Endi zatvordagi zaryadlarning ishorasi yarim o’tkazgichning asosiy zaryad
tashuvchilari ishorasi bilan mos kelmagan xolatni qarab chiqamiz. Ushbu xolatda yarim
o’tkazgich sirtida asosiy zaryad tashuvchilarning ko’payishi kuzatiladi, natijada
boyitilgan qatlam xosil bo’ladi. Yarim o’tkazgich
mun
n −
bo’lsa, Fermi sathidan
o’tkazuvchanlik zonasi tubigacha bo’lgan energetik oraliq nolgacha kamayadi. Yarim
o’tkazgich
mun
p −
bo’lganda esa, Fermi sathidan valent zona tomigacha bo’lgan
energetik oraliq ham nolgacha kamayadi. Sirtdagi asosiy zaryad tashuvchilar to’plangan
qatlam boyitilgan qatlam deb ataladi. Ushbu qatlam 7.1.4,v,e – rasmda “obogao’ennqy
sloy” orqali tasvirlangan.
100
Qattiq jismlar fizikasida boyitilgan yoki zaryadlar yetishmaganli qatlamlarining
o’lchamlarini nazariy hisoblanadi. Agar kuchsiz boyitilgan va kuchsiz yetishaganlik
qatlami bo’lsa, bu ish Debayning ekranlashtirilgan uzunlik deb ataluvchi fizik
kattaligini hisoblash orqali amalga oshiriladi. Debayning ekranlashtirilgan uzunlik
kattaligi
D
L
xarfi bilan belgilanadi va u quyidagi formula orqali hisoblanadi:
.
0
2
0
n
e
kT
L
D
=
(7.1.1)
Formuladan ko’rinib turibdiki, Debay uzunligi ya’ni boyitilgan yoki
yetishmaganlik qatlami uzunligi asosiy zaryad tashuvchilar soniga
0
n
va temperaturaga
T
bog’liq ekan.
Agar sirtdagi qatlam kuchli yetishmaganlik qatlam bo’lsa, qatlam uzunligi
quyidagi formula orqali hisoblanadi:
0
2
0
2
n
e
d
S
=
(7.1.2)
Demak, bu xolda qatlam uzunligi zonaning egrilanganligiga
S
va asosiy
zaryadlar tashuvchilar soniga bog’liq bo’ladi.
Faqat inversiya xodisasida inversion qatlamning qalinligini nazariy hisoblash
qiyinchilik tug’diradi.
| 