34.Электронды-кемтіктікті ауысу.

Электрон - кемтіктік ауысулар жартылай өткізгіштік құралдар мен схемалардың жұмысшы элементі болып табылады. P - n ауысуының теориясы, жартылай өткізгіштік құралдарың жұмыс істеуін түсіндіру негізінде жатыр.[1] Электрондық – кемтік ауысу (р - n ауысуы) бұл жартылай өткізгіштің біреуі n – типті, екіншісі р – типті электр өткізгіштікке ие екі алабы (облысы) арасындағы ауыспалы қабат (1 - сурет).

(1 –сурет)

(P - n aуысу деп, бірінің электрондық, екіншісінің кемтіктік электр өткізгіштігі бар, екі бөлікті шалаөткізгіштік кристалдардың арасындағы түйіспелі жұқа қабатты айтамыз.) Мұндай қабатты, донорлық және акцепторлық қоспаларды технологиялық өңдеу арқылы кристалдарға қоспа кірістіру арқылы алынады. Электрондарын жеңіл беретін, яғни еркін электрондардың санын көбейтетін қоспаларды донорлық қоспалар деп атайды. Донорлық қоспалары бар жартылай өткізгіштер электрондардың көп санына ие болатындықтан, оларды n- типті жартылай өткізгіштер деп атайды. n- типті жартылай өткізгіштерде электрондар негізгі зарядты тасымалдаушыларға, ал кемтіктер – негізгі емес зарядты тасымалдаушыларға жатады. Егер енді төрт валенттік элементке үш валенттік элемент атомдарын ендірсе, онда көрші атомдармен қалыпты электронды жұптық байланыс түзу үшін бір электрон жетіспей қалады. Осының нәтижесінде кемтік пайда болады. Кристалдағы кемтіктердің саны қоспа атомдарының санына тең. Мұндай текті қоспаны акцепторлық деп атайды. Тиым салынған зона ені әртүрлі болған шалаөткізгіштердің шекараларындағы электронды - кемтікті ауысулар симметриялық және симметриялық емес болып бөлінеді. P - n ауысуы жартылай өткізгіштің тұтас кристалына оған акцепторлық және донорлық қоспаларды ендіру жолымен алынады. Мұндай құрылымының маңызды қасиеттерінің бірі - ауысу маңайындағы қозғалғыш электрондар мен кемтіктер концентрацияларының ассимметриялы болуы. P-n aуысулардың сирек кездесетін қасиеттерінің бірі – сиымдылықтың сызықтық емес заңмен өзгеретін симметриялық емес электр өткізгіштігі электр тогының әр түрлі сыртқы факторлардан тәуелділігі болып табылады. Кристалдардағы электрондар мен кемтіктердің концентрациясын түрліше болуы p-n ауысуына байланысты. Біріктірілу кезеңіне дейін p және n бөліктері электр бейтарап болады. Біріктірілгеннен кейін негізгі тасымалдаушылардың диффузиясы жүреді. Кемтік p облысынан n облысына ал, электрондар n облысынан p облысына ауысады. Кемтіктер бағытын диффузиясына сәйкес келетін диффузия тогы ауысуда электр зарядтары қайта бөлінеді де, кристалдың бейтараптылығы бұзылады. Ауысу арқылы енетін негізгі тасымалдаушылар өзара интенсивті рекомбинацияланады. Сондықтан, екі қабатта қозғалмалы тасымалдаушылар және электрондар мен кемтіктердің концентрациясы азаяды. Түйіспелі қабаттардың p және n облыстарында кеңістік зарядтар пайда болады, p облысындағы иондалған акцепторларды теріс зарядқа бұлар кемтіктер n облысына кетеді немесе электрондармен рекомбинацияланады.

35. p-n ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы. суретте р-n ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы берілген. Тура кернеуде кристалда пайда болған электр өрісі негізгі тасымалдаушыларды

аймақтар арасындағы шекараға «сығады», осы себептен тасымалдаушылары жоқ ауысу қабатының ені қысқарады. Демек, ауысу кедергісі де азаяды, бұл кернеу неғұрлым үлкен болған сайын, солғұрлым көп азаяды. Сондықтан өткізу аймағындағы вольт-амперлік сипаттама түзу болып келмейді (7 – суретте оң тармақ). Енді кристалға n – аймаққа плюс, ал р – аймаққа минус қосылатындай етіп кернеу түсірейік (бұл кернеу кері деп аталынады). Бұл потенциалдық бөгеттің көтерілуіне және негізгі тасымалдаушылар ток күшінің І_нег кемуіне алып келеді (6 - сурет,в). Бұл кезде пайда болған қорытқы ток (кері ток деп аталынатын) қанығу мәніне тез жетеді (яғни кернеуге U тәуелсіз болып) және І_н.емес токқа тең болады. Сонымен n – аймақтан р – аймаққа қарай бағытта (кері ток) р-n ауысуы, негізгі емес тасымалдаушылар қамтамасыз ететін, әлсіз ток өткізеді. Тек өте үлкен кері кернеуде, ауысудың электрлік тесілуі арқасында, ток күші бірден арта бастайды (7 – суретте сол тармақ). әрбір р-n ауысуы, оның бүлінбей шыдауға қабілеттілігі болатын, өзінің кері кернеуінің шекті мәнімен сипатталады. 7 – суреттен көрініп тұр, р - n ауысуы тура бағытқа қарағанда, кері бағытта едәуір үлкен кедергіге ие болады. Бұл былай түсіндіріледі, кристалда пайда болған өріс кері кернеу қосылған кезде, аймақтар арасындағы шекарадан негізгі тасымалдаушыларды кері «тартып» алады, бұл тасымалдаушылары кеміген, ауысу қабатының енін ұлғайтады. Осыған сәйкес ауысудың кедергісі де артады.р – және n- типті жартылай өткізгіштердің түйісу аймағын р-n ауысуы деп атайды. р-n ауысудың ерекше қасиеті бар. Түйіскен кезде электрондар жарым-жартылай n- типті жартылай өткізгіштен р- типті жартылай өткізгішке өтеді, ал кемтіктер – кері бағытта өтеді. Мұның нәтижесінде n- типті жартылай өткізгіш оң, ал р- типті теріс зарядталады. Электрондар мен кемтіктердің мұнан әрі орын ауыстыруларын жалғастыра беруіне ауысу аймағында пайда болған электр өрісі қарсылық жасағанда диффузия тоқталады.Егер р-n ауысуға, р- типті жартылай өткізгіштің потенциалы оң, ал n- типті жартылай өткізгіштің потенциалы теріс болатындай етіп тізбекке жалғастырса, онда р-n ауысу арқылы ток негізгі тасымалдаушылар есебінен жүреді : n- аймақтан р- аймаққа – электрондармен, ал р- аймақтан n- аймаққа – кемтіктермен. Осының салдарынан, барлық үлгіде өткізгіштік жоғары, ал кедергі аз болады. Бұл қарастырылған ауысу тура деп аталынады.Егер потенциалды кері бағытта түсірсе, онда тізбектегі ток едәуір аз болады. Бұл кезде электрондар р- аймақтан n- аймаққа қарай, ал кемтіктер - n- аймақтан р- аймаққа қарай жүреді. Алайда р- типті жартылай өткізгіште еркін электрондар аз, ал n- типті жартылай өткізгіште кемтіктер саны аз. Бұл кезде ауысу арқылы жүретін ток, сандары аз, негізгі емес тасымалдаушылар арқылы іске асады. Осының салдарынан үлгінің өткізгіштігі мәнсіз, ал кедергісі үлкен болады. Бұл ауысуды кері деп атайды.

36.Шалаөткізгіштерде контакт процестер. Металл және шалаөткізгіш контакті. МДП жартылай өткізгіштің пластинасынан құрылған, оның бир бетінде диэлектрик қабаты және метал электродтан тұратын структура. МДп структура кернеу берген кезде жартылай өткізгіште диэлектрикпен шекарасы маңайында электр өрісі пайда болады. Ол өріс жартылай өткізгіштегі зарядтарды беттің маңайындағы заряд тасушылардың концентрациясын өзгертіп үлестіреді.МДп структуранын энергетикалық диаграммасында V=0 кезде зоналар майыспаған. Егер Vнолге тен болмаса онда зоналардың майысуы байкалады. Мұнда уш жағдайды қарастыруға болады: 1. V<0 , зоналардың майысуы «жоғары» бул жартылай өткізгіштің бетіндегі тесіктер санынң өсуіне алып келеді.2. V>0 , зоналар «төмен» қарай майысады.3.будан ары ұлғайғанда зонаның кернеуі қатты майысады, тіпті беттің маңайындағы тыйым салынған зонаның ортасы ферми деңгейінен томен түсіп кетеді.МДП структура жартылай өткізгіштің монокристалдық пластинасымен түсіндіріледі.Диэлектрикке берілген металл электрод затвор деп аталады, ал диэлектриктің өзі подзатворный деп аталады.карсы бетіне металл электрод жағылады, ол омический контакт деп аталады.Негізінен бул структура жазық конденсаторды ұсынады. Жапсарланын біреуі металл екіншісі жартылай өткізгіш.Егер МДП конденсатордың бір жапсары затворды зарядтайтын болсақ, онда екіншісі жартылайөткізгіштік жапсарында өлшемдері тең бірақ таңбалары қарама қарсы заряд пайда болу керек. Бул структураның сыйымдылығын тізбектей қосылған екі сыйымдылық ретінде қарастыруға болады:

С=C _дC _пп/C _д+C_пп

38.Шалаөткізгіш диодтар. Диодтардың негізгі түрлері: стабилитрондар,импульстік диодтар, варикаптар,туннельдік диодтар. Шалаөткізгіш диод-бір электронды -кемтікті өткелі немесе Шаттки өткелі бар екі электродты шалаөткізгіш аспап.Шалаөткізгіштік диодтың бір жақты өткізгіштігі мен вольт-амперлік сызықты емес сипаттамасы түзеткіштік,детекторлық,түрлендіргіштік диодтарда пайдаланады.p-n өткелінің тесіліп ойылуына байланысты құбылыстар негізінде стабилитрондар,ағынды-ұшпалы диодтар жұмыс істейді.Варикаптың жұмысы негізінде p-n өткелінің тосқауылдық сыйымдылығы пайдаланылады.Концентрациясы жоғары шалаөткізгіш p-n өткелінде пайда болатынтуннельдік эффект,туннельдік және қайтарымды диодтарда қолданылады.

Стабилитрон дегеніміз-құрылысы жағынан тура сол диод.Тек схемаға қосылу тәртібінде өзгешілік бар.Стабилитронның қосылу схемасы диодқа керісінше Анод минусқа қосылса ,катод плюсқа қосылады.Тек қана диод графиктің оң жағындағы жағдайға жұмыс істесе ,стабилитрон сол жағындағы жағдайға жұмыс істейді.Стабилитрон арқылы кері ток жүреді.

Варикап-берілген кері кернеуге p-n ауысуының тосқауылдық сыйымдылыққа тәуелділігі сызықты болмайтын шалаөткізгіш диод.Варикапты Ge,Si,Ga As материалдары негізінде жасайды.Варикаптың негізгі көрсеткіштері : наминалды сыйымдылығы ,сапалығы,температуралық сыйымдылық коэффициенті.

Туннельді диодтар -квантомеханикалық эффектіні айтарлықтай қолданушы диодтар.Вольтамперлік мінездемесінде теріс кедергі облыстарын алады.Күшейткіштер ,генераторлар сияқты қолданылады.Туннельді диод 1958 жылы Лео Эсамемен дайындалған болатын,1973 жылы диодтар электрондардыңтуннельденуі эффектінің экспериментальді табылуына физика бойынша Нобель сыйлығын алған.

Стабилитрон Туннельді диодтар -квантомеханикалық эффектіні айтарлықтай қолданушы диодтар.Вольтамперлік мінездемесінде теріс кедергі облыстарын алады.Күшейткіштер ,генераторлар сияқты қолданылады.Туннельді диод 1958 жылы Лео Эсамемен дайындалған болатын,1973 жылы диодтар электрондардыңтуннельденуі эффектінің экспериментальді табылуына физика бойынша Нобель сыйлығын алған.

Варикап

Туннельді диод

39.Стабилитрондар. Шалаөткізгіштік диод тек п-н ауысудан тұрады.Электр өткізгіштігі бір бағытта жүреді.Диодтың түрлеріне негізінен түзеткіштік диод,стабилитрон,варикап,тунелдік диод жатады:Стабилитрондар-кернеуді тұрақтандыру үшін қолданылатын диотардың бір түрі.Тұрақтандыру мынадай принципке негізделген:екі облысыда күшті қоспаланған жіңішке айқын білінетін п-н ауысулы жартылай өткізгішті кристалда тесілуі тез дамып және тез қалпына келеді.Бұл кезде кері токтың айтарлықтай өсуі салыстырмалы түрде төменгі кернеуде және шамамен тұрақты кері кернеуде жүреді.Қалыңдығы онша үлкен емес п-н ауысуында кері кернеу әсер еткенде жоғарғы кернеулікті электр өрісі әсер етеді.Бұл п-н ауысуының электрлік тесілуінің себебі болады.Оның типтік ВАС-ы суретте.Тура ток кернеуге тәуелді барлық диодтардағы секілді эуспоненциалдық жұмыс режімін сипаттайды.Стабилитронның жұмысшы бөлігі кері токтың мин-дан мах-ға дейінгі өзгерісін көрсететін диапазон-электрлік тесілу аймағы болады.Токтың өзгерісі тесілу тогынан тәуелсіз кернеуі жағдайында өтеді. Стабилитрон дегеніміз-құрылысы жағынан тура сол диод.Тек схемаға қосылу тәртібінде өзгешілік бар.Стабилитронның қосылу схемасы диодқа керісінше Анод минусқа қосылса ,катод плюсқа қосылады.Тек қана диод графиктің оң жағындағы жағдайға жұмыс істесе ,стабилитрон сол жағындағы жағдайға жұмыс істейді.Стабилитрон арқылы кері ток жүреді.

Стабилитрон

40.Импульстік диодтар. Шалаөткізгіштік диод тек п-н ауысудан тұрады.Электр өткізгіштігі бір бағытта жүреді.Диодтың түрлеріне негізінен түзеткіштік диод,стабилитрон,варикап,тунелдік диод жатады:Негізінен импульстік режімде жұмыс істейді,диодтың кіру сигналы модуляциялау болмаса, димодуляциялауды реттестіру болып табылады.Мұнда кернеу тура бағыттан кері бағытқа ауысқан кезде кедергіні жылдам өз қалпына келтіреді.

41.Варикаптар. Шалаөткізгіштік диод тек п-н ауысудан тұрады.Электр өткізгіштігі бір бағытта жүреді.Диодтың түрлеріне негізінен түзеткіштік диод,стабилитрон,варикап,тунелдік диод жатады:Варикап (Varicap, vari (alle) - айнымалы және cap (a city) — сыйымдылық) — берілген кері кернеуге p-n ауысуының тосқауылдық сыйымдылыққа тәуелділігі сызықты болмайтын шалаөткізгіш диод. Варикапты Ge, Si және GaAs материалдары негізінде жасайды. Варикаптың негізгі көрсеткіштері: номиналды (бастапқы) сыйымдылығы С0, сапалығы Q,температуралық сыйымдылық коэффициенті: К= С/С t. Радиоэлектрондық құрылғыларда варикапты параметрлік күшейту, жиілікті көбейту үшін, сондай-ақ сыйымдылықты электрлік басқару мүмкіндігі бар тербелмелі контурдың резонансттықжиілігін қашықтан жөне тез баптау үшін қолданады.

Варикап Туннельді диодтар -квантомеханикалық эффектіні айтарлықтай қолданушы диодтар.Вольтамперлік мінездемесінде теріс кедергі облыстарын алады.Күшейткіштер ,генераторлар сияқты қолданылады.Туннельді диод 1958 жылы Лео Эсамемен дайындалған болатын,1973 жылы диодтар электрондардыңтуннельденуі эффектінің экспериментальді табылуына физика бойынша Нобель сыйлығын алған.

42.Туннелдік диод. Шалаөткізгіштік диод тек п-н ауысудан тұрады.Электр өткізгіштігі бір бағытта жүреді.Диодтың түрлеріне негізінен түзеткіштік диод,стабилитрон,варикап,тунелдік диод жатады:тунелдік диод-негізінен шалаөткізгіштер негізінде алынады,бұл жерде концентрациялар үлкен жәнедифференциал кедергісі бар шалаөткізгіштен тұрады.Оның ауысуы да өте кіші болады.Қоспаның концентрациясын көп болуына байланысты,ферми деңгейі валенттік зонаның ішінде орналасады, ал н облысында өткізгіштің зонасының түбінде орналасады. Туннельді диод