1	Қатты денелік электрониканың тарихи кезеңдері мен даму жолын келтірініз.

Қатты денелі электро́ника —қатты денелі құрылғылардың физикалық жұмыс істеу принциптерін, функционалдық мүмкіндіктерін және оларды электроникада қолдану ережелері зерттелетін электрониканың саласы. Электроника пайда болмастан бұрын электр доғасы (1802), газдағы солғын разряд (1850), катод сәулелері (1859), т.б. ашылып, қыздыру шамы (1873) құрастырылды. Ғылым мен техниканың дербес саласы ретінде электроника тек 19 ғ-дың соңы мен 20 ғ-дың басында қалыптасты. Бұл кезеңде термоэлектрондық эмиссия (1883), фотоэлектрондық эмиссия (1889) құбылыстары ашылды, электронды сәулелік түтік (1897), вакуумдық диод (1904), вакуумдық триод (1907), кристалдық детектор (1900 – 05) жасалды. Радионың ойлап табылуы (1895) электрониканың одан әрі дамуына шешуші ықпал етті. Электрондық құрылғыларда қолданылатын негізгі қатты денелі құрылғылар:

•  СВЧ-қуатын арттыруға және генерациялауға арналған диодтар: Туннельдік диод, Лавинно-пролётный диод,  Ганна диоды;

• Биполярлы транзисторлар;

• Өрістік транзисторлар— затвор негізіндегі және изоляцияланған затворы бар p-n ауысуы бар транзисторлар

• Статикалық индукциялы, өткізгіш базасы бар және металлдық базасы бар Аналогтық транзисторлар  

• Инжекциялық және лавиндік S-диодтар (S –типті диодтар), динисторлар мен тиристорлар.

Қатты денелі құрылғылардың электроникада қолданылу мысалдары: МОП-транзисторлар негізіндегі жадтың энергияға тәуелсіз элементтері; SSD-жинағыштар (қатты денелік жинағыштар).

Қатты денелі электрониканың пайда болуымен электрондық құрылғыларды миниатюризациялау процессі жылдам басталып кетті. Бірнеше ондаған жыл ішінде активті элементтер он миллиардқа дейін кішірейді. Яғни, бірнеше сантиметр болатын электрондық радиолампадан бірнеше нанометр болатын транзистордың жартылайөткізгішті чипіне дейін.

Қатты денелі электроникадағы активті және пассивті элементтері инжекция әдісімен немесе кристаллдың денесіндегі белгілі бір координаттар бойынша атомдардың жаңа қабаттарын тозаңдату әдісімен жартылайөткізгіштің аса таза біртекті кристаллында жасалады. Инжекция жартылайөткізгіштің қасиеттерін өзгертеді. Ол жартылайөткізгіштің өткізгіштігін кері түріне ауыстырады. Бұл өз кезегінде диод немесе транзистор не пассивті элементтің пайда болуына әкеледі. Соңғы жылдары кристаллда жарықтың көзін өндіру кеңінен таралды. Тазалығы өлшемдері бірнеше нанометр болатын элементтер жасауға мүмкіндік беретін жартылайөткізгішті кристаллдарды алудың технологиясын нанотехнология деп, ал электрониканың осы бөлімін микроэлектроника деп атай бастады.

2.Жартылай өткізгішті диодтың схемасын және жұмыс істеу принципын келтіріңіз.

Диодтың қызметін қарастырайық. Бірінші мысал. Сурет 1, а көрсетілген сызбада L1 лампасы жанады, яғни диод ашық. Сурет 1,ә L1 жанбайды. Өйткені диод кері бағытта жалғанып тұр.

Сызба -1. Электр тізбегіне тура және кері бағытта қосылған диод. Өз бетіңізбен сызба -2де көрсетілген электр сызбасында лампалардың қайсысы жанады, қайсысы сөнетін ажыратып көріңіз. Жауабын таба алмасыңыз осы жазбаның соңғы жағындағы «Электр сызбасымен жұмыс істеу тәртібі» тақырыпшасын оқып көріңіз. 

Жартылай (шала) өткізді диодтың жұмысының физикалық негізі.  Диод электр өткіздіргіштігі екі түрлі қоспаны заттарын бір-біріне беттескенде «n-p» өтілімі пайда болу арқасында бір жақты өткіздік қасиетіне ие болатын радиобөлшек. — электронды өткізгіштігі бар қоспа, сызбада «n» белгіленген (negative); — бос орындық өткізгіштігі бар қоспа, сызбада «р» белгіленген (positive); Екі түрлі қоспаны электр өткізгіштігі келесідей түсіндірмесі бар: «Егер табиғатта кездесетін барлық химиялық элементтерден электр өткіштігіне сай тізбек жасайтын болсақ, өзімізге белгілі өткізгіштер (металлдар) мен диэлектриктер екі жақ шетінде орналасқан болар еді. Олардың арасында өткізгіштерге де, диэлектриктерге де тән қасиеттері бар: графит, селен, германий, кремний, теллур т. б. ондаған элементтер сап түзейді. Бұлар шала өткізгіштер деп аталады. Солардың ішінде радиоэлектроникада ең көп қолданылатындары –германий мен кремний.

3. Жартылай өткізгішті материалдың негізгі параметрлерін келтіріңіз.

Бөлме температурасындағы (22С) заттардың меншікті кедергісіне байланысты: 1. Металлдар: 10^-6 – 10^-4 Ом см (Ag – 1,58*10^-6; NiCr- 1,05*10^-4 ); 2. Жартылай өткізгіштер 10^-4 – 10¹⁰ Ом см (Ge - 10^-4 – 47 ; CdSe - 10^-3 – 10¹² ) және 3. Диэлектриктер >10¹⁰ Ом см (шыны - 10⁸ – 10¹⁵ ;слюда - 10¹³ – 10¹⁶ ).

Бөлме температурасында меншікті электрөткізгіштігі 10^-10 – 10⁴ (Ом*см)^-1 аралығында жататын заттар жартылай өткізгіштер деп аталады.

Жартылай өткізгіштердің ерекшеліктері: меншікті электрөткізгіштігі заттың құрылымына, қоспаның түріне және мөлшеріне, температураның, қысымның, жарықтануыдың, ядролық бөлшектермен сәулелендірүдің, электр және магнит өрістерінің әсеріне аса жоғары сезімталдығы.

Аморфты ж. ө. - төсеніш температурасы белгілі Т_кр-дан жоғары емес

болса коптеген заттардың (Si, Ge, B, C, P, S, As, Te және т. б.) аморфты

күйін вакумда конденсациялау арқылы жұқа (бірнеше жүз ангстрем)

қабыршақтарын алуға болады.

Сұйық ж. ө. – балқытылған Se және көптеген металлдардың сульфидтері

мен оксидтері.

Жартылай өткізгішті қасиеттері бар органикалық заттар – фталлоцианиндар мен полициклдік көмірсулар (мысалы бензол, нафталин, антрацен, нафтацен, коронен және т.б.).

Байланыстағы электродардың бос байланыстар арқылы қозғалу нәтижесінде жүзеге асырылатын өткізү механизмы кемтікті өткізгіштік деп аталады.

Құрамында қоспасы жоқ, таза ж. ө. электронды және кемтікті өткізгіштік жүзеге асырылады. Сондықтан, меншікті ж. ө. электр тоғы екі құраушыдан турады – бірдей бағытталған электрондар мен кемтіктердің тоғынан.

Қоспасы бар ж. ө. қоспалы деп, ал электрөткізгіштігі қоспалы электрөткізгіштік деп аталады.

Электронды брертін қоспа донорлық деп аталады, ж. ө. электронды, немесе n – типті болады. Ж. ө. өткізгіштігінде басым ролді электрондар атқаратын болғандықтан олар негізгі, ал кемтіктер негізгі емес заряд тасымалдаушылар болып табылады.

Электронды қармап алатын қоспа акцепторлық деп аталады, ж. ө. Кемтікті немесе p – типті болады. Ж. ө. өткізгіштігінде басым ролді кемтіктер атқаратын болғандықтан олар негізгі, ал элкетрондар негізгі емес заряд тасымалдаушылар болып табылады.

4.Варикаптар, жұмыс істеу принципі, негізгі параметрлері мен қолдану аумағы қандай?

Стабилитрондар. Варикаптар. Жұмыс істеу принципі. Бұл кері ығысқан p-n ауысу негізігндегі электрлік өзгергіш сиымдылық. Варикап сиымдылығы берілген кері бағыттағы кернеуге тәуелді конденсатор ретінде қолданылады.

 

мұндағы С₀ – нөлдік кернеудегі сиымдылық, U – сиымдылықтағы кернеу, φ_к – контактілік потенциалдар айырымы, ν – 1/2 немесе 1/3-ге тең шама (дайындау тәсіліне байланысты).

Варикаптың негізгі праметрлері:

1) Белгілі бір кері кернеудегі сиымдылық (С_в ,U=5 В);

2) Түйісу коэффициенті: К_ж = С_{в max}/C_{в min}. (5 – 8);

3) Сиымдықытың температуралық коэффициенті СТК= (ΔC/СΔT)*100%;

4) Пайдалылығы Q=X_вк/r_ш; мұндағы Х_вк – варикаптың реактив кедергісі, r_ш- актив шығын кедергісі.

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 резонансттық жиілігін қашықтан жөне тез баптау үшін қолданады. ^[1]

Сұлбада варикапты белгілеу

Сыртқы кернеу болмаған кездеи p-n-ауысуда потенциалдық тосқауыл мен ішкі электрлік өріс болады. Егер диодқа кері кернеу берсек, онда бұл потенциалдық тосқауылдың биіктігі артады. Сыртқы кері кернеу электрондарды n-обласының тереңдігіне қарай итереді. Нәтижесінде p-n-ауысудың жұтау облысының кеңеюі байқалады. Жұтау облысын қарапайым жазық конденсатор ретінде қарастыруымызға болады. Онда обкладкалар қызметін облыс шекаралары атқарады. Осыдан жазық конденсатордың сыйымдылығына арналған формулаға сәйкес обкладкалар арасындағы арақашықтықтың өсуіне (кері кернеудің өсуіне байланысты) байланысты p-n-ауысудың сыйымдылығы кемиді. Бұл кему база қалыңдығымен шектеледі. Одан әрі ауысу кеңейе алмайды. Осы минимумға жеткеннен кейін кері кернеу өскенде сыйымдылық өзгермейді. Өндірісте варикаптар дискретті элементтер түрінде (мысалы, КВ105, КВ109, КВ110, КВ114, BB148, BB149) және варикапты жинақтамалар түрінде (мысалы, КВС111) шығады.