Ауысудың пайда болуы мен жұмыс принципі
ауысу
- өткізгіштіктері әртүрлі екі жартылай
өткізгіштердің түйісуі. Бұл практика
жүзінде мына түрде жүзеге асады: жартылай
өткізгіштің бір жағына (диффузия әдісі
арқылы) басқа типті қоспа енгіземіз, ол
басқа типті өткізгіштік тудырады,
мұндағы
тең болады да,
ауысу пайда болады. (4.11-сурет).
Д
онорлық
қоспа атомдары электрондарын беріп, оң
ионға, ал акцепторлық қоспа атомы
электрон қосып алып теріс ионға
айналатының еске түсірейік.
Өткізгіштіктері
әртүрлі жартылай өткізгіштердің
шекаралық шеттері еркін жол ұзындығындай
аралықта бір-бірімен түйіскенде,
электрондар мен кемтіктер бір-бірімен
қосылып, рекомбинацияланады, яғни еркін
заряд тасушылар болмайды. Акцепторлық
және донорлық қоспалардың компенсацияланбаған
иондары кеңістіктік заряд аймағын
түзеді, бұл
ауысу аймағы (4.12-сурет).
Сонымен қоса, ол үлкен кедергі аймағы,
себебі еркін заряд тасушылар аз аймақ.
Кеңістіктік заряд аймағындағы иондар электр өрісін тудырады, ол өріс негізгі заряд тасушылар қозғалысына кедергі келтіреді: аймағында кемтіктердің және аймағында электрондардың.
Әрине,
заряд тасушылардың біразы
ауысу арқылы өтіп кетеді. Кеңістіктік
зарядтар аймағында негізгі зат атомдары
арасындағы валенттік байланыстың
үзілуі есебінен пайда болған электрондар
(«зона-зона» ауысуы) мен осының нәтижесінде
аймақта пайда болған кемтіктер негізгі
емес заряд тасушылар деп аталады.
ауысудың
электр өрісі негізгі емес заряд тасушылар
тогына (
)
кедергі келтірмейді. Оған негізгі ток
тасушылардың концентрация градиенті
арқасында пайда болған диффузиялық ток
қарама-қарсы ағады. Төменде көрсетілгендей
бұл токтар шама жағынан тең және ауысу
арқылы өткен қорытқы ток та нөлге тең.
Сыртқы
электр өрісі (
)
тура («+»-тен
аймаққа,
«-»-тан
аймаққа) қосылғанда кеңістіктік зарядтың
ішкі электр өрісін азайтады, ол
токтың күшеюіне алып келеді. Кеңістіктік
заряд аймағында негізгі заряд тасушылар
сығылатын сияқты, оның кедергісі кемиді
және негізгі тасушылар тогы бірден
артады. Кері қосылғанда («-»-тан
аймаққа, «+»-тен
аймаққа) сыртқы электр өрісі ішкі электр
өрісімен қосылады, бұл кеңістіктің
заряд аймағының кеңуіне алып келеді
(негізгі заряд тасушылар
ауысу аймағынан сорылып алынатын
сияқты). Кеңістіктік заряд аймағы
кедергісі артады,
ток өшеді, бірақ
ауысу аймағында электрон-кемтік жүбының
генерациялануы нәтижесінде негізгі
емес тасушылар тогы қалады.
ауысу
аймағы геометриясының (өлшемдерінің)
өзгеруі кернеу өзгерісіне тәуелді,
сондықтан оны электр сиымдылығы өзгеріп
отыратын конденсатор ретінде қолдануға
болады.
ауысу жұмысы мен пайда болуын зоналық
теория тұрғысынан қарастырамыз. 1
бөлімде екі жүйенің тепе-теңдік шарты
олардың химиялық потенциалдарының
теңдігі болып табылатыны дәлелденген.
Сондықтан, кернеу болмаған кезде (
),
және
аймақтардағы Ферми деңгейінің орналасуы
бірдей болады (4.13.а-сурет).
П
айда
болған энергетикалық тосқауыл негізгі
заряд тасушылар қозғалысына кедергі
келтіреді.
болғанда, тосқауыл биік емес, сондықтан
негізгі заряд тасушылар концентрациясы
градиенті есебінен диффузиялық ток
пайда болады. Оның шамасын табайық.
және
аймақтардағы
айырмасын шатастырып алмас үшін,
деп белгілейміз. Тек, электрондар тогын
ғана қарастырамыз, себебі кемтіктер
тогын анықтау да осындай нәтижені
береді.
-
аймақтағы өткізгіштік зонаға донорлық
деңгейден электрондардың өту ықтималдығы
мен тосқауылдан өту (
)
ықтималдылықтарының көбейтіндісімен
анықталады (
):
,
(4.27)
мұндағы
– «бастапқы» ток, меншікті электр
өткізгіштік
-мен,
ауысу ауданымен анықталады және әрбір
үшін тұрақты шама болып қалады.
мына
түрде белгілейміз:
.
;
.
(4.28)
Оған
қарсы негізгі емес тасушылар тоғы
ағады, ол
аймақтағы валенттік зонадан өткізгіштік
зонаға электрондардың ауысуы нәтижесінде
пайда болады.
(4.29)
Қорытқы
ток
.
Кері
бағытта қосылғанда
(«-»-тан
аймаққа, «+»-тен
аймаққа),
тосқауыл биіктігі артады: осылай
қосылғанда электрондардың, сонымен
бірге кемтіктердің энергиялары кемиді
(кемтіктер үшін энергияның кемуі –жоғары
бағытта), сондықтан
аймақтағы энергетикалық диаграмма
жоғары, ал
аймақтағы төмен қарай (4.13 б-сурет)
ығысады, тосқауыл биіктігі артады.
және
ара қашықтығы кернеуге байланысты емес:
жартылай өткізгіштің негізгі атомдары
арасындағы валенттік байланыстардың
үзілу энергиясымен анықталады;
қоспа атомдары концентрациясы және
температурамен анықталады
Бұл
жағдайдағы
ауысу арқылы өткен токты анықтаймыз:
тұрақты болып қалады.
.
(4.30)
болғанда,
(
В)
,
Сондықтан,
кері ток
.
(4.31)
екендігіне
көңіл бөлу керек, яғни ол
ауысу
бұзылғанға дейін
-ға
байланысты емес (4.14 б-сурет).
тура
қосылу кезінде («+» -тен
-
аймаққа қарай) электрондар мен кемтіктердің
энергиялары артады, сондықтан,
-
аймақтың энергиясы
а) төмен қарай, ал аймақтікі жоғары қарай ығысады да, энергетикалық тосқауыл кемиді (4.14 а-суретті қара).
ток өзгеріссіз, сол күйінде қалады: .
Бірақ
ток
өседі:
.
.
(4.32)
Тура
қосылған кезде
,
,
1-ді
ескермеуге болады және
(4.14
б-суретті
қара).
ток
-ден
есе кем,
ауысулар айнымалы токты түзету үшін
қолданылады.
Қ
арастырылған
процестердің негізгі екендігін көрсету
қажет; нақты
ауысуларда олар электрондар мен
кемтіктердің генерациясы мен
рекомбинациясы салдарынан күрделінеді.