Емтихан билеті № 22

1. Шалаөткізгішті аспаптар

Шалаөткізгіш аспаптар — іс-әрекеті шалаөткізгіштер ішіндегі электрондық процестерге негізделген электрондық аспаптар. Электроникада шалаөткізгіш аспаптар электр сигналдарын өндеуге арналған құрылғыларда, сондай-ақ энергияның бір түрін екінші түрге түрлендіру үшін пайдаланылады. Шалаөткізгіш аспаптар екі үлкен топқа бөлінеді: құрылымы бойынша дербес құрылғылар ретінде жасалған және интегралдық шалаөткізгіш аспаптар — біртұтас интегралдық сызбалардың белсенді элементтері. шалаөткізгіш аспаптарға тән өлшемі, массасы және тұтынатын қуаты шағын, сенімділігі жоғары және механикалық беріктігі олардың кең таралуына және электрониканың қарқынды дамуына әкелді

Шалаөткізгіш аспаптарға шалаөткізгіш материалдар негізінде жасалатын аспаптар жатады. Мұндай аспаптарға жартылай өткізгіш резисторларды, яғни сызықты резистор, варистор, терморезистор, фоторезистор; диодтар, түзеткіш диод, стабилитрон, варикап, фотодиод; транзистор; динистор; тиристор жатқызылады.

Бұл аталған жартылай өткізгіш аспаптар дискереттіге жатады. Ал интегралдық микросхемалар мен микропроцессорлар интегралдық жартылай өткізгіштерге жатады.

2. Металл-шалаөткізгіш байланыстар

Металл-шалаөткізгіш түйіспесі — тогтың жүруін қамтамасыз ететін, түйіскен металл мен шалаөткізгіш арасындағы өтпелі аймақ; шалаөткізгіш өткелдің бір түрі. Металл-шалаөткізгіш түйіспесі орныққанда, түйісетін материалдар электрондарының шығу жұмыстары бірдей болғандықтан, қарама-қарсы бағытталған диффузиялық және дрейфтік электрондар ағыны пайда болады, олар металл мен шалаөткізгіштің Ферми деңгейлерін теңестіреді. Осының нәтижесінде металл мен шалаөткізгіштің жанасу шекарасында өтпелі тосқауьш қабаты деп аталатын кеңістіктік зарядтың қосарланған электр қабаты пайда болады да, нәтижесінде түйіспелі потенциалдар айырымы туындайды. Егер Металл-шалаөткізгіш түйіспесінің өтпелі қабатында заряд тасымалдаушылар аз болса (кедейленген қабат), оны "Шоттки — түйіспесі" деп атайды, ал онда қалыптасқан тосқауылды Шоттки тосқауылы дейді. Шоттки түйіспелерін әр түрлі шалаөткізгіш аспаптарды жасағанда пайдаланады.

Түйіспелерді түзеткіш және түзетпейтін деп ажыратады. Түйіспе түрі металдан (_Me) және жартылай өткізгіштен (_n) шығу жұмыстарының қатынасымен анықталады. Қатты денеден шығу жұмысы – бұл электронды Ферми деңгейінен вакуумға өткізу үшін жұмсауға қажетті жұмыс.

n-жартылай өткізгіштер үшін қарастырайық:

а) _Me>_n болғанда, шығу жұмыстарының шамаларының айырмашылығынан беттер арасында потенциалдар айырмасы n Mn= Ме –  пайда болады. Электрондар жартылай өткізгіштен металға өтеді. Метал электрондар есебінен теріс зарядталады, ал жартылай өткізгіште беттесу қабатында донорлардың көлемдік оң заряды түзіледі – заряд тасушылар саны азайған аймақ, яғни жабушы қабат. Ол бүкіл жүйенің кедергісін анықтайтын жоғары кедергіге ие. Бұл беттесу Шоттки барьері деп аталады.

3. Шалаөткізгішті диодтар

Жартылай өткізгішті диод – бұл, бір түзеткіш электрлік өтуі және екі шығысы бар, түрлі электрлі-тесікті р-n–өту қолданылатын, жартылай өткізгішті аспап. Жартылай өткізгішті диодтың графикалық белгіленуі:

 

 

Диодтарда рn–өту жартылай өткізгіш кристалдың р- және n–өтудің бөлгіші электрлік өту түзеткіші ретінде қолданылады (1.4 - сурет).

 

 

1.4 - сурет – Жартылай периодты диодтың өшіру және сыртқы кернеуі жоқ рn–өтудің кеңістік зарядтардың таралу сұлбасы.

Диодтарды тағайындалуы, материал, конструктивтік орындалуы, қуаттылығы және басқа белгілер бойынша айырады.

Жасалған кезде оларды технологиялық үдерістерге орай нүктелік диодтар, ерітінді және микроерітінді, диффузионды база, эпитаксиалды және басқа етіп айырады.

Функционалды тағайындалуы бойынша диодтар түзеткіш, универсалды, импульсты, араластырғыш, ЖЖС, стабилитрондар, стабисторлар, варикаптар, динисторлар, тиристорлар, симисторлар, фотодиодтар, светодиодтар және т.б-ға бөлінеді.

Конструктивті орындауы бойынша диодтар жазықтық және нүктелік болады.

Қолданылатын материал бойынша – кремнилік, германилік, арсенид-галлиелік.

1.2.2 Жартылай өткізгішті диодтың жұмыс істеу принципі

 

Сыртқы кернеу болмаған жағдайда.

Р-ауданынан n–ауданына қарсы диффузия және электрондар n –ауданынан р–ауданына нәтижесінде қоспа жылжымайтын иондары компенсацияланбаған болып қалады (р-ауданы үшін акцепторлы; n–ауданы үшін донорлы).

Р_n–құрылым электрлік нейтралдығын сақтау үшін, р_n–өту арқылы р- дан n-ауданына өткен  диффундияланған негізгі заряд тасымалдағыштар р- дан n-аудан диффундияланған негізгі тасымалдағыштардың санына тең болу керек. Себебі N_n >> Р_р, онда база (n) жағынан ауданды заряд аумағы эмиттер жағынан көп болады (р).

 р_n–шекарасында (КПА) контакты потенциалдар айырмашылығы пайда болады, ол потенциалды бөгет биіктігімен 0 санды сипатталады. Диффузия, потенциалды бөгетті жеңу үшін заряд тасымалдағыш энергиясы жеткіліксіз болғанда, тоқталады.

Сытрқы кернеу әсерінде

Тікелей кернеу U электрлік алаң Е туғызады, ол Е_зар алаңын компенсациялайды, және, I_пр ток диодын тудыратын, база облысында (n) кернеу үлкейген сайын тесіктер саны көп енеді (n-ауданы үшін негізгі емес тасымалдағыштар), (1.4 – суретті қараңыз).

Қарсы инжекция N_n (п электрондар п-ауданынан) р-ауданына (эмиттерге) есепке алмауға болады, өйткені Р_р >> N_n.

Кері кернеу әсерінде.

Кернеумен туғызатын Е –электрлік алаңы Е_зар бағытымен сәйкес келеді, ол потенциалды бөгеттің үлкеюіне әкеледі және негізгі заряд тасымалдағыштарын көрші ауданға өтуіне кедергі жасайды (1.2 - суретті қараңыз). Бірақ электрлік алаңдардың кернеулілігі негізгі емес заряд тасымалдағыштарын шығаруға (экстрак­ция)  мүмкiндiк туғызады: электрондарды  р-ауданынан n-ауданға және I_обр - ток туғызатын n-ауданынан р-ауданға электрондарды.

Бөгет ауданын  немесе температура үлкеюі негізгі тасымалдағыштар кері I_обр ток I_т(T) жылулық деп аталатын токты тудырады:

 

(1.5)

  

1.2.3 Вольт-амперлік сипаттама

ВАС-ды қарастырғанда диодтың сызықты емес қасиеттері көрінеді. Диодтың ВАС-ы былай бейнеленіледі: