1-maruza Tenzodatchiklar. Yarim o’tkazgichlarning elektrofizik parametrlariga deformasiyani ta’siri. Tenzorezistorlar p-n o’tish

Tenzorezistorlar.
Bu rezistorlarning ishlash prinsipi tenzoeffektga – mexanik deformatsiya ta’sirida metall yoki yarim o‘tkazgich elektr qarshiligining o‘zgarishiga asoslangan.
Ma'lumki, o'tkazgichning elektr qarshiligi

ifoda bilan aniqlanadi, bunda p - o'tkazgich yasalgan materialning solishtirma elektr qarshiligi, l, S - o'tkazgichning mos ravishda uzunligi va ko'ndalang kesim yuzasi.
Mexanik deformatsiyalanishda o'tkazgich elektr qarshiligining o'zagrishi uning uzunligi ∆l/l, ko'ndalang kesim yuzasi ∆S/S yoki solishtirma elektr qarshiligi ∆p/p ning o'zgarishlari natijasida yuz beradi. Deformatsiya natijasida o'tkazgich qarshiligi o'zgarishining shu o'zgarishga sababchi bo'lgan uning uzunligi o'zgarishiga nisbati tenzosezgirlik deb ataladi:

Tenzorezistor materiali plastik deformatsiyalanganda uning hajmi va solishtirma elektr qarshiligi o'zgarmaydi. Shuning uchun ham plastik deformatsiyalanuvchi tenzorezistorlarda tenzosezgirlik koeffitsiyenti 2 ga teng bo'ladi.

Tenzorezistorlar konstantan, nixrom va vismutdan tayyorlanadi. Bu sohada kremniy va uning qotishmalari ham keng qo'llaniladi. Yarim o'tkazgichli tenzorezistorlarda tenzosezgirlik koeffitsiyenti metall tenzorezistorlarnikidan farqli ravishda bir necha yuzga teng bo'ladi. Bundan tashqari, kremniyda qarshilikning harorat koeffitsiyenti uncha yuqori emas.
Konstruktiv jihatdan tenzorezistorlar metall sim, yupqa folga yoki yarim o'tkazgichli plastina shakllarda yasaladi (2 - rasm). Tenzorezistorlar yupqa qog'ozga yoki lok qobiqqa yelemlab qo'yiladi. Tenzosezgir element qismalariga ingichka mis simlar payvandlanadi.

2 - rasm. Tenzorezistor qurilma:

a -simli; b -yupqa folga; c -yarim o'tkazgichli.

Tenzorezistor nazorat qilinuvchi ob'ektning deformatsiyalanuvchi qismiga yelim yordamida yopishtirib qo'yiladi. Deformatsiyasi o'lchanadigan ob'ekt haroratiga qarab turli xil yelimlardan foydalaniladi. Masalan, o'lchovlar 180⁰C gacha bo'lgan haroratlarda o'tkazilganda, bakelit- fenol yelim, bakelit yoki viniflek loklardan foydalaniladi. Tashqi harorat juda yuqori (800 ⁰C gacha) bo'lganda esa kremniy organik sementlar yoki polisiloksanli birikmalar asosida tayyorlangan yelimlar qo'llaniladi. Tenzorezistorlardan ko'p marta foydalanish maqsadida termoplastik yelimlar ishlab chiqilgan. Bunda tenzorezistor yelimlangan joy ma'lum haroratgacha qizdirilib, keyin u ajratilib olinadi.

Namlik yuqori bo'lgan sharoitlarda tenzorezistor yelimlangandan so'ng uning ustki qatlami namga chidamli maxsus lok bilan qoplanadi. Bu qatlam tenzorezistorni namdan tashqari mexanik shikastlanish va izolyasiya qarshiligini o'zgarib qolishdan saqlaydi.
Tenzorezistorlarda deformatsiya ta'sirida qarshilikning o'zgarishi Omning bir necha ulushiga to'g'ri keladi. Shuning uchun o'lchash aniqligi va sezgirligini oshirish maqsadida tenzorezistorlar ko'prik sxemalariga ulanadi. Statik o'lchashlarni bajarishda muvozanatlangan, statik va dinamik o'lchashlarni amalga oshirishda muvozanatlanmagan ko'prik sxemalaridan foydalaniladi.
Afzalliklari: tuzilishi sodda, inersiyasi kam, o'zgartirish funksiyasi chiziqli.
Kamchiliklari: deformatsiyasi o'lchanayotgan ob'ektga mahkamlash qiyin, ko'p marta foydalanishda noqulay, xatoligi nisbatan yuqori (graduirovka xatoligi 5% va undan ham ortiq bo'lishi mumkin).
Tenzorezistorlar turli sohalarda keng ko'lamda qo'llaniladi.
Asosiy o‘tkazuvchanligi elektron o‘tkazuvchanlikdan iborat bo‘lgan kristall p — TUR kristall yoki yarim o‘tkazgich deyiladi. Margimushga o‘xshash o‘z valent elektronlarini bog‘lanishga beruvchi begona element donor modda yoki oddiy donor deb ataladi.
Ikkinchi misolimizda germaniy kristaliga uch va­lentli bor (V) elementa kiritilsin. Bunda Bor ato- mi qo‘shni to‘rt germaniy atomi bilan birikkanida bitta bog‘lanish o‘rni yetishmay qoladi (3b-rasm). Elektr jihatdan hosil bo‘lgan zaryad yetishmovchiligi (defekt) neytral hisoblanadi. Lekin tashqi issiqlik energiyasi ta’sirida bu defektga qo‘shni germaniy kristalidan bog‘langan elektron ko‘chib o‘tishi mumkin. Bunda Bor atomi manfiy ionga aylanib, elektron ko‘chgan o‘rinda kavak hosil bo‘ladi. Shuning uchun hosil bo‘lgan asosiy o‘tkazuvchanlik — kavak o‘tkazuvchanligi bo‘lib, elektron o‘tkazuvchanligi asosiy bo‘lmaydi.



3- rasm. Elektron (a) va kovak (b) o‘tkazuvchanligining xosil bo‘lnsh modeli.

Asosiy o‘tkazuvchanligi kavak o‘tkazuvchanlik bo‘lgan yarim o‘tkazgich p — tur yarim o‘tkazgich deb ataladi. Uni hosil qiluvchi begona modda — akseptor deyiladi.

4-rasm, r — p o‘tishning hosil bo‘lishi: a — turli o‘tka- zuvchanlikli yarim o‘tkazgichlar kontakta; b—tok tashuvchilar taqsimoti (N_r, N_e — asosiy va p_r p_e—asosiy emas); v — kontakt potensiallar farqi; g — elektr maydon kuchlanganligining taqsimoti.

Kontaktga keltirishning boshlang‘ich vaqtida p — sohadagi kavaklar miqdori n— sohadagidan, n — sohadagi elektronlar miqdori p — sohadagidan katta bo‘ladi (4-b rasm). Shuning uchun kontakt sohasida tok tashuvchilar diffuziyasi vujudga keladi. Bunda n — sohadagi elektronlar p — soha tomon, p — sohadagi kavaklar esa n—soha tomon ko‘chadiki, unga bir xil ishorali zaryadlarning o‘zaro itarilishi yoki turli ishorali zaryadlarning o‘zaro tortishishi sabab bo‘lmaydi. Diffuziya hosil bo‘lishining asosiy sababi kontakt sohasidagi tok tashuvchilar konsentratsiyasining turlicha bo‘lishidir.

n — sohadan p — sohaga elektronlarning siljishi natijasida kontakt chegarasida musbat zaryadli atomlar — ionlar qoladi. Ular musbat qo‘zg‘olmas zaryad­larning konsentratsiyasi ortiqcha bo‘lishiga olib kela­di. Natijada bu soha elektronlarga kambag‘al bo‘lib qoladi. Xuddi shunday jarayon natijasida p — sohada manfiy zaryadlar konsentratsiyasi ortib, soha kavaklarga kambag‘al bo‘ladi. Kontakt sohasida bunday kambag‘allashgan sohaning vujudga kelishi kondensator qoplamalariga o‘xshash turlicha zaryadga ega bo‘lgan ikki qatlamni hosil qiladi. Natijada potensiallar ayirmasi φ_k va maydon kuchlanganligi E_k bo‘lgan elektr maydoninn hosil qiladi (4v, g-rasm). Uning yo‘nalishi shundayki, asosiy tok tashuvchilarning diffuziyasiga to‘sqinlik qilib, asosiy bo‘lmagan tok tashuvchilar­ning ko‘chishiga imkon beradi. Zaryadlarning ko‘chishi elektr maydon kuch chiziqlari bo‘yicha bo‘lgani uchun uni dreyf toki deyiladi.
Diffuziya toki bilan dreyf toki tenglashganda mu- vozanat hosil bo‘ladi. U dinamik muvozanat deyiladi. Unda vaqt birligi ichida qarama-qarshi yo‘nalishda o‘tuvchi tok tashuvchilarning sopi o‘zaro teng bo‘ladi.
Kontakt sohasidagi zaryadlarga kambag‘al bo‘lgan soha yarim o‘tkazgichning kavak va elektron o‘tkazuvchanlikka ega qatlamlarini bir-biridan ajratib turadi. Bu qatlam to‘siq qatlam deb, hosil bo‘lgan potensial­lar ayirmasi esa, potensial to‘siq deb ataladi. Ko‘rib o‘tilgan jarayon p — n o‘tish hodisasi yoki p — n o‘tish deb ataladi. p — n o‘tish hodisasini bunday tushunti rish juda yuzaki bo‘lib, kontakt sohasida yuz beradigan jarayonlarning fizik mohiyatini to‘liq ifodalay olmaydi. Uni zonalar nazariyasi asosida aniq bajarish mumkin.