Elektronika va asbobsozlik

Yarim utkazgich materiallar.
Radioelektronikada asli noorganik va organik bulgan mikrokristall va polikristall tuzilishdagi kup sondagi yarim utkazgich materiallardan asosan, germaniy, kremniy, selen, kremniy karbidi va galliy arsenidi kullaniladi. Bu materiallar yarim utkazgich asboblar va integral sxemalar ishlab chikarishda keng ishlatiladi.
Kremniy va germaniylar olmosnikiga uxshash tuzilishga ega bulganligi uchun olmossimon yarim utkazgich xisoblanadi. Bu kristall uchlarida va yeklarining urtalarida germaniy yeki kremniyning atomlari joylashgan kubdan iborat. Bundan tashkari atomlar, shuningdek, katta kubning bulagi xisoblangan sakkizta kichik kubdan turttasi (oktaniy) ning markazidan xam urin olgan.
Rasmlardagi germaniy kub tuzilishining tekislikdagi tasviri kursatilgan edi. Shu rasmlardan kurinib turibdiki, olmos turidagi tuzilishda atomlar (germaniy yeki kremniy) ning xar biri uzidan bir xil masofada joylashgan turtta xuddi shunday atomlar bilan uralgan va atomlarning xar biri kushni atomlar bilan kovalent boglangan.

Germaniy – Ge D.I. Mendeleev davriy sistemasidagi turtinchi gurux elementi. Uni olish uchun dastlabki xomashe materiali bulib rux va sulfid rudalari, shuningdek, tarkibida germaniy bulgan kumir kullari xizmat kiladi.
Murakkab kimeviy jaraenlar natijasida germaniyning metall kuymasi olinadi, lekin xali uning tarkibida aralashma bulganligi va monokristall emasligi uchun uni yarim utkazgich tayerlashda ishlatish mumkin emas. Bu kuyma dastlab zona buyicha suyuklantirish metodi bilan aralashmalardan tozalanadi. Tozalangan yarim utkazgich materialdagi aralashma mikdori germaniyda kupi bilan 10^-9 (massasiga kura % da) va kremniyda 10^-11 (massasiga kura % da) bulishi lozim.
Monokristall xolidagi germaniy olish uchun u avval vakuumda yeki inert gaz atmosferasida suyultiriladi. Sungra n yeki p turdagi elektr utkazuvchanlikli germaniy olish uchun tozalangan germaniy suyuklanmasiga donor yeki akseptor aralashma kushiladi. Keyin suyuklanma ichidan berilgan diametrdagi yaxlit silindr kurinishidagi germaniy monokristali ma’lum tezlik bilan chikarib olinadi. Germaniy yarkirok kumushsimon rangli bulib, zichligi 5320 kg/m³ va suyuklanish temperaturasi 937,2°S ga teng. Tozalangan, legirlanmagan germaniy kuyidagi elektr xarakteristikasiga ega (20°S da): solishtirma elektr karshiligi ρ=0,60 ÷0,68 Om·m; ε_r = 16,3. Legirlangan n – turdagi elektr utkazuvchanlikli germaniy ρ=0,0003÷0,45 Om·m, r – turdagi elektr utkazuvchanlikli germaniyning r=0,004 ÷ 0,057 Om · m (legirlash darajasiga karab). Germaniyning barcha xillari yukori kattiklikka va murtlikka ega.
Germaniy diodlar, fotoelementlar va boshka yarim utkazgich asboblar tayerlashda keng kullaniladi.
Kremniy (Si) xam D.I. Mendeleev davriy sistemasining turtinchi guruxi elementidir. U tabiatda kremnezem (SiO₂) kurinishida keng tarkalgan. U kremniyning texnik sortlarini olishda asosiy moddalardan biridir.
Kremniy kuymasini zona buyicha suyuklantirish metodi yerdamida tozalash va undan sung legirlovchi aralashmalar kiritish natijasida n yeki r turdagi utkazuvchanlikli (kiritilgan legirlovchi aralashmaga karab) kremniy monokristali olinadi. kremniy namunalari pulat rang buladi. Kremniy xam germaniy kabi murtdir. Tozalangan legirlanmagan kremniyning asosiy xarakteristikalari (20°S da): zichligi 2328 kg/m³; suyuklanish temperaturasi 1420°S; ρ = (2÷3) · 10 Om·m; ε_r = 11,7. legirlangan n – turdagi elektr utkazuvchanlikli kremniyning r = 0,0001 ÷ 2,0 Om·m; r – turdagi elektr utkazuvchanlikli kremniyning ρ = 0,00014 ÷ 0,05 Om·m.
Kremniy germaniyga nisbatan kuprok ishlatiladi, chunki kremniy asosidagi yarim utkazgichli asboblar ish temperatursining chegarasi 130-200°S, germaniy asosidagi asboblarda esa u 80-100°S atrofida. Kremniy yarim utkazgichli integral sxemalarda asos sifatida ishlatiladi.
S ye l ye n – Se – D.I.Mendeleev davriy sistemasining oltinchi gulux elementi. Uni olishda boshlangich material sifatida misni elektrolitik tozalashdan xosil bulgan koldik xizmat kiladi. Kattik selen amorf yoki kristall tuzilishga ega. Kora amorf selenni tozalangan suyuklangan selendan uni xona temperatrasigacha tez sovutish uyli bilan olingan. U solishtirma karshiligi ρ = 10¹¹Om ·m bulgan dielektrikdir.
Kulrang kristall selen suyuklangan amorf selenni suyuklanish temperaturasi (220°S) dan xona temperaturasigacha asta-sekin sovitish yuli bilan olinadi. Kristall selen polikristall tuzilio‘iga ega bulgan r – turdagi aralashma yarim utkazgich xisoblanadi. Selen atomlarining zanjirlari uning kristallarining elementar yacheykasi bulgan olti burchakli prizmaning burchaklri buyicha joylashgan. Selenning asosiy xarakteristikalari (20°S da); zichligi 4800 kg/m³; ρ = (0,8÷5) · 10³ Om ·m; ε_r = 6,3. Selen – selen tugrilagichlar, fotoelementlar va fotorezistorlar tayyorlashda ishlatiladi.
K r ye m n i y k a r b i d i (SiC) tok va kuchlanish orasida anik ifodalangan chizikli bulmagan boglanishla polikristall tuzilishga ega bulgan murt materialdir. Kremniy karbidi kremniy va uglerodning kimyoviy birikishi natijasida xosil buladi. Kremniy karbidini olishda boshlangich material sifatida toza kvars kum (SiO₂) va toshkumir ishlatiladi. U yoki bu xildagi aralashma (shixta) ga fosfor, surma, vismut yoki kalsiy, magniy, aluminiy va b. kiritiladi. Kremniy karbidi xosil bulish reaksiyasi chekli temperaturada (~ 2000°S) da utkaziladi.
Fosfor, surma yeki vismut bilan legirlangan kremniy karbidi tuk yashil rangli bulib, n turdagi elektr utkazuvchanlikka ega, kalsiy, aluminiy yeki bor bilan legirlangani esa tuk binafsha rangli bulib, r turdagi elektr utkazuvchanlikka ega. Kremniy karbidining asosiy xarakteristikalari (20°S da): zichligi 3200 kg/m³; - 10² ÷ 10⁵ Om · m; ε_r = 6,5 ÷ 7,5. Kremniy karbidining solishtirma karshiligi kup darajada uning tarkibiga boglik. Kremniy karbidi aralashmali yarim utkazgich xisoblanadi, lekin 1400°S va undan yukori temperaturada unda xususiy elektr utkazuvchanlik paydo buladi. Kremniy karbidining suyuklanish temperaturasi 2600°S.
Kremniy karbidining eng toza xili asosan chizikli bulmagan simmetrik volt-amper xarakteristikasiga ega va - 50 dan + 80°S gacha bulgan oralikda ishlay oluvchi varistorlar ishlab chikarishda kullaniladi. Varistordan avtomatik boshkarish kurilmalarida foydalaniladi.
Polikristall kremniy karbidini inert gazda bevosita bugga aylantirish gazda bevosita bugga aylantiradi (xaydash) usuli yerdamida kimeviy tozaligi bilan fark kiluvchi kremniy karbidining monokristalini olish mumkin. Ular 500°S gacha bulga nish temperaturasida ishlaydigan diodlar va tranzistorlar yasashda, shuningdek yeruglik diodlari ishlab chikarishda ishlatiladi.
Galliy arsenidi – GaAS mishyak (margimush) bilan galliyning birikmasidan iborat bulib, monokristall yarim utkazgichdir.
Elektronlar va teshiklarning juda xarakatchanligi galliy arsenidining uziga xos xususiyati xisoblanadi. Bu xol galliy arsenidi asosida yukori chastotalar va xaroratlar soxasida ishlay oluvchi asboblar yaratishga imkon beradi. p – n utishlar uchun 300 - 400°S, ya’ni germaniy va kremniy asosida asboblardagidan ancha yukori bulga nish temperaturalari belgalanishi mumkin.
Galliy arsenidining 20°S dagi asosiy xarakteristikalari: zichligi 5400 kg/m³; ρ = 10² ÷ 10⁷ Om · m; ε_r = 11,2. Galliy arsenidining suyuklanish temperaturasi 1237ºS.
Namlik va radiatsiya nurlanishi kabi tashki ta’sirlar yarim utkazgichli asboblarning xarakteristikalarini juda yemonlashtiradi. Shuning uchun tashki ta’sirlardan ximoya kilish uchun, ular germetik (metall, keramika yeki plastmassa) kobikka (korpus) solib kuyiladi.
Amorf yarim utkazgichlar. Ilgari kurib utilgan kristall tuzilishdagi yarim utkazgich materiallar (germaniy, kremniy va b.) dan farkli ularok, amorf yarim utkazgichlar maxsus shishadan iborat. Shishasimon yarim utkazgichlar uzlarida elektron elektr utkazuvchanlik borligi bilan izolyatsion shishalardan fark kiladi. Amorf yarim utkazgichlar uchta asosiy guruxga bulinadi: oksidli, elementli va xalkogenidli.
Barkaror elektron elektr utkazuvchanlikka ega bulib, eltgichlarining xarakatchanligi, fotoutkazuvchanligi va radiatsion mustaxkamligi kichik bulgan xalkogenid shishalarning amaliy axamiyati kattarok. Ular oltingugurt, tellur, surma, mishyak va boshkalar kabi ikki, uch, va undan kup komponentlardan iborat bulishi mumkin. U yeki bu xususiyatini ta’minlash uchun xalkogenid shishalarning boshlangich tarkibiga oltin, kumush, mis va boshkalar kiritiladi.
Xalkogenid shishalarning solishtirma utkazuvchanligi γ = 10^-21 ÷ 10^-11 simens·m oralikda buladi. Xalkogenid shishalar utkazuvchanligining temperatura va chastotaga boglikligi xuddi kristall yarim utkazgichlarniki kabidir.
Xalkogenid shishasimon yarim utkazgichlarni olish texnologiyasining soddaligi, ularning elektr xususiyatlarini boshkarishning yengilligi ularning REA da keng kullanilishini ta’minlaydi.