Ma’ruza. Yarimo‘tkazgichlarning elektrofizik xossalari. Yarimo‘tkazgichlarda kontakt xodisalari. Reja

To‘g‘rilovchi kontaktlar. Metall bilan n–turli yarimo‘tkazgich orasida to‘g‘rilovchi kontakt hosil qilish uchun elektronlarning yarimo‘tkazgichdan chiqish ishi A_YaO‘ metallarniki A_MYeT dan kichik bo‘lmog‘i lozim. Bunda A_MYeT > A_YaO‘ bo‘lgani uchun kontakt sohasidagi yarimo‘tkazgichdan elektronlar metallga ko‘proq diffu-ziyalanadi, natijada metallning kontakt sohalari manfiy zaryad-lanadi. Yarimo‘tkazgichning chegaradosh sohasida esa asosiy zaryad tashuvchilar soni kamayib, qo‘zg‘almas donor ionlar hisobiga musbat zaryadlangan qatlam hosil bo‘ladi. Manfiy va musbat qatlamlar hisobiga elektr maydon va potensial to‘siq hosil bo‘ladi. Yarimo‘tkazgichning solishtirma qarshiligi metallnikiga qaraganda yuqori bo‘lgani uchun hosil bo‘lgan elektr o‘tish (metall – yarim-o‘tkazgich) asosan, yarimo‘tkazgich sohasida joylashadi.
Muvozant holatda n – yarimo‘tkazgichnng elektronlari uchun potensial to‘siq balandligini belgilovchi kontakt potensiallar farqi, chiqish ishlar farqiga teng bo‘ladi
.
Barer balandligini nazariy aniqlash ancha murakkab bo‘lgani sababli amaliyotda tajriba natijalaridan foydalaniladi. Masalan, n – turdagi kremniyning oltin bilan hosil qilgan kontakt potensiallar farqi U_IK=0,78eV ni, alyuminiy bilan esa, U_IK=0,72eV ni tashkil etadi.
Metall - n – yarimo‘tkazgich asosidagi kontaktning muvozanat holatdagi kengligi, keskin p-n o‘tishniki kabi, formulada U_K ni U_IK ga o‘zgartirib topilishi mumkin.
Agar tashqi kuchlanish manbaining musbat elektrodi metallga, manfiy elektrodi esa n – yarimo‘tkazgichga ulansa (to‘g‘ri siljitish), elektronlarni yarimo‘tkazgichdan metallga o‘tishiga to‘sqinlik qiluvchi potensial to‘siq qU₀ ga proporsional kamayadi. Bunda yarimo‘tkazgichning elektronlari pasaygan to‘siqdan o‘tib, to‘g‘ri tok I ni hosil qiladilar.
Tashqi kuchlanish teskari (manfiy elektrodi metallga) ulanganda potensial to‘siq q ga proporsional ravishda ortadi. Bunda metalldan yarimo‘tkazgichga o‘tayotgan elektronlar va yarimo‘tkazgichning kovaklari I₀ teskari tok hosil qiladilar.
Metall-yarimo‘tkazgich o‘tishning statik VAXsi ham, p-n o‘tishnikiga o‘xshaydi
,
lekin to‘yinish toki I₀ ning qiymati farq qiladi. Masalan, n –yarimo‘tkazgich uchun N_d=10¹⁵ sm^-3, yuzasi S=10^-4 sm^-2, temperatura T=300 Kni tashkil etganda p-n o‘tish uchun teskari tok I₀= 10^-14A ni, alyuminiy-kremniy kontakt uchun esa I₀= 2∙10^-9 A ni tashkil etadi.
Metall-yarimo‘tkazgich asosidagi potensial to‘siq Shottki bareri (to‘sig‘i), diodlar esa, Shottki diodi deb yuritiladi. Aytilganlardan Shottki diodlarida noasosiy zaryad tashuvchilarning to‘planishi va chiqarib yuborilishi bilan bog‘liq diffuziya sig‘imi nolga tengligi kelib chiqadi. Natijada, Shottki diodlarining tezkorligi tok va kuchlanishlar o‘zgarganda, jumladan, tok va kuchlanishlar to‘g‘ridan teskariga va aksincha o‘zgarganda faqat barer sig‘imning metall qarshiligi orqali qayta zaryadlanish vaqti bilan belgilanadi. Kichik yuzaga ega bo‘lgan bunday diod-larning qayta ulanish vaqti nanosekundning o‘nlarcha va yuzlarcha ulushlarini tashkil etadi. Shunga mos ishchi chastotalar 3÷15 GGts ni tashkil etadi.
Elektron asboblarning r – va n – sohalariga metall elektrodlar ulangan joylarda omik kontaktlar hosil qilinadi. Demak, p-n tuzilmada p-n o‘tishdan tashqari yana ikkita elektr o‘tish mavjud: ulardan biri – r – sohadan, ikkinchisi esa, n – sohadan elektrodlar chiqariladigan joylarda bo‘ladi. Agar bu o‘tishlar injeksiyalovchi bo‘lsa, ularga teskari siljitish berilganda elektronlarning r – sohaga va kovaklarning n – sohaga injeksiyasi boshlanadi. Injeksiyalangan noasosiy zaryad tashuvchilar p-n o‘tishga yetib borib, teskari tok hosil bo‘lishida qatnashadi. Shuning bilan p-n o‘tishning nosimmetrik o‘tkazuvchanligi yo‘qoladi. Omik kontakt quyidagi: chiziqli VAX; kichik kontakt qarshilikka; injeksiyalamaydigan elektr xususiyatlarga ega bo‘lmog‘i zarur.
Kontakt ushbu xususiyatlarga ega bo‘lishi uchun n – yarimo‘tkazgich sirtiga yarimo‘tkazgich chiqish ishiga nisbatan kichikroq chiqish ishiga ega bo‘lgan metall, r – soha sirtiga esa yarimo‘tkazgichga nisbatan kattaroq chiqish ishiga ega bo‘lgan metall purkaladi. Yarimo‘tkazgichning kontakt oldi sohalari yuqoriroq konsentratsiyali asosiy zaryad tashuvchilarga va shuning uchun kichikroq qarshilikka ega bo‘ladilar. Bundan tashqari, kontaktlardagi elektr o‘tishlar kengligi juda kichik bo‘lib, tunnel tok o‘tishi kuzati-ladi. Bunda kontakt tokni ikkala yo‘nalishda ham yaxshi o‘tkazadi, ya’ni omik bo‘ladi.
Taqiqlangan zona kengliklari turlicha bo‘lgan yarimo‘tkazgichlar tutashtirilganda hosil bo‘luvchi elektr o‘tishlar geteroo‘tishlar deb ataladi. Geteroo‘tish hosil qiluvchi yarimo‘tkazgichlar kristall tuzilishi bir xil bo‘lib, kristall panjara doimiysi bir-birinikiga yaqin bo‘lmog‘i zarur. Bunday shartga quyidagi yarimo‘tkazich juftliklar javob beradi: germaniy – kremniy, ger-maniy – arsenid galliy, arsenid galliy – fosfid galliy va boshqalar. Geteroo‘tishlar optoelektron asboblarda (nurlanuvchi diodlar, yarimo‘tkazgich injeksion lazerlar, fotodiodlar va boshqalar) keng qo‘llaniladi.
Geteroo‘tishlar asosida geterotuzilmalar yaratganligi, ular xususiyatlarini o‘rgangan hamda yarimo‘tkazgich asboblarning yangi turlarini hosil qilgani uchun akademik J.I. Alferov 2000 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldi.
Geteroo‘tishli tuzilmalar kombinatsiyasining to‘rt xilini amalga oshirish mumkin: p₁ – n₂, n₁ – n₂, n₁ – p₂ va p₁ – p₂. Geteroo‘tishlar xususiyatlarining farqi, ularning energetik diagram-malaridan kelib chiqadi.
p₁ – n₂ geteroo‘tish zonalar energetik diagrammasini ko‘rib chiqamiz. Yarimo‘tkazgichlarning r – turlisi tor taqiqlangan zonali, n – turlisi esa keng zonali bo‘lsin. Zonalar energetik diagrammasi qurilishiga ortiqcha e’tibor qaratmasdan, uning eng muhim xususiyatini – elektron va kovaklar uchun potensial to‘siqlar qiymati turlicha ekanligini aytib o‘tamiz. Ushbu tuzilma o‘tkazuvchanlik zonadagi elektronlarga bo‘lgan potensial barer (EPB) valent zonadagi kovaklar uchun potensial barer (KPB) ga nisbatan kichik.
To‘g‘ri kuchlanish berilganda EPB kamayadi va elektronlar n – yarimo‘tkazgichdan r – yarimo‘tkazgichga injeksiyalanadi. Bunda qo‘shni sohadagi KPB kamaysa ham, kovaklarning r – sohadan n – sohaga injeksiyalanishiga yo‘l bermaydigan darajada kamayadi. Shuning uchun kovaklar r – sohadan n – sohaga deyarli injeksiyalanmaydi. Ushbu xususiyat geteroo‘tishlarning gomoo‘tishlarda amalga oshirib bo‘lmaydigan qator xususiyatlarini belgilaydi. Masalan, tranzistorning baza sohasi emitterga nisbatan yuqoriroq legirlangan bo‘lsa ham, emitterning injeksiya koeffitsiyentini birga yaqin bo‘lishiga erishish mumkin. Bundan tashqari, kontaktlashuvchi yarimo‘tkazgichlar o‘tkazuvchanlik turi bir xil (n₁ – n₂ va p₁ – p₂ tuzilmalar) bo‘lganda ham geteroo‘tishlarda to‘g‘rilash xususiyati saqlanadi.
a) b)