Mavzu: Yarim o’tkazgichli materiallar

p-n o’tish hodisasi
Yarim o’tkazgichli asboblarning ishlash printsipi р-n o’tish degan hodisaga asoslangandir. U o’tkazuvchanliklari turlicha bo’lgan yarim o’tkazgichni kontaktga keltirish natijasida hosil bo’ladi. Lekin bunda yarim o’tkazgichlarning mexanik kontakti р-n o’tishni hosil qilmaydi, chunki ular orasida ideal kontakt hosil qilish mumkin emas. Shuning uchun yagona yarim o’tkazgich kristali olinib shartli ikki bo’lak deb qaraladi va ularda turli ishorali o’tkazuvchanlik hosil qilinadi. Shartli bo’laklar orasidagi yupqa qatlam kontakt sohasi deb qaraladi.
p-n o’tish hodisasini sifat jihatdan ko’rib chiqaylik. Faraz qilaylik, germaniy (yoki kremniy) monokristalida turli ishorali o’tkazuvchanlik hosil qilingan bo’lsin. Oson bo’lishi uchun donor va aktseptor moddalarning miqdorini bir xil deb hisoblaymiz. Unda turli ishorali tok tashuvchilarning miqdori ham teng bo’ladi (1a-rasm).



1-rasm. p-n o’tishning hosil bo’lishi.


p-n o’tishning hosil bo’lishining: a-turli o’tkazuvchanlikli yarim o’tkazgichlar kontakti, b-tok tashuvchilar taqsimoti (N_р, N_e- asosiy va n_р, n_e- asosiy emas); v- kontakt potentsiallar farqi; g-elektr maydon kuchlanganligining taqsimoti.
Kontaktga keltirishning boshlangich vaqtida p-sohadagidan, n-sohadagi elektronlar miqdori p-sohadagidan katta bo’ladi (1b-rasm). Shuning uchun kontakt sohasida tok tashuvchilar diffuziyasi vujudga keladi. Bunda n-sohadagi elektronlar p-soha tomon, p-sohadagi kovaklar 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 kontsentratsiyasining turlicha bo’lishidir.
n-sohadan p-sohaga elektronlarning siljishi natijasida kontakt chegarasida musbat zaryadli atomlar-ionlar qoladi.
Ular musbat qo’zg’almas zaryadlarining kontsentratsiyasi ortiqcha bo’lishiga olib keladi. Natijada bu soha elektronlarga kambag’al bo’lib qoladi. Xuddi shunday jarayon natijasida p-sohada (-) zaryadlar kontsentratsiyasi ortib, soha kovaklarga 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 u potentsiallar ayirmasi φ_к va maydon kuchlanganligi bo o’lgan elektr maydonini hosil qiladi (1v-1g-rasm). Zaryadlarning kuchishi elektr maydon kuch chiziqlari bo’yicha bo’lgani uchun unga dreyf toki deyiladi. Diffuziya toki bilan dreyf toki tenglashganda muvozanat hosil bo’ladi. U dinamik muvozanat deyiladi (tok tashuvchilarning soni o’zaro teng bo’ladi). Kontakt sohasidagi zaryadlarga kambag’al bo’lgan soha yarim o’tkazgichning kovak va elektron o’tkazuvchanlikka ega qatlamlarini bir-biridan ajratib turadi. Bu qatlam to’siq qatlam deb, hosil bo’lgan potentsiallar ayirmasi esa potentsial to’siq deb ataladi. Ko’rib o’tilgan jarayonda р-n o’tish hodisasi yuzaki tushuntirildi. Lekin uni zonalar nazariyasi asosida aniq bajarish mumkin.
Potentsial to’siqning tashqi manba ta’sirida o’zgarishini, ya’ni p-n o’tishning volt-amper xarakteristikasini aniqlaymiz. p-n o’tishga tashqi manba ulansa, potentsial to’siqning balandligi o’zgaradi va tok tashuvchilarning dinamik muvozanati buziladi. Natijada diffuziya va dreyf toklarining muvozanati ham buzilib natijaviy tokning kattaligi tashqi manbaning kuchlanishiga bog‘liq bo’lib qoladi. Bu bog‘lanishning analitik hisoblab, grafikda tasvirlash mumkin. Uni p-n o’tishning volt-amper xarakteristikasi deb ataladi.
Volt-amper xarakteristikasini aniqlashda oson bo’lishi uchun tashqi manbaning kuchlanishi faqat kontakt sohasiga qo’yilgan deb qaraladi, ya’ni yarim o’tkazgich hajmdagi potentsial tushuvchi hisobga olinmaydi.
Birinchi holda tashqi manbani shunday ulaylikki uning hosil qilgan maydon kuchlanganlik vektori p-n o’tishning xususiy maydon kuchlanganligi vektori bilan mos tushsin. Buning uchun manbaning musbat qutbi n-soha kontaktiga, manfiy qutbi esa p-soha kontaktiga ulanishi kerak. Bunda natijaviy maydon kuchlanganligi ortadi, ya’ni potentsial to’siq kattalashib, asosiy tok tashuvchilarning harakati yanada qiyinlashadi. Shuning uchun manba kuchlanishi ortishi bilan asosiy tashuvchilarning potentsial to’siqni yengib o’tish ehtimolligi kamayadi va diffuzion tok nolga kamayadi. Lekin asosiy bo’lmagan tok tashuvchilar uchun maydonning tezlantiruvchi ta’siri ortadi va ular kontakt sohasini kesib o’tishda davom etadi. Hosil bo’ladigan dreyf tokining kattaligiga bog‘liq bo’lmay asosiy tok tashuvchilarning miqdori bilan belgilanadi. Vaqt birligi ichida hajmda hosil bo’ladigan asosiy bo’lmagan tok tashuvchilar soni o’zgarmas bo’lgani uchun potentsial to’siqning ortishi faqat ularning tezligini oshirib, sonini o’zgartira olmaydi. Shunga ko’ra dreyf tokining ortishi uchun biror sababga ko’ra yangi asosiy bo’lmagan tok tashuvchilar hosil bo’lishi kerak. Aks holda u to’yingan bo’ladi. Bunda hosil bo’ladigan tok teskari tok qo’yilgan kuchlanishni esa teskari kuchlanish deb ataladi. Demak teskari ulanishda p-n o’tishning qarshiligi yetarlicha katta bo’ladi. Uni teskari o’tish qarshiligi deb ataladi.
Manbaning qutblarini almashtiraylik, ya’ni p-sohaga musbat, n-sohaga manfiy qutb ulansin. Bunda kontakt sohasida tashqi manba hosil qilgan maydon kuchlanganligi vektori p-n o’tishning xususiy maydon kuchlanganligi vektoriga qarama-qarshi yo’nalgan bo’ladi va natijaviy maydon kuchlanganligi kichrayadi. Bu potentsial to’siqning kichrayishiga olib keladi va diffuziya toki ortadi. Bunday ulanish to’g‘ri ulanish deb ataladi. Hosil bo’ladigan tok to’g‘ri tok p-n o’tish qarshiligi esa, to’g‘ri ulanish qarshiligi deyiladi.
p-n o’tishda hosil bo’ladigan natijaviy tok qo’yidagicha ifodalanadi.