Yarim o’tkazgichlar. P-n o’tish hodisasi. Yarim o’tkazgichli diod

Yarim o’tkazgichlar. P-n o’tish hodisasi. Yarim o’tkazgichli diod
Yarim o'tkazgichlar Ular harorat, bosim, nurlanish va magnit yoki elektr maydonlari kabi tashqi sharoitlarga qarab, o'tkazgichlar yoki izolyatorlar funktsiyasini tanlab bajaradigan elementlardir.
Davriy jadvalda 14 ta yarimo'tkazgich elementlari mavjud bo'lib, ular orasida kremniy, germaniy, selen, kadmiy, alyuminiy, galliy, bor, indiy va uglerod bor. Yarimo'tkazgichlar - bu elektr o'tkazuvchanligi o'rtacha bo'lgan kristalli qattiq moddalar, shuning uchun ular o'tkazgich va izolyator sifatida ikki tomonlama ishlatilishi mumkin.
Agar ular o'tkazgich sifatida ishlatilsa, ma'lum sharoitlarda ular elektr tokining aylanishiga imkon beradi, lekin faqat bitta yo'nalishda. Shuningdek, ular o'tkazuvchan metallar kabi yuqori o'tkazuvchanlikka ega emas.
Yarimo'tkazgichlar elektron dasturlarda, ayniqsa tranzistorlar, diodlar va integral mikrosxemalar kabi tarkibiy qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ular, shuningdek, qattiq jismlarning lazerlari va elektr energiyasini uzatish tizimlari uchun ba'zi quvvat moslamalari kabi optik sensorlar uchun qo'shimcha yoki qo'shimcha sifatida ishlatiladi.
Hozirgi vaqtda ushbu turdagi element telekommunikatsiya, boshqarish tizimlari va signallarni qayta ishlash sohalarida texnologik ishlanmalar uchun ham mahalliy, ham sanoat dasturlarida qo'llanilmoqda.
Turlari
Yarimo'tkazgich materiallari ular tarkibidagi aralashmalarga va ularning atrof-muhitning turli xil ogohlantirishlariga jismoniy ta'siriga qarab har xil turlarga bo'linadi.
Ichki yarim o'tkazgichlar
Ular molekulyar tuzilishi bitta turdagi atomlardan iborat bo'lgan elementlardir. Ichki yarimo'tkazgichlarning ushbu turlari qatoriga silikon va germaniy kiradi.
Ichki yarim o'tkazgichlarning molekulyar tuzilishi tetraedral; ya'ni quyidagi rasmda ko'rsatilgandek to'rtta atrofdagi atomlar orasidagi kovalent bog'lanishlarga ega.
Ichki yarimo'tkazgichning har bir atomida 4 valentli elektron mavjud; ya'ni har bir atomning eng tashqi qobig'ida aylanadigan 4 ta elektron. O'z navbatida, ushbu elektronlarning har biri qo'shni elektronlar bilan bog'lanishni hosil qiladi.
Shu tarzda, har bir atom o'zining eng yuzaki qatlamida 8 ta elektronga ega bo'lib, shu bilan kristall panjarani tashkil etuvchi elektronlar va atomlar o'rtasida mustahkam bog'lanishni hosil qiladi.
Ushbu konfiguratsiya tufayli elektronlar struktura ichida osongina harakat qilmaydi. Shunday qilib, standart sharoitlarda ichki yarimo'tkazgichlar izolyator kabi harakat qilishadi.
Ammo ichki yarimo'tkazgichning o'tkazuvchanligi harorat ko'tarilganda ko'tariladi, chunki ba'zi bir valentlik elektronlari issiqlik energiyasini yutib, bog'lanishlardan ajralib turadi.
Ushbu elektronlar erkin elektronlarga aylanadi va agar ular elektr potentsiali farqi bilan to'g'ri yo'naltirilsa, kristall panjaradagi oqim oqimiga hissa qo'shishi mumkin.
Bunday holda, erkin elektronlar o'tkazuvchanlik zonasiga sakrab, potentsial manbaning (masalan, akkumulyator) musbat qutbiga o'tadi.
Valentlik elektronlarining harakati molekulyar strukturada vakuum hosil qiladi, bu tizimdagi musbat zaryad hosil qilganga o'xshash effektga aylanadi, shuning uchun ular musbat zaryadni tashuvchisi sifatida qaraladi.
Keyin teskari ta'sir paydo bo'ladi, chunki ba'zi elektronlar o'tkazuvchanlik zonasidan valentlik qobig'iga tushishi mumkin, bu jarayonda energiya ajralib chiqadi, bu esa rekombinatsiya deb ataladi.
Tashqi yarim o'tkazgichlar
Ular ichki Supero'tkazuvchilar tarkibiga kirlarni kiritish orqali mos keladi; ya'ni uch valentli yoki besh valentli elementlarni kiritish orqali.
Ushbu jarayon doping deb nomlanadi va uning maqsadi materiallarning o'tkazuvchanligini oshirish, ularning fizikaviy va elektr xususiyatlarini yaxshilashdir.
Ichki yarim Supero'tkazuvchilar atomini boshqa tarkibiy qismdagi atom bilan almashtirish orqali quyida keltirilgan ikki turdagi yarimo'tkazgichlarni olish mumkin.
P tipidagi yarimo'tkazgich
Bunday holda, nopoklik uch valentli yarimo'tkazgich elementidir; ya'ni valentlik qobig'ida uchta (3) elektron mavjud.
Strukturadagi intruziv elementlar doping elementlari deb ataladi. P-tipli yarimo'tkazgichlar uchun ushbu elementlarning misollari bor (B), galliy (Ga) yoki indiy (In).
Ichki yarimo'tkazgichning to'rtta kovalent bog'lanishini hosil qilish uchun valentli elektron yo'qligi, P tipidagi yarimo'tkazgich etishmayotgan bog'lanishda bo'shliqqa ega.
Yuqorida aytilganlar, musbat zaryadni ko'taradigan ushbu teshik orqali kristalli panjaraga tegishli bo'lmagan elektronlarning o'tishini amalga oshiradi.
Bog'lanish teshigining ijobiy zaryadi tufayli ushbu turdagi o'tkazgichlar "P" harfi bilan belgilanadi va shuning uchun ular elektron qabul qiluvchilar sifatida tan olinadi.
Bog'dagi teshiklardan elektronlar oqimi erkin elektronlardan hosil bo'lgan oqimga teskari yo'nalishda aylanadigan elektr tokini hosil qiladi.
N tipidagi yarimo'tkazgich
Konfiguratsiyadagi intruziv element besh valentli elementlar tomonidan berilgan; ya'ni valentlik zonasida beshta (5) elektronga ega bo'lganlar.
Bunday holda, ichki yarimo'tkazgich tarkibiga kiradigan aralashmalar fosfor (P), antimon (Sb) yoki mishyak (As) kabi elementlardir.
Dopantlarning qo'shimcha valentli elektroni bor, u bilan bog'lanish uchun kovalent bog'lanish yo'q, avtomatik ravishda kristalli panjara orqali harakatlanadi.
Bu erda, elektr toki dopant tomonidan taqdim etilgan ortiqcha elektronlarning ortiqcha qismi tufayli material bo'ylab aylanadi. Demak, N tipli yarimo'tkazgichlar elektron donorlar hisoblanadi.
Yarimo'tkazgichlar ikkita funktsionalligi, energiya samaradorligi, dasturlarning xilma-xilligi va arzonligi bilan ajralib turadi. Yarimo'tkazgichlarning taniqli xususiyatlari quyida keltirilgan.
- Uning reaktsiyasi (Supero'tkazuvchilar yoki izolyatsion) elementning atrof-muhitdagi yorug'lik, elektr maydonlari va magnit maydonlariga ta'sirchanligiga qarab farq qilishi mumkin.
- Agar yarimo'tkazgichga past harorat ta'sir etsa, elektronlar valentlik zonasida birlashgan bo'lib qoladi va shuning uchun elektr tokining aylanishi uchun erkin elektronlar paydo bo'lmaydi.
Boshqa tomondan, agar yarimo'tkazgich yuqori harorat ta'sirida bo'lsa, issiqlik tebranishi element atomlarining kovalent bog'lanishlari kuchiga ta'sir qilishi va elektr o'tkazuvchanligi uchun bo'sh elektronlar qolishi mumkin.
- Yarimo'tkazgichlarning o'tkazuvchanligi ichki yarimo'tkazgich tarkibidagi aralashmalar yoki doping elementlarining ulushiga qarab o'zgaradi.
Masalan, agar million bor kremniy atomiga 10 bor atom kiritilgan bo'lsa, bu nisbat toza kremniyning o'tkazuvchanligiga nisbatan birikmaning o'tkazuvchanligini ming marta oshiradi.
Yarimo‘tkazgichli diod deb, ikki elektrodli, asosiy xususiyati bir tomonlama elektr o‘tkazuvchanlik bo‘lgan elektron asbobga aytiladi (2.14-rasm). Yarimo‘tkazgichli diodning boshqa electron lampalardan farqi teskari tokning kattaligidir, u vakuumli diod va kenotronlarda deyarli bo‘lmaydi. Undan tashqari, to‘g‘ri tok o‘tayotganda, diodda kuchlanish kam pasayadi. 2.15-rasmda germaniy qotishmali diodning tuzilishi keltirilgan.

Agar dioddan o‘tayotgan tok miqdorini unga berilgan kuchlanishning miqdori va qutbiga bog‘liqligini grafik ravishda ko‘radigan bo‘lsak, u quyidagicha tasvirlanadi va u diodning volt-amper tavsifi deyiladi.