19-bob. Yarimoqchilar asoslari

19-bob.YARIMOQCHILAR ASOSLARI
MAQSADLAR
Ushbu bo'limni o'rgangach, talaba quyidagilarni bilishi kerak:
• Yarimo‘tkazgichli materiallarni sanab bering.
• Kovalent bog‘lanishni aniqlang.
• n-tipli va p-tipli yarimo'tkazgich materiallarini ishlab chiqarish uchun doping jarayonini tavsiflang.
• Doping yarimo'tkazgichli materiallardagi oqimni qanday ushlab turishini tushuntiring.
Yarimo'tkazgichlar elektron qurilmalarning asosiy komponentlari hisoblanadi. Eng ko'p ishlatiladigan yarimo'tkazgichli diodlar (signallarni to'g'rilash uchun), tranzistorlar (signallarni kuchaytirish uchun) va integral mikrosxemalar (sxemalarni almashtirish yoki signallarni kuchaytirish uchun). Yarimo'tkazgichli qurilmalarning asosiy vazifasi kerakli natijaga erishish uchun kuchlanish yoki oqimni nazorat qilishdir.
Yarimo'tkazgichlar quyidagi afzalliklarga ega:
• Kichik o'lcham va vazn.
• Past kuchlanishda kam quvvat sarfi.
• Yuqori samaradorlik.
• Yuqori ishonchlilik.
• Qiyin sharoitlarda ishlash qobiliyati.
• Quvvat yoqilganda darhol ishlay boshlang.
• Kam xarajatli ommaviy ishlab chiqarish.
Yarimo'tkazgichlar quyidagi kamchiliklarga ega:
• Harorat o'zgarishiga yuqori sezuvchanlik.
• Tartibni barqarorlashtirish uchun qo'shimcha komponentlar talab qilinadi.
9• Osonlik bilan shikastlangan (agar oqim yoki kuchlanish uchun ruxsat etilgan chegaralar oshib ketgan bo'lsa, ta'minot kuchlanishining polaritesi o'zgarganda, lehim paytida qizib ketishdan).
19- 1. GERMANIY VA KREMNIYNING YARIMOQCHILAR XUSUSIYATLARI.
Yarimo'tkazgichli materiallarning o'tkazuvchanligi izolyatorlar va o'tkazgichlarning o'tkazuvchanligi o'rtasida yotadi. Sof yarimo'tkazgich elementlari uglerod (C), germaniy (Ge) va kremniy (Si). Elektronikada foydalanish uchun eng mos germaniy va kremniydir.
Germaniy - 1886 yilda kashf etilgan mo'rt, kulrang-oq element. Chang germaniy dioksidi ma'lum turdagi ko'mirning kulidan olinadi. Bu kukundan qattiq sof germaniy olinadi.
Silikon 1823 yilda kashf etilgan. U er qobig'ida oq yoki ba'zan rangsiz birikma - kremniy dioksidi shaklida keng tarqalgan. Qum, kvarts, agat va chaqmoq toshlari kremniy dioksidiga boy. Sof kremniy kimyoviy yo'l bilan kremniy dioksiddan olinadi. Silikon eng ko'p ishlatiladigan yarim o'tkazgich materialidir.
2T7
19-bob
Yarimo'tkazgichli material
olingandan keyin o'zgartirilishi kerak
sifatga ega bo'lishi uchun o'zgartiriladi
yarim o'tkazuvchanlik uchun zarur
Nik qurilmalari.
1-bobda tasvirlanganidek, markazda
atomda yadro mavjud bo'lib, u bilan birga
proton va neytronlarni ushlab turadi. Proto-
bizda ijobiy zaryad bor va
neytronlarda zaryad yo'q. Elektro-
Biz yadro atrofidagi orbitalarda harakat qilamiz
va manfiy zaryadga ega. Yoniq
guruch. 19-1-rasmda atomning tuzilishi ko'rsatilgan.
kremniy Birinchi orbita o'z ichiga oladi
ikkita elektron, ikkinchi orbita sakkizta va tashqi orbita yoki
valentlik qobig'ida to'rtta elektron mavjud. Valent-
kuch - atomning biriktirilish qobiliyatining ko'rsatkichidir
yoki elektronlar ehson, u elektr va belgilaydi
atomning kimyoviy xossalari. Shaklda. 19-2 soddalashtirilganni ko'rsatadi
faqat ko'rsatadigan kremniy atomining sxematik diagrammasi
valentlik qobig'idagi to'rtta elektronga.
Valentlik qobig'ini to'ldirish uchun elektronlarni talab qiladigan materiallar beqaror va faol materiallar sifatida tasniflanadi. Barqarorlikka erishish uchun faol moddalar valentlik qobig'iga elektron qo'shishi kerak. Kremniy atomlari o'zlarining valentlik elektronlarini boshqa kremniy atomlari bilan kovalent bog'lanish deb ataladigan jarayon orqali birlashtira oladi (19-3-rasm). Kovalent bog'lanish - bu turli atomlar o'rtasida valentlik elektronlarini almashish jarayoni, natijada kristall hosil bo'ladi.
Bunday kristall tuzilishdagi har bir atomda to'rtta o'z elektronlari va to'rtta boshqa atomlarning to'rtta umumiy elektronlari, jami sakkizta valentlik elektronlari mavjud. Barqarorligi tufayli kovalent bog'lanish elektr faolligini saqlay olmaydi.
Guruch. 19-2. Faqat valentlik elektronlarini ko'rsatadigan kremniy atomining soddalashtirilgan diagrammasi.
Guruch. 19-2. Faqat valentlik elektronlarini ko'rsatadigan kremniy atomining soddalashtirilgan diagrammasi.
3-qism
278
Guruch. 19-3. Kristal -
shaxsiy tuzilma
kovalentli kremniy
ny ulanishlar.
Xona haroratida sof kremniy kristallari yomon o'tkazgichdir. Ular o'zlarini izolyatorlar kabi tutishadi. Biroq, kristallga issiqlik energiyasi berilsa, ba'zi elektronlar bu energiyani oladi va kovalent bog'lanishni buzgan holda yuqori orbitaga o'tadi. Bu kristallning oqim o'tkazishiga imkon beradi.
Kremniy, boshqa yarimo'tkazgichlar kabi, qarshilikning salbiy harorat koeffitsientiga ega, chunki uning qarshiligi harorat oshishi bilan kamayadi. Har 6 daraja Selsiy bo'yicha haroratning oshishi uchun kremniyning qarshiligi ikki baravar kamayadi.
Kremniy singari, germaniy ham o'zining valentlik qobig'ida to'rtta elektronga ega va kristall struktura hosil qilishi mumkin. Tselsiy bo'yicha har 10 daraja harorat oshishi uchun germaniyning qarshiligi ikki baravar kamayadi. Shunday qilib, germaniy kremniyga qaraganda harorat o'zgarishiga nisbatan barqarorroqdir. Biroq, germaniy silikonga qaraganda elektronlarni chiqarish uchun kamroq issiqlik energiyasini talab qiladi. Xona haroratida kremniy germaniydan ming marta ko'proq qarshilikka ega.
Yarimo'tkazgichlar bilan ishlashda issiqlik potentsial qiyinchilik manbai bo'lib, uni boshqarish oson emas.
279
19-bob
nazoratga berildi. To'g'ri sxema dizayni harorat o'zgarishi ta'sirini kamaytiradi. Yuqori qarshilik kremniyning ko'p davrlarda germaniydan ustunligini ta'minlaydi. Germaniyning qarshilik harorat koeffitsienti afzalliklarga ega bo'lgan sxemalarda germaniy ishlatiladi.
Barcha birinchi tranzistorlar germaniydan qilingan. Silikon tranzistorlar 1954 yilgacha mavjud emas edi. Hozirgi vaqtda ko'p hollarda kremniy yarim o'tkazgichli qurilmalar qo'llaniladi.
19- 1. Savollar
1. Yarimo'tkazgichli material nima?
2. Quyidagi atamalarni aniqlang:
A. Kovalent bog'lanish.
b. Qarshilikning salbiy harorat koeffitsienti.
3. Nima uchun kremniy va germaniy yarim o'tkazgichlar hisoblanadi?
4. Nima uchun kremniy germaniydan afzal?
19- 2. SOF GERMANIY VA KREMNIYDAGI O‘tkazuvchanlik
Yarimo'tkazgichli materiallarning elektr faolligi haroratga juda bog'liq. Haddan tashqari past haroratlarda valent elektronlar atomlar bilan kovalent bog‘lar orqali kuchli bog‘lanadi. Ushbu valentlik elektronlari siljishga qodir emasligi sababli, material elektr tokini o'tkaza olmaydi. Germaniy va kremniy kristallari past haroratlarda izolyator hisoblanadi.
Haroratning oshishi bilan valent elektronlar qo'shimcha energiya oladi. Ba'zi elektronlar kovalent bog'lanishni buzadi va atomdan atomga xaotik ravishda siljiydi. Ushbu erkin elektronlar qo'llanilganda kichik elektr tokini ushlab turishga qodir
3-qism
280
Kuchlanishi. Xona haroratida oz sonli erkin elektronlarni hosil qilish va kichik oqimni ushlab turish uchun etarli issiqlik energiyasi mavjud. Haroratning oshishi bilan material o'tkazgichning xususiyatlarini olishni boshlaydi. Ammo faqat juda yuqori haroratlarda kremniy oddiy o'tkazgich kabi oqim o'tkazadi. Odatda, normal ish sharoitida bunday yuqori haroratlar paydo bo'lmaydi.
Elektron kovalent bog'ni uzib, atomdan uzoqlashganda, u ilgari egallagan bo'shliq teshik deb ataladi (19-4-rasm). 2-bobda ta'kidlanganidek, teshik elektronning yo'qligidir. Elektron manfiy zaryadga ega bo'lganligi sababli, uning yo'qligi manfiy zaryadning yo'qolishini anglatadi va shuning uchun teshikni musbat zaryadlangan zarracha deb hisoblash mumkin. Agar elektron bir valentlik qobig'idan ikkinchisiga o'tsa, u teshik qoldiradi. Agar bu harakat uzluksiz bo'lsa, u holda teshik elektronning harakat yo'nalishiga teskari yo'nalishda harakat qiladi.
Har bir elektron va unga mos keladigan teshik elektron-teshik juftligi deyiladi. Elektron-teshik juftlarining soni harorat oshishi bilan ortadi
Guruch. 19-4. Teshik
elektron bo'lganda paydo bo'ladi
uning temir yo'llarini buzadi
lenta ulanishi.
281
19-bob
Guruch. 19-5. Sof yarimo'tkazgich materialdagi oqim.
ekskursiyalar. Xona haroratida oz sonli elektron-teshik juftlari mavjud.
Sof yarimo'tkazgichli materialga kuchlanish qo'llanilganda, erkin elektronlar oqim manbaining musbat terminaliga tortiladi (19-5-rasm). Erkin elektronlar harakati natijasida hosil bo'lgan teshiklar salbiy terminalga qarab siljiydi. Ko'plab elektronlar musbat terminalga oqib chiqsa, manbaning salbiy terminalini bir xil miqdordagi elektronlar tark etadi. Rekombinatsiyadan keyin elektronlar va teshiklar mavjud bo'lishni to'xtatadi.
Muxtasar qilib aytganda, teshiklar doimo oqim manbaining salbiy terminali tomon siljiydi. Elektronlar har doim musbat terminal tomon harakatlanadi. Yarimo'tkazgich orqali o'tadigan oqim ham elektronlar, ham teshiklarning harakatidan iborat. Oqimning kattaligi materialdagi elektron-teshik juftlarining soni bilan belgilanadi. Materialning harorati oshishi bilan oqimni ushlab turish qobiliyati ortadi.
19- 2. Savollar
1. Qanday qilib sof germaniy oqimni qo'llab-quvvatlaydi?
2. Potentsiallar ayirmasi sof germaniyga qo‘llanilganda, elektronlar va teshiklar qaysi yo‘nalishda harakatlanadi?
3. Sof yarim o'tkazgich materialdagi tok miqdori nimaga bog'liq?
3-qism
282
19- 3. DOPLANGAN GERMANIY VA KREMNIYDAGI O'tkazuvchanlik
Sof yarimo'tkazgichlar asosan nazariy qiziqish ob'ektidir. Yarimo'tkazgichlar bo'yicha olib borilgan tadqiqotlarning aksariyati toza materiallarga aralashmalar qo'shish ta'siriga tegishli. Agar bu aralashmalar bo'lmaganida, ko'pchilik yarim o'tkazgich qurilmalar mavjud bo'lmaydi.
Germaniy va kremniy kabi sof yarimo'tkazgichlar xona haroratida oz sonli elektron teshik juftlarini o'z ichiga oladi va shuning uchun juda kam oqim o'tkaza oladi. Sof materiallarning o'tkazuvchanligini oshirish uchun doping deb ataladigan jarayon qo'llaniladi.
Doping - bu yarimo'tkazgich materialiga aralashmalar qo'shish jarayoni. Ikki turdagi aralashmalar qo'llaniladi. Birinchisi, besh valentli deb ataladi, besh valentlik elektronga ega atomlardan iborat. Masalan, mishyak va surma. Ikkinchisi, uch valentli deb ataladi, uchta valentlik elektronga ega bo'lgan atomlardan iborat. Misollar indiy va galiydir.
Sof yarim o'tkazgich materialga mishyak (As) kabi besh valentli material qo'shilsa, yarim o'tkazgich atomlarining bir qismi mishyak atomlari bilan almashtiriladi (19-6-rasm). Mishyak atomi o'zining to'rtta valentlik elektronini qo'shni atomlar bilan kovalent bog'larga joylashtiradi. Uning beshinchi elektroni yadro bilan zaif bog'langan va osongina erkin bo'lishi mumkin.
Mishyak atomi donor atom deb ataladi, chunki u ortiqcha elektronni beradi. Doplangan yarimo'tkazgich materialida ko'plab donor atomlar mavjud. Bu shuni anglatadiki, oqimni qo'llab-quvvatlash uchun ko'plab erkin elektronlar mavjud.
Xona haroratida qo'shimcha erkin elektronlar soni elektron teshik juftlari sonidan oshadi. Bu materialda og'riq borligini anglatadi
283
19-bob
teshiklardan ko'ra ko'proq elektronlar. Shuning uchun elektronlar ko'pchilik tashuvchilar deb ataladi. Teshiklar ko'pchilik bo'lmagan tashuvchilar deb ataladi. Ko'pchilik tashuvchilar manfiy zaryadga ega bo'lganligi sababli, material n-tipli yarimo'tkazgich deb ataladi.
Agar n-tipli yarimo'tkazgichga kuchlanish qo'llanilsa (19-7-rasm), donor atomlari tomonidan qo'shilgan erkin elektronlar musbat terminalga qarab harakatlana boshlaydi. Bundan tashqari, elektronlar o'zlarining kovalent aloqalarini yo'q qilishga qodir bo'lgan musbat terminalga qarab harakat qila boshlaydilar. Ushbu elektronlar kovalent aloqalarni yo'q qilib, elektron teshik juftlarini hosil qiladi. Tegishli teshiklar salbiy terminalga qarab harakatlanadi.
Yarimo'tkazgich materialiga indiy (In) kabi uch valentli material qo'shilsa, indiy atomlari
1 —O —o —o —O -O -o _Q —o
[N-tipli material -^1
Guruch. 19-7. Joriy
yarimo'tkazgich
n-turi.

3-qism
284

uchta valentlik elektronlarini uchta qo'shni atomlar orasiga joylashtiradi (19-8-rasm). Bu kovalent bog'lanishda teshik hosil qiladi.

Qo'shimcha teshiklarning mavjudligi elektronlarning bir kovalent bog'lanishdan boshqasiga osongina o'tishiga imkon beradi. Teshiklar elektronlarni osongina qabul qilganligi sababli, yarimo'tkazgichga qo'shimcha teshiklarni kiritadigan atomlar qabul qiluvchi atomlar deb ataladi.

Oddiy sharoitlarda bunday materialdagi teshiklar soni elektronlar sonidan sezilarli darajada oshadi. Shuning uchun teshiklar ko'pchilik tashuvchilar, elektronlar esa ozchilik tashuvchilardir. Ko'pchilik tashuvchilar musbat zaryadga ega bo'lganligi sababli, material p-tipli yarimo'tkazgich deb ataladi.
P-tipli yarimo'tkazgichga kuchlanish qo'llanilganda, teshiklar manfiy terminalga, elektronlar esa musbat terminalga qarab harakatlanadi (19-9-rasm). Akseptor atomlari tomonidan yaratilgan teshiklardan tashqari, kovalent bog'lanishlarning uzilishi tufayli teshiklar paydo bo'lib, elektron-teshik juftlarini hosil qiladi.
N tipidagi va p tipidagi yarimo'tkazgichli materiallar sofdan sezilarli darajada yuqori o'tkazuvchanlikka ega
285
19-bob I
1 0— Q—> 0— Q- -O O- (th- O-
1 t p-tipli material —^ f ! 1
Guruch. 19-9. Joriy
yarimo'tkazgich
p-turi.
Supero'tkazuvchilar materiallar. Ushbu o'tkazuvchanlikni aralashmalar miqdorini o'zgartirish orqali oshirish yoki kamaytirish mumkin. Yarimo'tkazgichli material qanchalik kuchli qo'llanilsa, uning elektr qarshiligi shunchalik past bo'ladi.
19- 3. Savollar
1. Yarimo'tkazgich materialni doping qilish jarayonini aytib bering.
2. Doping uchun ishlatiladigan ikki turdagi aralashmalar qanday?
3. Doplangan yarim o'tkazgichning o'tkazuvchanlik turi (n-tip yoki p-tip) nima bilan belgilanadi?
4. Doping yarimo'tkazgich materialida tokni qanday ushlab turadi?
5. Yarimo'tkazgich materialning o'tkazuvchanligi nimaga bog'liq?
XULOSA
• Yarimo'tkazgichli materiallar - o'tkazuvchanligi izolyatorlarning o'tkazuvchanligidan yaxshiroq, lekin o'tkazgichlarning o'tkazuvchanligidan yomonroq bo'lgan har qanday materiallar.
• Sof yarimo'tkazgichlar uglerod (C), germaniy (Ge) va kremniy (Si).
• Ko'pgina yarimo'tkazgichli qurilmalar kremniydan foydalanadi.
• Valentlik atomning elektron olish yoki yo‘qotish qobiliyatining o‘lchovidir.
3-qism
286
• Yarimo'tkazgichli materiallar yarim to'ldirilgan valent qobiqlarga ega.
• Kristallar kovalent bog‘lanishlar hosil qilish orqali o‘z valentlik elektronlarini almashuvchi atomlardan hosil bo‘ladi.
• Yarimo'tkazgichli materiallar qarshilikning salbiy harorat koeffitsientiga ega: harorat oshishi bilan ularning qarshiligi pasayadi.
• Issiqlik elektronlarning kovalent aloqalarni uzishiga imkon berib, yarimo'tkazgichli materiallarda muammolarni keltirib chiqaradi.
• Haroratning oshishi bilan yarimo‘tkazgich materialdagi elektronlar bir atomdan ikkinchi atomga o‘tadi.
• Teshik valentlik qobig'ida elektron yo'qligini ifodalaydi.
• Sof yarimo‘tkazgich materiali bo‘ylab qo‘llaniladigan potentsial farq musbat terminal tomon harakatlanuvchi elektronlar oqimini va manfiy terminal tomon harakatlanuvchi teshiklar oqimini hosil qiladi.
• Yarimo'tkazgichli materiallardagi oqim elektronlarning yo'nalishli harakati va teshiklarning yo'nalishli harakatidan iborat.
• Doping - bu yarimo'tkazgich materialiga aralashmalar qo'shish jarayoni.
• Uch valentli materiallar uchta valentlik elektronga ega bo'lgan atomlarga ega va p-tipli yarim o'tkazgichlarni olish uchun ishlatiladi.
• Besh valentli materiallar beshta valentlik elektronga ega bo'lgan atomlarga ega va n-tipli yarim o'tkazgichlarni olish uchun ishlatiladi.
• n-tipli yarimo'tkazgichlarda elektronlar ko'pchilik tashuvchilar, teshiklar esa ozchilik tashuvchilardir.
• P tipidagi yarimo'tkazgichlarda teshiklar ko'pchilik tashuvchilar, elektronlar esa ozchilik tashuvchilardir.
• P- va p-tipli yarimo'tkazgichlar sof yarimo'tkazgich materiallarga qaraganda sezilarli darajada yuqori o'tkazuvchanlikka ega.
287
19-bob
19-bob. O'Z-O'ZI SINOV
1. Kremniyni germaniydan ko'ra ko'proq foydalanish uchun nima ma'qul qiladi?
2. Nima uchun kovalent bog'lanish yarim o'tkazgich materiallar hosil bo'lishida muhim ahamiyatga ega?
3. Xona haroratida sof kremniy namunasida elektronlar qanday harakat qilishini tasvirlab bering?
4. Sof kremniy namunasini n-tipli yarimo‘tkazgichga aylantirish jarayonini tasvirlab bering.
5. n-tipli yarimo tkazgich namunasiga kuchlanish berilganda nima sodir bo lishini tasvirlab bering?

20-bob.
RN BO'LASHGA ASOSLANGAN DIODLAR

MAQSADLAR
Ushbu bo'limni o'rgangach, talaba quyidagilarni bilishi kerak:
• pn o'tish diodasi nima ekanligini va u qanday yaratilganligini tasvirlab bering.
• Tuzilish qatlami va potentsial to'siqni aniqlang.
• Diyotni oldinga va teskari yo'naltirish o'rtasidagi farqni tushuntiring.
• Diyotning sxematik belgisini chizing va uning elektrodlarini ko'rsating.
• Uchta diodli konstruksiyalarni tasvirlab bering.
• Eng keng tarqalgan diod paketlarini sanab o'ting.
• Diyotlarni ohmmetr yordamida tekshiring.
Diyot - eng oddiy yarimo'tkazgichli qurilma. Bu oqim faqat bitta yo'nalishda oqishiga imkon beradi. Diyotlarni o'rganish natijasida olingan bilimlar boshqa turdagi yarimo'tkazgich qurilmalariga ham tegishli.
20- 1. r-n O‘TISH
Sof yarimo'tkazgichli material besh valentli yoki uch valentli material bilan qo'shilsa, qaysi tashuvchilar ko'p bo'lishiga qarab, qo'shilgan material n yoki p tipidagi yarimo'tkazgichlar deb ataladi. Umuman olganda, har qanday turdagi yarimo'tkazgich namunalari neytral hisoblanadi, chunki har bir atomda bir xil miqdordagi proton va elektronlar mavjud.
Mustaqil elektr zaryadlari har bir yarimo'tkazgich materialida mavjud, chunki elektronlar erkin siljishi mumkin. Driftlanuvchi elektronlar va teshiklar mobil zaryadlar deb ataladi. Cro¬
289
20-bob
Mobil zaryadlardan tashqari, elektronni yo'qotgan har bir atom musbat zaryad hisoblanadi, chunki u elektronlardan ko'ra ko'proq protonga ega. Xuddi shunday, elektron olgan har bir atom protonlardan ko'ra ko'proq elektronga ega va manfiy zaryadga ega deb hisoblanadi. 1-bobda muhokama qilinganidek, bu zaryadlangan atomlar musbat va manfiy ionlar deb ataladi. n- va p-tipli yarimo'tkazgichlar har doim teng miqdordagi harakatchan va ion zaryadlarini o'z ichiga oladi.
Ikkita n- va p-tipli yarimo'tkazgichlarni ulash orqali diod yaratiladi (20-1-rasm). Ushbu materiallar orasidagi aloqa nuqtasida o'tish hosil bo'ladi. Ushbu qurilma pn ulanish diodi deb ataladi.
O'tish hosil bo'lganda, uning atrofidagi harakatlanuvchi zaryadlar qarama-qarshi belgili zaryadlarga tortiladi va o'tish tomon siljiydi. To'lovlar to'planishi bilan bu jarayon kuchayadi. Ba'zi elektronlar o'tish joyidan o'tib, p-tipli materialdagi birikma yaqinidagi teshiklarni to'ldiradi. N tipidagi materialda o'tish hududida kamroq elektronlar mavjud. Elektronlar va teshiklarning kontsentratsiyasi kamaygan bu o'tish hududi depletion qatlami deb ataladi. O'tish joyining har bir tomonida kichik maydonni egallaydi.
Tuzilish qatlamida ko'pchilik tashuvchilar yo'q va n-tipli va p-tipli materiallar endi elektr neytral emas. n-tipli material tutashuv yaqinida musbat zaryadlanadi va p-tipli material manfiy zaryadlanadi.
(+*> 0 O 0 O 0
0 0 0
0 0
0 O 0
(7) O 0 0 0
S/ Ch. U O (+>
p-turi
p-turi
QATTANI KESHLASH
Guruch. 20-1. Diyot yaratiladi
ikkitasini bir-biriga ulash
p va p tipidagi materiallar,
p-n birikmasini hosil qiladi.
10,6 t
3-qism
290
Tuzilish qatlami kattalasha olmaydi. Zaryadlarning o'zaro ta'siri masofa oshgani sayin tezda zaiflashadi va qatlam kichik bo'lib qoladi. Qatlamning o'lchami o'tishning har ikki tomonida joylashgan qarama-qarshi belgining zaryadlari bilan cheklangan. Manfiy zaryadlar o'tish joyi bo'ylab joylashgandan so'ng, ular boshqa elektronlarni qaytaradi va ularning ulanish joyidan o'tishiga to'sqinlik qiladi. Ijobiy zaryadlar bo'sh elektronlarni o'zlashtiradi va ularning birikmani kesib o'tishiga to'sqinlik qiladi.
Qarama-qarshi ishorali bu zaryadlar birlashmaning har ikki tomonida joylashgan bo'lib, potentsial to'siq deb ataladigan kuchlanish hosil qiladi. Bu kuchlanish tashqi oqim manbai sifatida ifodalanishi mumkin, garchi u faqat pn birikmasida mavjud bo'lsa (20-2-rasm).
Guruch. 20-2. Potentsial
mavjud bo'lgan to'siq
p-n o'tish joyi yaqinida joylashgan.
Potentsial to'siq juda kichik, uning qiymati
voltning faqat bir necha o'ndan bir qismi. Oddiy
potentsial to'siq qiymati - r-n qayta uchun 0,3 volt
Germaniyada o'tish va kremdagi p-n birikmasi uchun 0,7 volt
NI. P-n bo'lmaganda potentsial to'siq paydo bo'ladi
O'tish joyiga tashqi kuchlanish qo'llaniladi.
20- 1. Savollar
1. Quyidagi atamalarni aniqlang:
A. Donor atom;
b. Qabul qiluvchi atom;
V. Diyot.
2. n tipidagi material bilan p tipidagi material o‘rtasida kontakt hosil bo‘lganda nima sodir bo‘ladi?
291
20-bob
3. Depletsiya qatlami qanday hosil bo'ladi?
4. Potensial to‘siq nima?
5. Odatda potentsial to'siq qiymatlari nima uchun
germaniy va kremniy?

20- 2. DIODE BIAS

Diyotga qo'llaniladigan kuchlanish egilish kuchlanishi deb ataladi. Shaklda. 20-3-rasmda oqim manbaiga ulangan pn o'tish diodi ko'rsatilgan. Oqimni xavfsiz qiymatga cheklash uchun rezistor qo'shiladi.
Ko'rsatilgan sxemada oqim manbaining salbiy terminali n-tipli materialga ulangan. Bu elektronlarning chiqishdan pn birikmasiga qarab harakatlanishiga olib keladi. Birlashmaning p tomonida to'plangan erkin elektronlar musbat terminalga tortiladi. Bu p-tomonidagi manfiy zaryadlar sonini kamaytiradi, potentsial to'siq kamayadi, bu esa oqimning o'tishiga imkon beradi. Oqim faqat qo'llaniladigan kuchlanish potentsial to'siqdan oshib ketganda oqishi mumkin.
Joriy manba n-tipli materialdan o'z ichiga olgan erkin elektronlar bilan birga o'tadigan doimiy elektronlar oqimini hosil qiladi. P tipidagi materialdagi teshiklar ham birlashma tomon siljiydi. Elektronlar va teshiklar birlashmada to'planadi va o'zaro yo'q qilinadi. Biroq, elektronlar va teshiklar bir-birini bekor qilganda, oqim manbasining terminallarida yangi elektronlar va teshiklar paydo bo'ladi. Ko'pchilik
tashuvchilar tashqi kuchlanish qo'llanilsa, pn o'tish joyiga qarab harakat qilishda davom etadilar.
©~ ne -O
10*
Guruch. 20-3. Diyot os-
da yangi r-n o'tish
oldinga moyillik.
3-qism
292
Diyotning p-qismi orqali elektronlar oqimi oqim manbaining musbat terminaliga tortiladi. Elektronlar p-tipli materialni tark etgandan so'ng, pn birikmasi tomon siljiydigan teshiklar hosil bo'ladi, ular boshqa elektronlarni bekor qiladi. Agar oqim n-tipli materialdan p-tipli materialga o'tganda, diod oldinga yo'naltirilgan deyiladi.
Oldinga yo'naltirilgan diyot orqali o'tadigan oqim p- va n-tipli materiallarning qarshiligi va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi qarshiligi bilan chegaralanadi. Diyot qarshiligi past. Shuning uchun, oqim manbasini diodga oldinga yo'nalishda ulash katta oqim hosil qiladi. Bunday holda, diodani yo'q qilish uchun etarli bo'lgan issiqlik miqdori chiqarilishi mumkin. Oqimni cheklash uchun rezistorni diod bilan ketma-ket ulash kerak.
Diyot oqimni faqat tashqi kuchlanish potentsial to'siqdan kattaroq bo'lganda oldinga yo'nalishda o'tkazadi. Germaniy diodi 0,3 voltlik minimal oldinga egilishni talab qiladi; silikon diod - minimal oldinga egilish 0,7 volt.
Diyot oqim o'tkaza boshlaganda, uning ustida kuchlanish pasayishi paydo bo'ladi. Bu kuchlanishning pasayishi potentsial to'siqqa teng va to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishi (Ep) deb ataladi. Voltajning pasayishi germaniy diod uchun 0,3 volt va silikon diod uchun 0,7 volt. To'g'ridan-to'g'ri oqimning kattaligi (1r) qo'llaniladigan kuchlanish (E), oldingi kuchlanishning pasayishi (Ep) va tashqi qarshilik (R) funktsiyasidir. Bu munosabatni Ohm qonuni yordamida olish mumkin:
t -E~^
F R
O'RNAK: 150 ohm qarshilik bilan ketma-ket bo'lgan silikon diodaga 12 voltlik kuchlanish kuchlanishi qo'llaniladi. Diyot orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim qancha?
293
20-bob
Berilgan:
men =?
A.F.
Yechim:
E-EF _ 12 - 0,7
E = 12 V R = 150 Ohm EF = 0,7 V.
IF = 0,075 A yoki 75 mA.
Oldinga yo'naltirilgan diyotda tashqi oqim manbaining salbiy terminali n-tipli materialga, musbat terminali esa p-tipli materialga ulanadi. Agar bu terminallar almashtirilsa, diod oqim o'tkazmaydi va teskari yo'nalishli deyiladi (20-4-rasm). Ushbu konfiguratsiyada n-tipli materialdagi erkin elektronlar tashqi oqim manbaining musbat terminaliga tortiladi, bu p-n o'tish hududida musbat ionlar sonini ko'paytiradi va shuning uchun depletion qatlamining kengligini oshiradi. n-tipli p-material tomonida.n o'tish. Elektronlar ham joriy manbaning salbiy terminalini tark etadi va p-tipli materialga kiradi. Bu elektronlar pn o'tish joyi yaqinidagi teshiklarni to'ldiradi va teshiklarning salbiy terminalga qarab harakatlanishiga olib keladi, bu esa pn o'tish materiali tomonidagi tükenme qatlamining kengligini oshiradi. Natijada, kamayish qatlami xolis yoki oldinga yo'naltirilgan diyotga qaraganda kengroq bo'ladi.
Teskari yo'nalishda qo'llaniladigan kuchlanish kuchlanishi potentsial to'siqni oshiradi. Agar tashqi manbaning kuchlanishi potentsial to'siqning qiymatiga teng bo'lsa, elektronlar va teshiklar oqim oqimini qo'llab-quvvatlay olmaydi. Teskari chiziqli kuchlanish oqimlari qachon
Guruch. 20-4. OS-dagi diod
da yangi p-n birikmasi
teskari moyillik.
3-qism
294
juda kichik oqim, bu qochqin oqimi teskari oqim (1n) deb ataladi va ozchilik tashuvchilari mavjudligi sababli mavjud. Xona haroratida ozchilik tashuvchilari juda kam. Haroratning oshishi bilan ko'proq elektron-teshik juftlari hosil bo'ladi. Bu ko'pchilik tashuvchilarning sonini va qochqin oqimini oshiradi.

Barcha pn-birikma diodlari past oqish oqimiga ega. Germanium diodlarida u mikroamperlarda o'lchanadi; silikon diodlarda - nanoamperlarda. Germanium yuqori qochqin oqimiga ega, chunki u haroratga nisbatan sezgir. Germaniyning bu kamchiligi uning past potentsial to'sig'i bilan qoplanadi.

Yuqoridagilarni umumlashtirib, aytishimiz mumkinki, p-n birikmasiga asoslangan diod faqat bitta yo'nalishda oqim o'tkazadigan qurilmadir. Oldinga yo'nalishda bo'lganda, oqim oqadi. Teskari yo'nalishda faqat kichik qochqin oqimi oqadi. Bu xususiyat diodani rektifikator sifatida ishlatishga imkon beradi. Rektifikator o'zgaruvchan kuchlanishni to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishga aylantiradi.
20- 2. Savollar
1. Ofset kuchlanish nima?
2. P-n o‘tish diodi orqali tok o‘tkazish uchun minimal kuchlanish qancha bo‘lishi kerak?
3. Oldinga va teskari yo'nalish o'rtasidagi farq nima?
4. Pn ulanish diodining oqish oqimi qanday?
20- 3. DİODLARNING XUSUSIYATLARI
Ham germaniy, ham silikon diodlar haddan tashqari issiqlik yoki yuqori teskari kuchlanish bilan zararlanishi mumkin. Ishlab chiqaruvchilar diod orqali xavfsiz oqishi mumkin bo'lgan maksimal to'g'ridan-to'g'ri oqimni (IF max) ko'rsatadi. Ular shuningdek, maksimal teskari kuchlanishni (tepalik teskari kuchlanish) ko'rsatadi. Agar oshib ketsangiz
295
G pa uchun 20
Tepalik teskari kuchlanish qo'llanilsa, katta teskari oqim diod orqali oqib o'tadi, bu haddan tashqari issiqlik hosil qiladi va diodaga zarar etkazadi.
Xona haroratida teskari oqim kichik. Harorat ko'tarilgach, teskari oqim kuchayadi, bu diodning ishlashini buzadi. Germanium diodlarida teskari oqim kremniy diodlarga qaraganda yuqori bo'lib, haroratning taxminan 10 daraja Selsiyga oshishi bilan ikki barobar ortadi.
Diyotning sxematik belgilanishi rasmda ko'rsatilgan. 20-5. P-qism o'q bilan, p-qism esa chiziq bilan ifodalanadi. To'g'ridan-to'g'ri oqim1 p qismdan oqadi
. Anodli katod
p qismlari (o'qga qarshi). s
n qismi katod, p qismi esa anod deb ataladi. diodning belgilanishi.
Katod ta'minlaydi va anod elektronlarni to'playdi.
Shaklda. 20-6-rasmda oldinga yo'naltirilgan diyotning kiritilishi ko'rsatilgan. Oqim manbaining salbiy terminali katodga ulangan. Ijobiy terminal anodga ulangan. Bu oqimning oldinga yo'nalishda oqishiga imkon beradi. To'g'ridan-to'g'ri oqimni xavfsiz qiymatga cheklash uchun rezistor (Rs) diod bilan ketma-ket ulanadi.
Shaklda. 20-7-rasmda teskari yo'naltirilgan diyotning kiritilishi ko'rsatilgan. Salbiy manba chiqishi
Guruch. 20-6. Oldinga yo'nalishda egilgan diodli sxema.
Guruch. 20-7. Teskari yo'nalishda yo'naltirilgan diodli sxema.
1 Eslatib o'tamiz, biz elektron oqim haqida gapiramiz, uning yo'nalishi oqimning qabul qilingan yo'nalishiga qarama-qarshidir (muharrirning eslatmasi).
3-qism
296
tok anodga ulangan. Ijobiy terminal katodga ulangan. Kichkina teskari oqim (IR) teskari chiziqli diod orqali oqadi.
20- 3. Savollar
1. Germaniy yoki silikon diodda teskari oqim qanday muammolarni keltirib chiqarishi mumkin?
2. Diyotning sxematik belgisini chizing va terminallarni belgilang.
3. To'g'ridan-to'g'ri diodli sxemani chizing.
4. Teskari chiziqli diodli sxemani chizing.
5. Nima uchun rezistor to'g'ridan-to'g'ri diodli zanjirga kiritilishi kerak?
20- 4. DİODLARNI ISHLAB CHIQARISH USULLARI
Diyotning pn birikmasi uchta turdan biri bo'lishi mumkin: o'stirilgan birikma, eritilgan birikma yoki diffuziya birikmasi. Ushbu birikmalarning har biri uchun ishlab chiqarish usullari boshqacha.
Birlashma o'sish usuli (eng qadimgi) quyidagicha: toza yarimo'tkazgich materiali va p-tipli aralashmalar kvarts idishiga joylashtiriladi va ular eriguncha isitiladi. Eritilgan aralashga urug 'deb nomlangan kichik yarim o'tkazgich kristall joylashtiriladi. Urug' kristali asta-sekin aylanadi va eritmadan etarlicha sekin chiqariladi, shunda eritilgan aralashmaning bir qatlami uning ustida o'sishga vaqt topadi. Urug'lik kristalida o'sadigan erigan aralash soviydi va qattiqlashadi. U urug' bilan bir xil kristall tuzilishga ega. Chizilgandan so'ng, urug' navbatma-navbat n va p tipidagi aralashmalar bilan qo'llaniladi. Doping - bu bo'sh elektronlar yoki elektronlar sonini ko'paytirish uchun toza yarimo'tkazgich kristallariga aralashmalar qo'shish jarayoni.
297
20-bob
teshiklar. Bu o'sgan kristallda n- va p-tipli qatlamlarni hosil qiladi. Shunday qilib, o'sgan kristall ko'plab p-n qatlamlardan iborat.
Birlashtirilgan pn birikmasini yaratish usuli juda oddiy. Indiy kabi uch valentli materialning kichik granulasi n-tipli yarimo'tkazgich chipiga joylashtiriladi. Granula va kristall granulaning o'zi eriguncha va yarim o'tkazgich kristalini qisman eritguncha isitiladi. Ikki materialning birlashmasida p-tipli material hosil bo'ladi. Sovutgandan keyin material qayta kristallanadi va qattiq p-n birikmasi hosil bo'ladi.
Hozirgi vaqtda p-n birikmalarini olishning diffuziya usuli eng keng tarqalgan. Yoriqlari bo'lgan niqob p- va n yarimo'tkazgichning yupqa bo'lagi ustiga qo'yiladi.

Hozirgi vaqtda p-n birikmalarini olishning diffuziya usuli eng keng tarqalgan. Yivli niqob substrat deb ataladigan p- va n-tipli yarimo'tkazgichning yupqa bo'lagi ustiga qo'yiladi. Shundan so'ng, substrat pechga joylashtiriladi va gazsimon holatda bo'lgan aralashmalar bilan aloqa qiladi. Yuqori haroratlarda nopoklik atomlari substrat yuzasiga kirib boradi yoki tarqaladi. Penetratsiya chuqurligi ta'sir qilish muddati va harorat bilan boshqariladi.

Pn birikmasi yaratilgandan so'ng, diodni atrof-muhit ta'siridan va mexanik shikastlanishdan himoya qilish uchun uni korpusga joylashtirish kerak. Uy-joy, shuningdek, diodani kontaktlarning zanglashiga ulash imkoniyatini ham ta'minlashi kerak. Uy-joy turi dioddan foydalanish maqsadi yoki usuli bilan belgilanadi (20-8-rasm). Agar diod orqali katta oqim o'tishi kerak bo'lsa, korpus p-n birikmasini haddan tashqari issiqlikdan himoya qiladigan tarzda ishlab chiqilishi kerak. Shaklda. 20-9 oqim uchun mo'ljallangan diodlarning korpuslarini ko'rsatadi
Katod -1 katod
Guruch. 20-8. Eng keng tarqalgan diodli korpuslar.
3-qism
298
20-rasm 9. Uy-joy uchun
diod hisoblangan
bunda 3 Amperdan kam,
3 ampergacha yoki undan kam. Atomni uning yuztasi bilan aniqlash uchun
Tananing old tomonida oq yoki kumush chiziq bor.
Katod —*■—_
^U~~)
z:
Anod
20-4. Savollar
1. Diyotlarni ishlab chiqarishning uchta usulini tavsiflang.
2. Qaysi diod ishlab chiqarish usuli boshqalardan afzalroq?
3. To'rtta umumiy diodli paketlarni chizish.
4. 3 amperdan kam oqim uchun mo'ljallangan diodning tanasida katod qanday aniqlanadi?
20-5. DIODLARNI TEKSHIRISh
Diyotni ohmmetr yordamida oldinga va teskari qarshilik nisbatlarini o'lchash orqali tekshirish mumkin. Bu nisbat diodaning oqimni bir yo'nalishda o'tkazish qobiliyatini ko'rsatadi va oqimning boshqa yo'nalishda o'tishiga yo'l qo'ymaydi.
Germaniy diodasi yuzlab ohm darajasida past oldinga qarshilikka ega. Uning teskari qarshiligi yuqori, 100 000 ohmdan ortiq. Silikon diodlarning to'g'ridan-to'g'ri va teskari qarshiligi germaniy diodlardan yuqori. Diyotni ohmmetr bilan tekshirish past oldinga qarshilik va yuqori teskari qarshilik ko'rsatishi kerak.
E'tibor bering: Ba'zi ohmmetrlar yuqori kuchlanishli batareyalardan foydalanadi, bu esa p-n birikmasini yo'q qilishi mumkin.
Ohmmetr simlarining polaritesi ulanish simlarining rangi bilan belgilanadi: oq - ijobiy, qora - salbiy. Agar ohmmetrning musbat terminali diodning anodiga va manfiy terminali katodga ulangan bo'lsa, u holda diod oldinga yo'naltiriladi, bu holda oqim dioddan o'tishi kerak va ohmmetr past qarshilik ko'rsatishi kerak. Agar ohmmetr simlari almashtirilsa, diod teskari yo'nalishga ega bo'ladi.
299
20-bob
nazorat qilish, u orqali kichik oqim o'tishi kerak va ohmmetr yuqori qarshilik ko'rsatishi kerak.
Agar diodda oldinga va past teskari qarshilikka ega bo'lsa, ehtimol u qisqa tutashgan. Agar diod ham oldinga, ham teskari yo'nalishda yuqori qarshilikka ega bo'lsa, u holda ochiq kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin.
Diyotni aniq tekshirish ko'pchilik ohmmetrlar yordamida amalga oshirilishi mumkin.
Diqqat: Muammolarni bartaraf etish uchun ishlatiladigan ba'zi ohmmetrlar 0,3 voltdan kam ochiq terminal kuchlanishiga ega. Ushbu turdagi qurilmalar diodaning to'g'ridan-to'g'ri qarshiligini o'lchash uchun ishlatilishi mumkin emas.
Diyot orqali oqim o'tishi uchun oldinga qarshilikni o'lchashda unga qo'llaniladigan kuchlanish diodaning potentsial to'sig'idan (kremniy uchun 0,7 volt va germaniy uchun 0,3 volt) kattaroq bo'lishi kerak.
Belgilanmagan diodning katod va anodini aniqlash uchun ohmmetr ham ishlatilishi mumkin. Ohmmetr past qarshilik ko'rsatsa, uning musbat terminali anodga, salbiy terminali esa katodga ulanadi.
20-5. Savollar
1. Diyotni ohmmetr yordamida qanday tekshirish mumkin?
2. Diyotlarni ohmmetr yordamida tekshirishda qanday ehtiyot choralarini ko'rish kerak?
3. Diyot qisqa tutashuvda ohmmetr ko'rsatkichi qanday?
4. Diodda ochiq kontaktlarning zanglashiga olib kelganda ohmmetr ko'rsatkichi qanday?
5. Belgilanmagan diodning katod terminalini aniqlash uchun ohmmetrdan qanday foydalanish mumkin?
XULOSA
• Ikki n- va p-tipli yarimo'tkazgichlarni bir-biriga ulash orqali diod yaratiladi.
3-qism
300
• Bog'lanish joyiga yaqin bo'lgan hudud depletion qatlami deb ataladi. Elektronlar o'tish joyi bo'ylab n-tipli materialdan p-tipli materialga o'tadi va shuning uchun ulanish yaqinidagi elektronlar va teshiklarning kontsentratsiyasi kamayadi.
• Tuzilish qatlamining o'lchami birlashmaning har bir tomonidagi zaryad bilan chegaralanadi.
• Bog'lanish yaqinidagi zaryadlar potentsial to'siq deb ataladigan potentsial farqni yaratadi.
• Potensial to'siq germaniy uchun 0,3 volt va kremniy uchun 0,7 volt.
• Oqim diod orqali faqat tashqi kuchlanish potentsial to'siqdan kattaroq bo'lganda o'tishi mumkin.
• Oldinga yo'naltirilgan diyot tokni o'tkazadi. Bunday holda, oqim manbaining musbat terminali p-tipli materialga, salbiy terminali esa n-tipli materialga ulanadi.
• Teskari chiziqli diod orqali faqat kichik qochqin oqimi o'tadi.
• Diod faqat tokni o'tkazuvchi qurilma
20-bob. O'Z-O'ZI SINOV
1. Pn ulanish diodining asosiy xususiyati nimadan iborat?
2. Kremniy diod qanday sharoitda ochiladi?
3. Oldinga va teskari egilishli diodni yoqish sxemalarini chizing. (Sxematik belgilardan foydalaning).