УЗБЕКИСТОН АЛОКА ВА АХБОРОТЛАШТИРИШ АГЕНТЛИГИ

ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ УНИВЕРСИТЕТИ

Х.К. АРИПОВ, А.М. АБДУЛЛАЕВ, Г.Н. КУЗЬМИНА,

Е.В.ОБЪЕДКОВ, И.А. КОРОЛЕВА, А.Т. РАХИМБАЕВ.

электрон ва квант асбоблари кафедраси

ЭЛЕКТРОН КАТТИК ЖИСМЛИ АСБОБЛАР

ВА МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Булим

ЯРИМУТКАЗГИЧЛИ ДИОДЛАР

М а ъ р у з а л а р к о н с п е к т и

куйидаги йуналишдаги бакалаврлар учун

5 552300 – Телекоммуникация

Тавсия килинади

5 140900 – Телекоммуникация буйича педагог

5 521900 – Информатика ва информацион технологиялар

5 522500 – Радиотехника

Ташкент – 2002

Х.К. Арипов, А.М. Абдуллаев, Г.П. Кузьмина, Е.В. Объедков, И.А. Королева, А.Т. Рахимбаев. Яримутказгичли диодлар. Маърузалар конспекти – Тошкент: ТАТУ, 2004, с, Режа 2003 ¤ 2004 ук.й.

Маърузалар матнида «Электрон ва квант асбоблар ва микроэлектроника» курсининг «яримутказгичли диодлар» булими буйича материаллар жамланаган ва системалаштирилган. Конспектнинг фаркли хусусияти шундаки, унда урганилаётган мавзу мазмунига мос концептуал диаграммаларнинг мавжудлигидир. Улар ушбу курсни мустакил урганиш учун ёрдам бериши лозим.

Маърузалар конспекти 5 522300 (Телекоммуникация) йуналишидаги бакалаврлар учун мулжалланган. Шу йуналишга якин йуналишлар учун хам тавсия этилади.

Жавобгар мухаррир:

ф-м.ф.н., проф. Арипов Х.К.

Такризчи:

ф-м.ф.н., проф. Бахадирханов М.С.

Маъруза 6. Яримутказгичлар хакида бошлангич маълумот.

6.1. Концептуал диаграмма .

Багетная рамка: Энергетик зона

Багетная рамка: Зона туби

6.2. Зоналар назарияси.

Атом ядролари ва ядролар билан у ёки бу меъёрда богликликда булган электронлардан иборат системани курсатувчи материянинг шакли, физикада модда деб аталади. Модданинг физик-химик хоссалари системанинг кайси холатда эканлигидаги характерли хусусиятлари билан аникланади. Ядро ва электрон квант заррачалари булганлиги учун, уларнинг холатлари худди улар ташкил этган система холати каби квант механикасининг конунлари билан ифодаланади ва улардан энг асосийси Шредингер тенгламаси хисобланади.

-Ñ²Y К UY к WY ( 6.1 )

Бу ерда к h/2p ,m-заррачанинг массаси, U- заррачанинг колган бошка заррачалар, хамда ташки майдон билан узаро таъсиридаги потенциал энергияси,Ñ-Лаплас оператори, яъни координата фазоси буйича иккинчи тартибли хусусий хосилаларнинг йигиндиси ,Y-тулкин функцияси, ушбу функциянинг квадрати W энергия билан характерланган холатдаги заррачани фазони берилган нуктасида аниклаш эхтимоллиги деган маънони англатади.

Зоналар назарияси идеал кристалл моделини аникловчи куйидаги асосий тахминларга асосланади.

1. Атом ядролари электронларга таъсир килувчи куч майдонининг кузгалмас маркази хисобланади. Ушбу тахмин шундан келиб чикадики, ядронинг массаси электрон массасидан бир неча баробар катта , шунинг учун куйидагича фикр юритиш уринли,яъни ядро холати электронлар холатининг узгариши билан деярли кичик даражада узгаради. Атом асоси деб валент электронлардан ташкари барча электронлардан, хамда ядродан ташкил топган системага айтилади. Кристалларнинг механик, иссиклик, электрик, оптик хоссалари бутунлигача валент электронларнинг харакатидаги холатларига боглик булган холларда, атом асосини атом ядролари сифатида караш мумкин.

2. Электронларнинг бир-бири билан узаро таъсири, барча электронлар таъсирида хосил булган ва хар бир электронга таъсир килувчи кандайдир эффектив майдон билан алмаштирилади. Бошкача айтганда, электронинг кулон кучлари таъсири остидаги харакатига ядролар ( атом асослари ) билан ва бир-бири билан узаро таъсирини куриб чикиш урнига, кузгалмас ядролар майдони ва барча электронлар системасидан иборат « фонли » майдон кушилмасидан хосил булган стационар майдондаги электроннинг харакатини куриб чикилади. Шундай килиб, купгина жисмлар масаласи бирэлектронли масалага келтирилади.

Электроннинг каттик жимдаги холати ( кейинчалик барча мавзуларда факат кристалл каттик жисмлар назарда тутилади ) спин проекциясининг киймати ва квазиимпульснинг киймати билан аникланади.

Квазиимпульс-импульс улчамлигига эга электрон холатининг квантмеханик параметри. Хусусан, амалий яримутказгичлар физикасида шундай электронларнинг холати борки, квазиимпульсни худди электрон импульси p к mv деб кабул килиш мумкин, бу ерда m ни электроннинг хакикий массасини эмас, балки эффектив масса деб аталувчи массаси деб тушуниш лозим.

Потенциал энергиянинг даврийлиги каттик жисмдаги электрон квазиимпульси кийматининг дискретлигини келтириб чикаради. Ушбу кийматлар куйидаги ифодалар билан аникланади.

p_x n_x , p_y n_y , p_z n_z ( 6.2 )

бу ерда n_x ,n_y_,n_z - нолни инобатга олган холда, бутун мусбат ва манфий сонлар куйидаги шартлар билан чегараланган.

, , ( 6.3 )

бу ерда L_x_,_y_,_z-тартибли кристалл чизикли улчамининг кийматлари, a_1,2,3-панжаранинг мос равишда x,y,z уклари йуналиши буйича даврлари.

Квазиимпульснинг барча ноэквивалент физик кийматларининг туплами Бриллюэн зонаси деб аталади. Бриллюэннинг биринчи зона чегарасини ( 6.3 ) шарт билан аникланади. Квазиимпульснинг кушни кийматлар орасидаги фарки ( 2pħ/L ) жуда кичикдир, шунинг учун,

квазиимпульснинг дискретлиги кристаллнинг электрик ва оптик хоссаларида кузатилмайди ва уни квазиузлуксиз киймат сифатида караш мумкин.

Маълумки, эркин электрон ва импульс орасидаги богликлик парабола куринишига эга; W_k к mv²/2 к p²/2m . Каттик жисмда электрон энергияси билан квазиимпульс орасидаги богликлик анча мураккабдир. Биринчидан, бу богликлик бир кийматли эмас, яъни , шу маънодаки , берилган p_x,p_y,p_z кийматларига купгина турли W-энергия кийматлари тугри келади. Бошкача айтганда, берилган шартда Шредингер тенгламасини каноатлантирувчи бир катор WкW₁(p) функциялар мавжуд.1 сони мос равишда функциянинг улчами, агар ушбу функцияларни бир каторга куйидаги тарзда тахлаб чиксак, бунда W₁(p) W₂(p) W₃(p)... Иккинчидан, хар бир W₁(p) богликлик, умуман айтганда параболик эмасдир.

Квазиимпульснинг (6.2 ) ташкил этувчилари ( 6.3 ) ораликда ётади. Мос равишда, W_ℓ(p) энергиянинг бир катор квазиузлуксиз кийматлари кандайдир W_ℓmin дан то W_ℓmax гача булган ораликни эгаллайди. Энергия оралик сохасида кийматини узлуксиз равишда узгаришига рухсат этилган энергетик зона дейилади. W_ℓmin киймати ℓ номерли зона туби, W_ℓmax эса ушбу зона шифти деб аталади.

Агар W энергиянинг ихтиёрий равишда олинган киймати, рухсат этилган энергетик зонанинг биронта хам зонасига тушмаса, у холда берилган жисмда худди шундай энергияли электрон йук эканлигини англатади. Агар каттик жисмда маълум бир W энергия кийматига эга электрон бор булса, у холда мос сатх электрон билан банд дейилади.

Панжаранинг тури ва параметри , шу билан бирга зона номерига караб , ушбу уч холатни кузатиш мумкин.

W_ℓmax < W_ℓК1min

W_ℓmax к W_ℓК1min

W_ℓmax > W_ℓК1min

6.1- расмга каранг.

Биринчи холатда, кушни зоналар кенглиги

DW_так к W_l_К1 –W_l max эга такикланган зона билан ажратилган.

Иккинчи холатда, ёнма-ён зоналар, учинчи холатда эса устма-уст тушувчи зоналар хакида гапирилади.

Каттик жисмнинг электрик хоссалари валент электронларнинг энергетик зона буйича таксимланиш характери билан аникланади. Абсолют нолда факат икки вазият кузатилиши мумкин.

1. номерни инобатга олган холда, барча зоналар бутунлай электронлар билан тулдирилган, бошлаб юкори зонанинг барчаси бутунлай буш.

2. Тулдирилган зоналарнинг энг юкориси кисман тулдирилган.

Электртоки зарядланган заррачалар системаси воситасидаэлектр зарядни ташишдан иборат. Агар зарядланган заррачалар худди каттик жисмлардаги каби термодинамик системани намоён этса, у холда заряднинг утиши факат системада термодинамик мувозанат бузилганда кузатилади ва заррачаларнинг импульс йигиндиси нолдан фаркли булади. Бунга кура, электр майдон каттик жисмда токни факат электронлар системаси харакат холатини узгартиришга кодир булган холда хосил килиши мумкин.

Аниклаш кийин эмаски, таъкидланган биринчи вазиятда электр токи булиши мумкин эмас. Куйи зонадаги барча холатлар банддир ва ушбу система холатини , Паули принципини бузмаган холда , унча катта булмаган кучланганликка эга электр майдони ёрдамида узгартириш мумкин эмас. Т к 0 К да номергача булган куйи энергетик зоналари бутунлай банд, хамда юкорида жойлашган зоналари бутунлай буш булган каттик жисмлар диэлектриклар деб аталади.

Агар бутунлай банд зона билан юкори зонани ажратувчитакикланган зонанинг кенглиги тахминан 2.5 эВ булса, у холда хона температураси шароитида иссиклик харакати туфайли куйи зонадаги электронларнинг бир кисми юкори зонага утиши кузатилади. Энди электронлар системаси холатини жуда кичик микдордаги электр майдон билан узгартириш мумкин ( зонадаги сатхлар квазиузлуксиз ) булади ва жисм электр утказувчанлик хусусиятига эга булиб колади. Бундай жисмлар ярим утказгичлар деб аталади. Мисол учун, классик ярим утказгичлар деб хисобланган германий ва кремнийнинг такикланган зона кенглиги

Т к 0 K да мос равишда 0.744 эВ ва 1.15 эВ га тенгдир. Хона температураси шароитида худди шу сон кийматлар 0.67 эВ ва 1.12 эВ кийматига эга булади.

Юкори энергетик зоналари Т к 0 K да бутунлай тулдирилган ярим утказгичлар ва диэлектрикларни валент зона деб аташ кабул килинган. Юкорирокда жойлашган тулдирилмаган зонани утказувчанлик зонаси деб аталади.

Аввал таъкидланган иккинчи вазиятда Т к 0 K нинг узида юкори зона кисман тулдирилган булади. Зонада банд булмаган холатлар мавжудлиги хисобига, жисм Т к 0 K да электр утказувчанлик хусусиятига эга булади. Бундай жисмларни утказувчилар синфига киритилади.

Электронларнинг Т к 0 K да зона буйича таксимланиш характери зонадаги электронлар сони холатлар орасидаги фарки билан аникланади. Буни аник мисолларда куриб чикамиз.

Келинг биринчи группанинг истаган элементини оламиз, масалан, натрий. Натрий атоми 11 электрондан ташкил топган, улардан бири – валентли. Изоляцияланган атомда ушбу электрон 3s холатни эгаллайди ( асосий квант сони n к 3 , орбита квант сони l к 0 , s харфи билан шифрланади). Кушни холат 3p хисобланади ( l к 1 ). 3s дуплет холатдир, чунки спин икки йуналишга эга булиши мумкин: +1/2 ва -1/2. 3р холат деярли 6 хар хил холатни ( магнит квант сонининг учта хар хил киймати m_s=-1,0,+1 ва иккитадан хар бир вазиятда спиннинг проекция кийматлари:+1/2 ва -1/2 ) курсатади. Каттик жисм шаклланишида изоляцияланган атомдаги электронларнинг хар бир холати, жисмдаги атомлар сонига мос равишда N холатларга парчаланади. Бинобарин, натрийнинг s зонаси N дуплет холатлардан ташкил топади, валент электронларнинг сони эса бор йуги N га тенг. Зона эса факатгина ярмигача тулдирилган булади. Бундан ташкари, натрийнинг s зонаси p зона билан копланади, бу холда ушбу кушма гурухдаги бандлик яна хам кичик булади. Натрий биринчи группанинг барча элементлари каби - типик утказувчанлар. Худди шунингдек, иккинчи ва учинчи группа элементлари, s ва р зоналарнинг кесишуви натижасида утказувчанлар хисобланади.

Энди туртинчи группа элементларига утамиз. Ушбу элементларда 4 та валент электронлар мавжуд: 2 таси s холатда ва 2 таси р холатда. Шундай килиб, бирлашган s-р зона 4N дуплет холатлардан ташкил топади. Валент электронларнинг сони 4N га тенг булгани учун, кушма зона факат 1/2 тулдирилган булиши ва туртинчи группа элементлари утказувчи булишлари керак эди. Гексоганал панжарасига эга графит кристалл модификациясидаги углерод учун худди шундай хам. Ута зич жойлашган панжараларга эга олмос ( олмос, германий, кремний ) кабиларда атом ядролари орасидаги масофа t₀ шунчалик кичикки, бирлашган s-р зона кайта иккита ост зоналарга булинади, факат энди хар бир ост зона 2N дуплет холатлардан иборат булади.( 6.2. расмга каранг ).

Натижада барча 4N валент электронлар бутунлай куйи ост зонани тулдиради, юкори ост зона эса буш колади. Ушбу типдаги моддалар Т = 0 К да диэлектрик хисобланади. Икки s-р ост зоналарни ажратувчи, такикланган зонанинг кенглиги атом ядролари орасидаги масофанинг камайиши билан усиб боради. Олмос, кремний ва германий атомлари орасидаги минимал масофа куйидагиларга тенг: 0,154 нм, 0,235 нм ва 0,244 нм. Мос равишда, ушбу материалларнинг такикланган зона кенглиги куйидагича: 5,47 эВ, 1,12 эВ, 0,67 эВ. Олмос юкори температураларгача хам диэлектрик булиб колаверади, кремний ва германий эса Т = 200 К да ярим уткзгичга булиб колади.

6.3. Биржинсли каттик жисмли яримутказгичларнинг электрофизик хоссалари ва улар асосидаги пассив асбоблар.

Яримутказгичларга катта группадаги химик элементлар, аникроги, Д.И. Менделеев даврий системасининг IV-VI группасида асосий тарзда жойлашган элементлар ( C, Si, Ge, As, P, Se, Te ва бошкалар ) шунинг билан бирга иккилик ва учлик тарзида богланган I-VII группа элементларининг кенг группаси; A^I B^VII , A^I B^VI , A^I B^V ва бошкалари киради. Аммо бу моддаларнинг барчаси хам яримутказгичли асбоблар ишлаб чикаришда кулланилмайди. Яримутказгичли асбобларни ишлаб чикаришда асосий материал сифатида германий (Ge), кремний (Si) ва арсенид галий (GaAs) кенг куллинилади. Ушбу моддаларнинг асосий электрофизик параметрлари 1.1.-жадвалда келтирилган.

Яримутказгичли резисторлар энг содда яримутказгичли асбоб хисобланади. Радиоэлектроникада терморезистор, варистор, фоторезистор, ва чизикли яримутказгичли резисторлар ( интеграл микросхемаларда пассив элементлар сифатида ишлатилади) кулланилади.

Терморезиторлар – шундай асбобларки, уларнинг утказувчанлиги температурага жуда узвий богликдир. Уларни ишлаб чикаришда асосан металл оксид киритмасидан иборат майдадоначали кукун ишлатилади, булар; титан икки оксиди, магний оксиди, марганец ва никель оксиди ва нисбатан катта хусусий утказувчанли яримутказгич хусусиятига эга бир канча бошка богланишлар.

Богловчи суюклик билан хулланган кукунга прессовка натижасида керакли шакл ва хажм берилади, бунда буюмга бир вактнинг узида иккита оёкча хам прессланади. Термик кайта ишлашдан сунг богловчи суюклик бугланиб кетади ва доначалар жипслашади.

Куйидагилар терморезисторнинг асосий параметри хисобланади;

Бошлангич каршилик C- , бу t⁰к 20⁰C хароратдаги каршилик.

Каршиликнинг харорат коэффициенти

Бу коэффициет терморезистор каршилигининг нисбатан узгаришини курсатади. Шу билан бирга, ушбу коэффициент манфий ва модул жихатидан металларга нисбатан бир-икки даража тартибга каттадир.

Терморезисторлар масофадан хароратни, электромагнит нурланиш кувватини улчашда, занжирлар ва курилмаларда хароратни мувозанатловчи сифатида, термостатларда ва бошка курилмаларда кенг кулланилади.

6.1- жадвал

Параметр	Германий	Кремний	Арсенид галлий
Ядро заряди	32	14	-
Валентлик, s	4	4	-
Диэлектриксингдирувчанлик, e (нисб.кат.)	16	12	11
Эриш температураси, Т_пл, ⁰С	940	1420	1280
Электронларнинг эффектив массаси, m_n	0,22	0,33	0,07
Тешикчаларнинг эффектив массаси, m_p	0,39	0,55	0,5
Такикланган зонанинг кенглиги, ΔЕ_з, эВ *	0,67	1,11	1,4
Электронларнинг харакатчанлиги m_n, см²/(В^.с)	3800	1400	8500
Тешикчаларнинг характчанлиги, m_р, см²/(В^.с)	1800	500	450
Хусусий солиштирма каршилиги, r_i, Ом^.см	50	2^.10⁵	4^.10⁸
Хусусий концентрация, n_i, см^-3	2,5^.10¹³	2^.10¹⁰	1,5^.10⁶
Электронларнинг диффузия коэффициенти, D_n, см²/с	100	36	290
Тешикчаларнинг диффузия коэффициенти, D_р, см²/с	45	13	12

Эффектив масса электроннинг нисбатан тинч холатидаги масса бирлигида берилга m » 9,1×10^{-31 кг.}

Колган барча параметрларнинг кийматлари хона харорати учун берилган ( Т = 300 К ).

Варисторлар – шундай ночизикли яримутказгичли асбобларки, уларнинг каршилиги куйилган кучланишга боглик. Яримутказгичли моддалар сифатида алюминий, кальций ва магний аралашмали карбид кремний ишлатилади. Ушбу яримутказгич тешикли утказувчанликка эгадир. Карбид кремнийнининг майда доначалари оловга чидамли лой ва суюк шиша билан аралаштирилади. Прессовка ва кайта ишловдан сунг богловчи масса котиб боради, бунда асосий материалнинг кандайдир катта булмаган юзасидаги майда доначалар термик кайта ишлаш жараёнида хосил булган юпка пардали кварц шиша билан жипслаштирилади.Тайёр булган варистор юкори кучланишли импульс бериш оркали текшириш жараёни утказилади. Текширувчи юкори импульслар доначалар орасидаги изоляцияловчи катламларни тешиб утади, богловчи массадаги ва микроёрикларни кенгайтиради.

6.4. Аралашмали яримутказгичлар.

Тугалланган кристалл панжара – бу аник идеаллаштириш. Табиатан кристалл бир катор хар хил дефектларга эга. Шундай дефектлардан биринчиси кристалл чегараси хисодланади. Бу ерда атомларнинг кадоклаш тартиби бузилади, бу эса нафакат энергетик зоналарнинг бузилишига, шу билан бирга такикланган зона оралигида ётувчи бир бутун дискрет сатхлар системасини хосил булишига олиб келади. Булар сиртки сатхлар ёки сиртки холдатлар деб аталади.

Хажмий дефектлардан - нуктали ва чизикли даврийликнинг бузулишини, панжаранинг буш тугунларини, атом асосларининг тугунларародаги силжишини ва нихоят, тугунларда хамда тугунларароларда жойлашувчи ёд жинсли атомларни таъкидлаб утиш жоиз.

Эркин заряд ташувчилар ( ЭЗТ ) хар тамонлама бари-бир панжара дефектлари билан узаро таъсирлашади ва бу узаро таъсирлашувнинг роли кристаллнинг физик хоссаларида катта ахамиятга эга булиши мумкин. ЭЗТ ларнинг мавжуд дефектлардаги сочилишлардан ташкари, кандайдир дефектларда ташувчиларнинг ушланиши хам кузатилиши мумкин. Бундай дефектлар ушланиш маркази ёки копкон номини олишган. Бир хил дефектлар энергияни йигиш, сунг ушбу энергияни электромагнит нурланиш кванти куринишида бериш хусусиятига эга. Бундай дефектлар люминесценция маркази номини олганлар. Бир катор дефектлар карама-карши ишорали ЭЗТ ларни йуколишини стимуляция килишга кодир. Бундай дефектлар рекомбинация маркази деб номланади. Нихоят, бир хил дефектлар у ёки бу турдаги ЭЗТ хосил килишни иницация килишга кодир.

Хар хил турдаги марказлар хакидаги тушунчаларни киритиш, каттик жисмнинг физик моделини мураккаблаштириш йулидаги кадам хисобланади, бу эса уз навбатида реал объектдаги жараёнларни тулик тушуниш учун жуда мухимдир. ЭЗТ хосил килишни иницация килувчи аралашмалар билан чегараланамиз, чунки бунинг узи яримутказгичнинг барча асосий хоссаларини тушуниш учун етарлидир.

Курсатилган жинсдаги аралашмага – асосий модданинг валентлигидан бир бирликка катта ёки бир бирликка кичик валентликка эга элеметлар тегишли. Асосий моддалар хисобланган германий ва кремний учун бундай элементлар сифатида 5 ва 3 группа элементлари хисобланади. 6.3-расмда аралашмали германий ва кремнийнинг энергетик диаграммаси, мос равишда зоналар чеккасидан саналган бир хил аралашмали электронлар холатларининг энергия кийматларини ( эВда ) курсатиш оркали келтирилган. Термик кузготиш натижасида утказувчанлик зонасининг тубига якин жойлашган сатхга эга электронлар ушбу зонага эркин ута олади. Натижада электрон утказувчанлик ва мусбат зарядланган ион аралашмаси хосил булади. Утказувчанлик зонасига электрон берувчи ва шу билан бирга утказувчанлик электронларининг микдорини оширувчи аралашмалар донорли аралашмалар дейилади. Термик кузготиш натижасида валент сохадан электронларни ушлаб колувчи аралашмалар акцепторли аралашмалар дейилади. Электронни ушлаб колганда акцептор манфий зарядланган ионга айланади, валент зонада эса буш (вакант) холат хосил булади. Акцепторли аралашмалар ЭЗТ ларни, яъни тешикчаларни хосил килишни иницация килади.

Юкорида баён этилганидек, Т ¹ 0 К да электронни термик кузготишнинг аник эхтимоллиги ва электронни мос валент сохадаги бир холатидан утказувчанлик зонасининг бир холатига утиши кузатилади ( 6.4-расмга каранг ). Худди шунингдек, электронни донор сатхидан утказувчанлик зонасига утиши ёки электронни валент зонадан акцептор сатхига утиши кузатилиши мумкин.

Утказувчанлик зонасининг маълум бир холатида булган электрон узини худди ЭЗТ каби тутади, чунки унинг холатини жуда кичик электр майдон билан узгартириш мумкин. Бундай электронларни утказувчанлик электронлари деб аташ кабул килинган. Аммо яримутказгичларнинг утказувчанлиги факатгина электрон утказувчанлиги билан чекланиб колмайди.

Агар валент зонадаги электронлар системасидан бир электрон олиб ташланса ( масалан, утказувчанлик зонасига ), ушбу система етарли даражада уз холича узини худди бир эркин заряд ташувчи каби тутади. Факатгина валент зонадаги кандайдир бир электрон эмас, тугрироги ушбу зонадаги бутун электронлар системаси узини худди шу каби тутади, ЭЗТ ларнинг уз холлиги, аввалом бор шундаки, канчалик валент зонадан олиб ташланган электронлар сони куп булса, шунчалик шундай зарядларнинг сони куп булади. Бундан хосил буладики, электронни олиб ташлаш колган электронлар мажмуининг электр заряд ташиш кобилиятини камайтирмайди, аксинча уни купайтирар экан.

Хакикатдан, агар валент зонадаги барча холатлар банд булса, у холда майдон хеч нарсани узгартира олмайди ва электронлар узларини худди ЭЗТ лар каби тутмайди. ЭЗТ лар умуман йук ва электр утказувчанлик нолга тенг булади. Иккинчи шундаки, ушбу эркин ташувчининг ишораси электрон ишорасига карама-каршидир.

6.5. ЭЗТ ларнинг харакатчанлиги.

Утказувчанлик электронларига тегишли барча катталиклар n индекси билан, тешикчаларга тегишли катталиклар эса p индекси билан белгиланади. Келинг электронлар мажмуининг Е кучланганликка эга майдондаги харакатини куриб чикамиз.

Майдоннинг йуклигида утказувчанлик электронлари бетартиб ( хаотик ) харакат килиб, панжарадаги у ёки бу нобиржинслиликлар билан узлуксиз равишда тукнаш келадилар. Кандайдир электроннинг кандайдир харакат боскичи учун икки кетма-кет тукнаш орасидаги вактни t_п деб белгилаймиз. Тасодифий катталик сифатида t_п, албатта, фиксирланган вакт оралигида хар хил электрон учун, хамда аник бир электроннинг хар хил вакт оралиги учун хар хил булади. Аммо ушбу каттликнинг уртача киймати етарлича катта вакт оралигида бутун жамоа учун, шу билан бирга бир электрон учун хам аник ва доимийдир.

Электр майдон электронни тезлатиб, унинг бетартиб харакатига йуналган харакат беради. Ньютон конунига биноан электроннинг майдон йуналиши буйича `t_пвакт оралигидаги уртача силжиш тезлиги куйидагича;

(6.4)

нинг киймати хар бир тукнашув онида нолга айланади ва хар бир тукнашувда электрон панжарага иш натижасида йигилган энергияни бутунлай бермокда деб тасаввур киламиз. Натижада йуналган харакат тезлиги вакт утиши билан усиб бормайди, у тасодифий тебранишга t_п кийматининг тебраниши билан бирга дуч келади. Электроннинг катта вакт оралигидаги йуналган харакат тезлигининг уртача кийматини дрейф тезлиги деб аталади ва у куйидагига тенг;

( 6.5 )

Бутун жамоа учун йуналган харакат тезлигининг уртача киймати худди шу кийматга тенг булади. Шундай килиб, дрейф тезлиги майдон кучланганлигига пропорционалдир. Куйидаги катталик

(6.6)

утказувчанлик электронининг харакатчанлиги дейилади.

Худди шундай фикр юритиш тешикчаларнинг дрейф тезлиги ва харакатчанлиги учун куйидаги ифодаларга олиб келади;

(6.7)

(6.8)

6.2-жадвалда кремний ва германийдаги электрон ва тешикчаларнинг эффектив масса ва харакатчанлик кийматлари келтирилган. Эффектив массанинг бирлиги сифатида электроннинг хакикий киймати m₀= 9,11×10^{-28 г кабул килинган.}

6.2- жадвал.

Яримутказгичнинг типи	Электронларнинг эффектив массаси			Тешикчаларнинг эффектив массаси			Харакатчанлик см²В^-1с^-1
	M_n_^	m_n11	M_n_рез	M_p1	m_p2	m_p_рез	m_n	m_p
Германий	0,0815	1,588	0,12	0,31	0,044	0,25	3900	1900
Кремний	0,1905	0,9163	0,26	0,49	0,16	0,38	1500	600

(1.6) ва (1.8) ифодалар Е£10⁴ В см^-1 шартни каноатлантирувчи майдонлар учун тугридир. Жуда кучли майдонларда харакатчанлик майдон кучланганлиги ортиб бориши билан камайиб боради.

6.6. Яримутказгичнинг электрутказувчанлиги.

Яримутказгичларда зарядлар электрон ёки тешикчалар ёрдамида ташилади. Агар электрон ва тешикчаларнинг концентрациясини n ва p билан белгиласак, у холда ток зичлигини куйидагича ифодалаш мумкин;

(6.9)

Ушбу ифодани дифференциал шаклда Ом конунига куйсак, яримутказгичниг солиштирма электр утказувчанлиги куйидагига тенг деган хотимага келамиз;

(6.10)

Электронли яримутказгич n>>p шартда:

(6.11)

Тешикчали яримутказгичлар p>>n шартда;

(6.12)

Берилган яримутказгичнинг электр утказувчанлигини аникловчи эаряд ташувчилар асосий заряд ташувчилар дейилади. Карама-карши ишорага эга заряд ташувчилар эса асосий булмаган заряд ташувчилар деб номланади.

6.7. Электр нейтраллик шарти.

Яримутказгич 4 хил куринишдаги электр зарядларига эга; электронлар ва тешикчалар куринишидаги харакатчан зарядлар хамда донорли ва акцепторли аралашмаларнинг ионлашган атомлар куринишидаги харакатсиз зарядлар. Донорларнинг тешикча ва ионлари электрон зарядига тенг булган мусбат зарядга эга, акцепторнинг электрон ва ионлари эса манфий зарядга эгадир. Электр микдорини сакланиш конунига асосан кристалл зарядларининг йигиндиси хар доим нолга тенг. Бу шундай дегани , яъни яримутказгичдаги донорнинг тешикча ва ионларининг умумий микдори акцепторнинг электрон ва ионларининг умумий микдорига тенг.

Агар кристаллдаги аралашмалар бир текис таксимланган булса, юкоридаги конуният нафакат бутун кристалл учун, шу билан бирга унинг истаган кичик хажмли элементи учун уринли булади. Бир текис таксимланган аралашмаларга эга яримутказгичлар бир жинсли деб аталади. Бир жинсли яримутказгич учун электр нейтраллик шарти куйидагича;

(6.13)

бу ерда ва - мос холда донорли ва акцепторли аралашманинг ионлашган атомларининг концентрацияси.

Агар аралашма кристаллда бир текис таксимланмаган булса, у холда (6.13) тенглик энди кристаллнинг бир сохалари учун уринли булмайди. Ушбу сохада фазовий зарядларнинг зичлиги нолга тенг булмайди ва уларда албатта хар доим электр майдон мавжуд булади, Бундай сохалар яримутказгичдаги электрик утиш номини олган.

Назорат саволлари;

1. Кайси тахминлар идеал кристалл моделини аниклаб беради?

2. Бриллюэн зонаси нима?

3. Кандай зоналарни валент, утказувчанлик зонаси ва такикланган зона деб аталади?

4. Кандай пассив асбоблар каттик жисмли яримутказгичлар асосида Тайёрланади?

5. Аалашмали яримутказгичлар нима?

6. Электр утказувчанлик тенгламасини ёзинг.

7. Электр нейтраллик шартини ёзинг ва тушунтиринг.

Маъруза 7. Нобиржинсли яримутказгичлар.

Электр утишлар.

7.1. Концептуал диаграмма.

7.2. Яримутказгичларнинг нобиржинслиликкуринишлари.

Нобиржинслиликларнинг яримутказгичдаги, яъни физик таркиби билан фаркланувчи хажм элементларидаги таксимоти аник бир конуниятга буйсунувчи номунтазам, тасодифий ёки мунтазам хусусиятга эга булиши мумкин. Биринчи холат бизни кизиктирмайди, иккинчи холат эса катта амалий ахамиятга эгадир. Яримутказгичдаги мунтазам нобиржинслиликларни элетр утиш деб аташ кабул килинган, чунки бундай нобиржинслиликлар электр майдонни хосил булишига олиб келади.

Электр утиш-бу фазовий заряд сохаси булиб, у электр утказувчанлик тури ёки солиштирма электр утказувчанлик киймати билан фаркланувчи яримутказгичнинг икки сохаси орасида жойлашган утиш катламини борлиги хисобига хосил булади. Электр утказувчанлик тури ва солиштирма электр утказувчанлик киймати такикланган зонанинг таркиби ва аралашманинг концентрацияси билан аникланганлиги учун, электр утишнинг икки асосий куриниши мавжуд дейишимиз мумкин.

Биринчи куринишдаги утишлар бутун бир кристалл панжарага эга бир хил булмаган такикланган зона кенглиги, хамда хар хил химик табиатли сохалар орасида жойлашган узгарувчан химик таркибли катламни ифода этади. Бундай утишлар гетереоутишлар деб аталади.

Иккинчи куринишдаги утишлар бир хил химик табиатли, яъни аралашмаларнинг тури ёки концентрацияси буйича хар хил булган сохалар орасида жойлашган узгарувчан концентрацияга эга донорли ва акцепторли аралашмаларнинг катламларини ифода этади. Бундай утишлар гомогенли утишлар ёки гомоутишлар деб аталади.

Замонавий электрон курилмаларнинг курилиши асосан гомоутишларни куллашга асосланади. Бирок гетереоутишлар бир катор ажойиб хоссаларга эга ва тайёрлаш технологиясининг такомиллашуви натижасида ушбу утишларнинг ишлатилиш солиштирма огирлиги шубхасиз усиб боради. Айникса толали-оптика алока системаларида гетереоутишлар кенг кулланилмокда.

7.3. Электр утиш.

Аралашмали яримутказгичдаги ЭЗТ ларнинг концентрацияси донорли ва акцепторли аралашмаларнинг концентрацияси билан аникланади. Утиш жараёнида ушбу катталик доимий булмаганлиги учун, ЭЗТ ларнинг концентрацияси хам доимий булмайди. Бу эса яримутказгичнинг худудий электр нейтралликни бузилишига, фазовий заряд ва ички электр майдонни хосил булишига олиб келади.

Утишдаги электр майдон хосил булиш жараёнини тулик тушуниш учун, нобиржинслилик сохасидаги аралашмалар ясси катламда шундай таксимланган деймизки, ушбу катламга перпендекуляр йуналишда саналувчи N_d – N_a катталик факат бир фазо координатаси – х нинг функцияси деб тасаввур киламиз (7.1-расм). Ушбу тахмин нафакат модел жихатидан кискартирилган хисобланади. Бу факт нуктаи назаридан замонавий планар ва планар-эпитаксиал технологияси буйича тайёрланаётган яримутказгич асбобларнинг актив элементларидаги аралашмаларнинг таксимланиш характерига жуда мос келади. Планар технологиясининг мазмуни шундаки, аралашмалар кристалл пластинканинг ясси юзасига диффузия методи ёки мос ионлар билан бомбардировка килиш методи оркали киритилади ( ионли имплантация ). Планар-эпитаксиал технологиясининг мазмуни эса шундаки, диффузия жараёнидан аввал кристалл куйгич (подложка ) устида берилган таркибдаги аралашмани газли мухит ёки суюк аралашма ёрдамида ингичка ясси кристалл катлам устирилади.

7.1-расмда утиш жараёнидаги тенг концентрацияли аралашмалар текислигига перпендекуляр булган текисликка эга кандайдир кристаллнинг кесими келтирилган. Штрих билан аралашмалар бир текис таксимланган I ва II сохалар курсатилган. Улар орасида катта ёки кичик давомийликка эга нотекис таксимланган аралашмадан иборат утиш сохаси бор. х уки тенг концентрацияли

текисликларга перпендекуляр йуналган. Координата боши сифатида маълум бир биржинсли соханинг чукурлиги танланган.

Аниклик учун N_d – N_aк f (x) усиб борувчи х нинг функцияси деб тасаввур киламиз. У холда, аралашмаларнинг концентрация буйича нобиржинсли булган сохасида электронларнинг концентрацияси х нинг усиб борувчи, тешикчаларнинг концентрацияси эса х нинг камайиб борувчи функцияси булиши керак. Бошкача айтганда, электронли газнинг зичлиги ва босими х уки йуналиши буйича усиб боради. Тешикчаларнинг зичлиги ва босими эса х уки буйича камайиб боради. Аммо агар бу газларга бошка хеч кандай кучлар таъсир курсатмаса, улар мавжуд босим узгариши (перепад) таъсирида худди бир бутундек силжиши керак. Тешикчали газ х уки йуналиши буйича, электронли газ эса карама-карши йуналишда окади. Агар куриб чикилаётган газларнинг “молекулалари” нейтрал булганда, у холда силжиш хар бир газнинг зичлиги ва (парциал) босими кристаллнинг бутун хажми буйича тенг булмагунча давом этарди.

Аммо бизнинг холатда “молекулалар” зарядланган ва шунинг учун газларнинг силжиши электр майдоннинг дархол хосил булишига, бу эса уз навбатида уларнинг кейинчалик силжишига тускинлик килади. Мувозанат парциал босимларнинг тенглашувига кадар аввалрок содир булади. Хакикатда, бир фурсатга электронли газнинг зичлиги, аникроги электронларнинг концентрацияси бутун хажм буйича бир хил деб тасаввур киламиз. Аникки, ушбу катталик мос I соханинг минимал ва мос II соханинг максимал кийматлари орасидаги оралик эга булади. Демак нобиржинслилик сохасининг чап кисмидаги электронлар концентрацияси электр нейтралликка мос келувчи кийматлардан катта,унг кисми эса, аксинча, электронлар концентрацияси электр нейтралликка мос келувчи кийматдан кичик булади. Унг ярим кисм мусбат зарядга, чап ярим кисми эса манфий зарядга эга булиб колади. Худди шунингдек, тешикчали газларнинг силжиши худди шу натижага олиб келади. Биргаликда бу икки эффект яримутказгичда 7.1-расмда курсатилганидек йуналишга эга майдонни хосил булишига олиб келади. Газларнинг силжиши тухтайди ва электронли ( тешикчали ) газнинг ихтиёрий элементига босим узгариши (перепади) натижасида хосил булган таъсир килувчи куч, худди шу элементга таъсир килувчи электр майдон кучи билан тенглашганда яримутказгичда динамик мувозанатнинг вакти келади.

Шундай килиб, фазовий зарядни электр утишда хосил булиши, яримутказгичнинг уз холлигича кутбланишидир, бу ундаги аралашмаларнинг нобиржинсли таксимоти ва яримутказгичдаги харакатчан ( ЭЗТ ) ва харакатсиз ( донор ва акцепторнинг ионлари ) электр зарядлар системаси мувозанатининг мухим шартини хосил килади.

7.4. Мувозанат электр утишдаги ЭЗТ ларнинг потенциал ва концентрацияси таксимоти.

Фикран х ва x К dx координатали I ва II текисликлар орасида жойлашган электронли газнинг чексиз ингичка dx катламини ажратиб оламиз. Ушбу катлам уни ураб турган электронли газ томонидан чапдан Р₁ва унгдан Р₂ босимга дуч келади. Маълумки, газнинг босими nkT га тенг, бу ерда n- ушбу газ заррачаларининг концетрацияси.I текисликдаги электронлар концентрациясини n₁ билан, II текисликдагини эса n₂ билан ифодалаймиз. Унда куриб чикилаётган катлам учун босимлар фарки DР куйидагига тенг:

(7.1.)

dx катламга таъсир килувчи босим ( перепади) узгариш кучи куйидагига тенг булади;

(7.2)

бу ерда s-катлам чегарасининг юзаси. “-“ ишораси, ушбу куч электрон концентрацияси вектор градиентининг йуналишига карама-каршилигини курсатади.

Ана шу катламга таъсир килувчи электр майдон кучини аниклаймиз. Катламнинг DQ электр заряди куйидагича:

(7.3)

Катламга таъсир килувчи электр кучи куйидагига тенг булади:

(7.4)

Мувозанатлик холатида катламга таъсир килувчи кучларнинг йигиндиси нолга тенг. Бундан:

ёки

(7.5)

булгани учун, у холда

(7.6)

Ушбу дифференциал тенгламани ечиб, куйидагини оламиз:

Тешикчали газларга нисбатан хам худди шундай мулохаза юритиб, куйидагини хосил киламиз:

Интеграллш узгармаслари хисобланган С1 ва С2 хар доим чегаравий шартлардан аникланади. Координата бошини биз яримутказгичнинг бир жинсли I сохаси чукурлигига жойлаштиргандик. Бу еода худудий электр нейтраллик шарти бажарилади ва майдон йук булади. Ушбу соханинг координата боши атрофидаги потенциалини нолга тенг деб оламиз. У холда (7.7) ва (7.8) ифодаларга хк0; Uк0 кийматларини куйиб, С1кn₁, C2кp₁ ни оламиз.

Бундан келиб чикадики:

(7.9)

(7.10)

Шундай килиб, ЭЗТ ларнинг концентрацияси ва электр утишдаги потенциал бир-бири билан экспоненциал богликликка эга экан.

Утишдаги потенциал таксимотини Пуассон тенгламасини ечиш оркали аниклаймиз. Фазовий заряднинг истаган катламдаги зичлиги куйидагига тенг;

(7.11)

ёки (7.9) ва (7.10) инобатга олган холда

(7.12)

Бунга кура, Пуассон тенгламаси куйидаги куринишга эга булади:

(7.13)

Аралашманинг таксимоти, яъни N_d – N_aк f (x) маълум булгани учун, (7.13) ни ечиб UкU(x) аниклаймиз.

(7.9) ва (7.10) муносабатлар яримутказгичнинг истаган хажм элементи учун уринли булиши керак, у холда уларни иккинчи биржинсли соха, яъни электронлар ва тешикчаларнинг концентрацияси мос холда n₂ ва p₂ га тенг булган сохага куллаб, ушбу соханинг U₂ потенциали куйидагига тенг эканлигини аниклаймиз:

(7.14)

Электр утишнинг охирларидаги потенциаллар фарки утиш билан ажратилган яримутказгичнинг биржинсли сохасидаги бир хил турдаги ЭЗТ ларнинг концентрациялар нисбатининг логарифмига пропорционалдир. Ушбу фарк утишдаги контактли потенциаллар фарки деб аталади.

7.2-расм. ЭЗТ утишдаги концентрация ва потенциал таксимоти схемаси

Умуман айтганда, шундай хотимага келиш мумкин, элекир утиш сохасидаги потенциал акцепторли атомлар концентрациялари орасидаги фаркни усиб бориш йуналишида ошиб боради. Мос холда худди шу йуналиш буйича U билан экспоненциал богликликка эга электронларнинг концентрацияси усиб боради, тешикчалар концентрацияси эса электронлар концентрациясига тескари пропорционал равишда камайиб боради ( 7.2-расм).

Электр утишнинг кенглиги доимо нобиржинсли аралашмалар концентрациясига эга яримутказгичнинг кенглик сохасидан ошикча булади, чунки унда утиш биржинсли яримутказгичнинг сохасини хам кисман коплаб туради. Агар аралашмалар концентрацияси буйича нобиржинслилик кенглиги катта, хамда уни утиш кенглиги билан тенг деб хисоблаш мумкин булса, у холда бундай утишни силлик утиш деб аталади. Агар нобиржинслиликларнинг худудланиш кенглиги утиш кенглигидан жуда кичик булса, у холда бундай утишни кескин утиш деб аталади.

7.5. Диффузион тенглама.

Асосий булмаган ташувчиларнинг инжекция ва экстракция жарёнида уларнинг яримутказгичнинг мос соха хажмидаги таксимоти нотекис булади. Ушбу холатда хаотик иссиклик харакати диффузия деб аталувчи, аникроги заррачани ташиш макроскопик жараёнини хосил булишига олиб келади. Маълумки, диффузия жараёнида бирлик вакт давомида S юзали текислик буйича , хамда вектор йуналишига перпендикуляр равишда ташилувчи заррачаларнинг микдори :

(7.15)

билан аникланади. Ушбу тенгламада: D-диффузия коэффициенти; - концентрация градиентининг куриб чикилаётган х текисликдаги киймати; “ –“ ишораси диффузион ташиш концетрация градиенти йуналишига карама-карши йуналишда содир булаётганлигини курсатади. Келинг х ва xКdx текисликлар билан чегараланган pn утиш текислигига параллел булган n-яримутказгичнинг чексиз ингичка dx катламини куриб чикамиз (7.3-расм).

Ушбу катламнинг х ва xКdx чегаралари буйича бирлик вакт давомида , юкориги тенгламага асосан

(7.16)

(7.17)

тешикчалар диффузияланади. Катлам ичида тешикчаларнинг таксимотини бир текис деб хисоблаш мумкин булганлиги учун, бирлик вакт давомида катламдаги тешикчаларнинг микдор узгаришини катлам хажмини тешикчалар концентрациясининг узгариш тезлигига купайтмаси куринишида ифода этиш мумкин. Бошкача тарафдан, ушбу катталик (7.16) ва (7.17) ларнинг фаркига тенг булиши керак. Бундан ушбу келиб чикади:

(7.18)

Концентрация градиенти х нинг узлуксиз функцияси хисобланади, шунинг учун :

(7.19)

(7.19) ни хисобга олган холда, мувозанатлик тенгламаси (7.18) ни куйидаги куринишда ёзиш мумкин :

(7.20)

(7.20) тенглама Фикнинг иккинчи тенгламаси номини олган.

Агар яримутказгичда диффузиядан тахкари бошка хеч кандай жараён содир булмаса, у холда истаган хажм элементидаги асосий булмаган ташувчиларнинг концентрацияси координата буйича шу элемен хажмидаги ана шу ташувчилар конценрациясининг иккинчи тартибли хосиласининг кийматига пропорционал тезлик билан узгаради. Таъкидлаш жоизки, электрон ва тешикчали газларнинг диффузия коэффициенти, мос холда, куйидагига тенг :

(7.21)

бу ерда l_n ва l_p –мос заряд ташувчиларнинг эркин югуриш тезлиги.

7.6. Узлуксизлик тенгламаси.

Яримутказгичда мувозанатнинг бузулиши куриб чикилган барча учта кинетик жараёнларнинг бир вактнинг узида кечиши билан кузатилади. Агар ушбу жараёнларни узаро богликсиз деб хисобласак, асосий булмаган ташувчиларнинг концентрация градиенти ва майдон кучланганлигини унчалик катта булмаган кийматларга эга булса, у холда асосий булмаган ташувчиларнинг натижавий концентрация узгариш тезлиги парциал тезликларнинг йигиндисига тенг булади, яъни

(7.22)

Худди шундай тенгламани р-яримутказгичдаги электронлар учун хам ёзиш мумкин.

(7.22) тенглама узлуксизлик тенгламаси дейилади. Ушбу тенглама математик шаклдаги шундай хакикий тасдикни ифодалайдики, яримутказгичнинг ихтиёрий элемент хажмидаги заряд ташувчиларнинг концентрациясини узгариши гох ушбу заррачаларни генерация ( рекомбинация ) килиш натижасида гох уларни диффузия ёки электр утиш жараёнида келиши ( кетиши ) натижасида ва , нихоят, гох биринчи, иккинчи ва учинчи жараёнларни бир вактнинг узида содир булиши мумкин.

Узлуксизлик тенгламаси яримутказгичдаги кинетик жараёнларнинг асосий тенгламаси хисобланади ва яримутказгичнинг ихтиёрий нуктасида, истаган вакт онида ва яримутказгич мувозанатини бузувчи истаган ташки таъсир остида заряд ташувчиларнинг концентрациясини аниклаш имкониятини беради. Ташувчиларнинг концентрациясини аникласак, бошка физик катталикларнинг фазовий ва вактга богликлигини аниклаш кийин булмайди, масалан, хам биржинсли, хам нобиржинсли истаган структурали яримутказгичдан окиб утаётган ток кучини аниклаш мумкин.

7.7. p-n утиш.

Амалиёт томонидан электр утишнинг хар хил турларидан энг асосийси электрон –тешикчали ёки p-n утиш хисобланади, хамда бу утиш качонки яримутказгичнинг нобиржинслилик сохасидаги (N_d – N_a) катталик ишорасини манфийдан мусбатга ёки тескарисига узгартирса содир булади. Бошкача айтганда, электрон-тешикчали ёки p-n утиш деб яримутказгичнинг икки сохаси, яъни бирининг электр утказувчанлиги р-типга, бошкасиники эса n-типга эга сохалар орасидаги утишга айтилади.

p-n утишнинг ташки занжирга уланиш схемаси 7.4-расмда келтирилган.

Идеаллаштирилган кескин p-n утишдаги аралашмаларнинг таксимланиш концентрациясини зинасимон киялик билан курсатиш мумкин (7.5-расм).

х £ 0 да N_a(x) к N_aк const, N_dк 0. При x ≥ 0, N_aк 0, N_d(x) к N_dк const. х к 0 текислик утишнинг технологик чегараси деб аталади.

Юкорида олинган ифодаларга асосан р-n утишдаги электрон ва тешикчаларнинг концентрация таксимоти

(7.23)

функциялар билан аникланади.

Контакт потенциаллар фарки куйидагига тенг:

(7.24)

Бу ерда n_p ва p_p– яримутказгичнинг р-сохасидаги электрон ва тешикчаларнинг мувозанатлашган концентрациялари, n_n ва p_n - яримутказгичнинг n-сохасидаги худди шу заррачаларнинг мувозанатлашган концентрациялари: W_1._n ва W_1._p – худди контактлашувчи сохалардаги каби аралашмалар концентрациясига эга алохида олинган n ва p яримутказгичлар Ферми сатхининг энергиялари.

7.5- расм. Кескин р-n утишдаги аралашмалар концентрацияси, майдон кучланганлиги, потенциал ва ЭЗТ лар конценрациясининг таксимоти.

Пуассон тенгламаси куйидаги куринишга эга булади:

(7.25)

х ≤ 0 да уринли ва

(7.26)

х ≥ 0 да уринли.

Фазовий заряднинг р – сохадаги координата чегарасини (-х_р) билан белгилаймиз, фазовий заряднинг n – сохасидаги координата чегарасини эса (Кх_n) билан белгилаймиз (7.5-расм). х нинг ортиши билан р_ре^-^qU^/кТ катталик жуда тез суратда камайиб боради, яъни (-х_р) чегарасидан (Кх_n) чегараси томон силжиганда. Шунинг учун, умуман барча утишларда ушбу катталик N_a хамда N_d катталикларга нисбатан ахамиятсиз даражада кичикдир. n_pe^qU^/кТ катталикка нисбатан хам худди шу уринли булади. Ушбу катталикларни ахамиятга олмаган холда, куйидаги тенгламаларга келамиз:

(7.25`)

(7.26`)

(7.25`) ва (7.26`) тенгламаларнинг ечими куйидаги чегеравий шартларни кониктириши лозим:

х ≤ -х_рда U к 0 ;

х ≥ х_n да U к U_к;

х ≤ х_р ва х ≥ х_n да .

(7.25`) тенгламани эса х к 0 да х к х_n гача булган ораликда интеграллаб, куйидагини оламиз:

(7.27)

(7.28)

х к 0 текисликда икки тенгламани ечими узаро мос тушиши керак, у холда, уларни тенглаштириб, мухим хулосага эга буламиз.

(7.29)

Яримутказгичнинг хар бир контактлашувчи сохаларида ётувчи кескин p-n утиш сохаларнинг кенглиги ушбу сохалардаги аралашмаларнинг концентрациясига тескари пропорционалдир.

Кескин p-n утишдаги майдон кучланганлигининг киймати хар бир сохада утиш технологик чегарасининг тенг максимумга кадар чизикли конуният буйича узгаради.

(7.27) ва (7.28) ларни худди шу ораликда интеграллаб, куйидагини оламиз:

(х ≤ 0 учун) (7.29)

(х ≥ 0 учун) (7.30)

Кучланиш фазовий заряднинг хар бир чегарасидан танланган текислик орасидаги масофага боглик холда квадратик конуният буйича узгаради.

(7.29) ва (7.30) х к 0 да узаро мос тушиши керак, у холда бундан куйидаги келиб чикади:

(7.31)

(7.31) муносабат ёрдамида фазовий заряд чегарасининг холатини, хамда мувозанат холатидаги p-n утишнинг тулик кенглигини Δ₀ аниклаш мумкин.

(7.32)

(7.33)

Агар (7.24) ни хисобга олсак, холда

(7.34)

Мувозанатли p-n утишнинг кенглиги температура ортиши ва аралашмаларнинг концентрацияси камайиши билан ортиб боради.

(7.29) ва (7.30) ларни (7.23) га куйиб, ЭЗТ концентрацияси таксимот функциясининг яккол куринишини оламиз (7.5 – расм). Таъкидлаш жоизки, агар N_d¹ N_aбулса, у холда nкp текислик, яъни утказувчанлик типидаги инверс текислик утишнинг технологик чегараси билан мос тушмайди. Бундай утишни носимметрик утиш деб аталади.

Назорат саволлари:

Электр утиш нима? Кандай утишлар гомогенли ва гетерогенли деб аталади.
Контакт потенциаллар фарки нимага боглик?
"Диффузия" тушунчасини изохланг. Электрон ва тешикчали газларнинг диффузия коэффициенти нимага тенг?
Мувозанатли p-n утишнинг кенглигига ташки омиллар кандай таъсир курсатади?
Узлуксизлик тенгламасини ёзинг ва изохланг.
p-n утишнинг ташки занжирга уланиш схемасини чизинг ва уни тушунтиринг.

Маъруза 8. p-n утишда мувозанатниннг бузулиши.

8.1. Концептуал диаграмма.

8.2. Утишда мувозанатликни бузулиш шарти.

Утишдаги мувозанатлик электрон ва тешикчали газларнинг истаган хажм элементига таъсир килувчи ички электр майдон ва ушбу газларнинг парциал босимлари фаркида хосил булган кучларнинг микдоран тенглигига асосланади. Бу ердан шу нарса келиб чикадики, утишдаги мувозанатликни ёки утишдаги майдон кучланганлигини узгартириш билан ёки ЭЗТ ларнинг кийматига парциал босимлар пропорционал булган, ЭЗТ концентрациясини узгартириш йули билан бузулиши мумкин.

ЭЗТ ларнинг концентрациясини хам утишда, хам у учун аникланган яримутказгич сохаларида, мисол учун, мос тулкин узунлигидаги ёруглик билан ёки ушбу сохадаги эркин заряд ташувчиларнинг генерация ( рекомбинация ) тезлигини узгартирувчи истаган бошка таъсир йули билан узгартириш мумкин. Шу билан бирга, уни яна утишга мажбурий киритиш ( инжекция ) ёки, аксинча, утишдан ЭЗТ ларни мажбурий олиб ташлаш ( экстракция ) йули билан узгартириш мумкин.

Утишдаги майдон кучланганлигини утишга ташки кучланиш бериш йули билан узгартириш мумкин. р-n утиш чегарасидаги потенциаллар фарки, уланган кучланишнинг кутбига караб ё камайиши ёки ортиб бориши мумкин. Агар утиш чегарасидаги потенциаллар фарки камаётган булса, у холда утишнинг уланишини тугри деб аталади, агар у ортиб борса, у холда бундай уланиш тескари дейилади.

ЭЗТ ларнинг концентрацияси ва майдон кучланганлиги узаро бир-бири билан боглик булган – катталиклар, шунинг учун, ташки омил уларнинг кайси бирига таъсир килишидан катъий назар, бу икки катталик бирга узгаради. Майдон кучланганлиги ва утишдаги потенциаллар фарки узларининг мувозанатлик кийматларидан фаркли булиб колади ва хам утишда, худди у учун аникланган сохаларда ошикча ва мувозанатсиз ЭЗТ хосил булади.

Утишда мувозанатликни бузулишини хосил килувчи, кандай сабабдан катъий назар, хар бир газга таъсир килувчи кучлар компенсацияланмаган булади ва газлар харкатга кела бошлайди. Агарда ташки занжир ёпик булса ёки агар ушбу занжир очик булиб ( термоЭЮК , фотоЭЮК ва бошкалари ), контактлашувчи яримутказгичлар ташки чикишларига кандайдир кучланиш берилса, утишда электр токи хосил булади.

8.4. Мувозанатсиз холатда электрон-тешикчали утиш.

Агар р-n утишга кучланиш манбаини уласак, унда мувозанатли холат бузилиб, занжир буйича ток ока бошлайди. Камбагаллаштирилган катлам каршилиги нейтрал катлам каршилигидан ахамиятли даражада каттадир, у холда кичик ток таъсирида ташки кучланиш U дярли туликлигича камбагаллаштирилган катламга уланади. Ушбу кучланиш таъсирида потенциал тусик катталиги узгаради.

Агар кукчланиш манбаининг мусбат кутби р сохага, манфий кутби эса n-сохага уланган булса, ухолда утишдаги кучланиш тугри деб аталади ( U > 0) . Тугри кучланишда потенциал тусик камаяди, чунки утишдаги ташки майдон ички майдон йуналиши билан тукнаш булади. Тескари кучланишда утишдаги ( манбанинг манфий кутби р-сохага уланади ) потенциал тусик кутарилади, чунки ташки ва ички майдонлар мос келишиб кушилади.

Потенциал тусик баландлиги билан бирга унинг кенглиги хам узгаради. Тескари кучланишда L_теск катталашади, буни электр майдон таъсири остида утишдан асосий ташувчиларнинг силжиши билан тушунтириш мумкин. Бунда утиш чегарасида кушимча ионли аралашмалар купайишади, бу эса уз навбатида камбагаллаштирилган катлам калинлигини, хамда тусик баландлиги усишига олиб келади. Ушбу жараён диэлектрик релаксация вактига якин вакт давомида содир булади. Тугри кучланишда L_теск асосий ташувчиларнинг камбагаллаштирилган катлам томон силжиганлиги сабабли камаяди. Камбагаллаштирилган катламга кира бориб, улар унинг маълум бир хажмий заряд кисмини компенсациялайди, бу эса катлам калинлигини камайишига олиб келади. Носимметрик зинасимон р-n утиш учун:

(8.1)

бу ерда j₀ – Т к 0 К да контакт потенциаллар фарки.

Утиш энергетик диаграммасида р- ва n – типли сохалардаги Ферми сатхининг тугри (а) ва тескари (б) силжиши мувозанатли диаграммасидан фаркли уларок хар хил баландликда жойлашган, улар орасидаги фарк q/U_I га тенг.

Тугри силжишда утишдаги майдон кучланганлиги камаяди, диффузион ва дрейф токларнинг мувозанатлик шарти бузилади – электронларнинг n сохадан диффузияси ва тукнаш тешикчаларнинг диффузияси уларнинг дрейф харакатига нисбатан устун булади. Диффузия натижасида асосий булмаган ташувчиларнинг утиш билан чегарадош нейтрал сохалардаги концентрацияси ортиб боради. Бу жараён асосий булмаган ташувчиларнинг инжекцияси деб номланади.

Инжекцияга асосий булмаган ташувчилар концентрацияси кучланишга кескин богликсизлик хосдир: кучланишнинг бор йуги 2,3j_т (Т = 300 К да 60 мВ) га ортиши концентрацияни бир тартибга ортишига олиб келади.

б)

а)

8.1.-расм. Утишнинг тугри (а) ва тескари (б) силжишдаги энергетик диаграммалари.

Ошикча асосий булмаган ташувчилар коцентрацияси утиш чегарасида нафакат куйилган кучланиш хисобига, шу билан бирга, бошка омиллар таъсири остида хам хосил булади, масалан, ёруглик таъсирида. Натижада утишда (ЭЮК) кучланиш хосил булади, бу кучланишни асосий булмаган ташувчилар концентрацияси оркали ( 8.2 ) ва ( 8.3 ) ифодалар билан ифодалаш мумкин.( агарда уларни кучланишга нисбатан ечиш мумкин булган холда)

(8.2)

(8.3)

бу ерда j_т – Т температурадаги контакт потенциаллар фарки.

Шундай килиб, ошикча асосий булмаган ташувчиларни хосил килувчи кандай сабабдан катъий назар, уларни кучланиш билан богликлигини ( 8.2 ) ва ( 8.3 ) ифодалар билан аниклаш мумкин.

Юкори кучланишда утишнинг калинлиги ( 8.1 ) кучланишга пропорционал булмаган холда усиб боради, натижада электр утишнинг кучланганлиги катталашиб боради ва унда ташувчиларнинг дрейф харакати диффузияга нисбатан устун булади: n – сохадаги тешикчалар ва р- сохадаги электронлар хаотик иссиклик харакати туфайли утиш чегарасини кесиб утишлари мумкин, бу ерда улар уларни кушни сохага утказувчи майдонга тушиб колишади. Натижада утиш чегарасида асосий булмаган ташувчиларнинг конценрацияси камайиб боради: ушбу ходисани асосий булмаган ташувчиларнинг экстракцияси деб аташ кабул килинган. ( 8.2 ) ва ( 8.3 ) ифодалар экстракция учун хам уринлидир, U < 0 да улардан Dn_p < 0 , Dр_n < 0 келиб чикади, бу эса асосий булмаган ташувчиларнинг концентрацияси мувозанатлик концентрациясига нисбатан камайишига мос келади.

8.5. Токнинг р-n утиш оркали идеаллаштирилган тенгламаси.

Идеаллаштирилган р-n утиш реал р-n утишнинг соддалаштирилган модели булиб, бу ерда куйидаги асосий мулохазалар (допушения) кабул килинган:

Камбагаллаштирилган катламда ташувчиларнинг генерация, рекомбинация ва сочилиши йук; ташувчилар камбагаллаштирилган катламни маълум бир онда утади, яъни бир хил ишорани ташувчиларнинг токлари икки томон чегарасида бир хил;

Камбагаллаштирилган катлам ташкарисида электр майдон йук, бу ерда ташувчилар, факатгина диффузия туфайли харакатланадилар; нейтрал соха каршилиги камбагаллаштирилган катлам каршилигига нисбатан ахамиятсиз даражада кичик хисобланади; инжекция даражаси кичик;

р-n утиш чегаралари яссидир , ташувчилар факатгина мана шу чегараларга перпендикуляр равишда харакатланадилар, ёнги эффектлар хисобга олинмайди.

Куриб чикилаётган р-n утиш моделида унча катта булмагантугри кучланиш остида асосий булмаган ташувчиларнинг концентрациясини утиш чегараси ташкарисидаги сохаларида узгариши, ушбу сохаларининг электр нейтраллигини бузмайди. Бу ташки занжирдан келувчи асосий булмаган ташувчилар оркали инжекцияланган, асосий булмаган ташувчиларнинг тез ( диэлектрик релаксация вактида давомида ) нейтраллаши билан тушунтирилади. Нейтрал сохалар кенглиги Ушбу сохалардаги асосий булмаган ташувчиларнинг диффузион узунлигидан анча ката деб, тасаввур киламиз. р-n утишнинг тугри кучланишдаги физик жараёнларни 8.2-расм оркали тушунтирилади. 8.2.а-расмда тугри токни хосил килувчи асосий ташувчиларнинг харакат йуналиши курсатилган.

8.2-расм. Тугри кучланишда р-n утишдаги физик жараёнлар

Ушбу ташувчиларнинг р-n утиш оркали силжиши, ошикча асосий булмаган ташувчилар – электронларни р – сохага, тешикчаларни эса n – соха инжекциясига олиб келади. р-n утиш атрофидаги нейтрал сохаларда асосий булмаган ташувчилар, унинг чегарасидан ушбу ташувчилар градиенти туфайли кузгатилган диффузия натижасида харакатланадилар. Ушбу Dn_p(x) ва Dp_n(x) сохаларда асосий булмаган ташувчилар концентрациясини стационар таксимотлари куйидаги шарт остида, яъни, хисоб боши сифатида утиш чегарасидаги концентрациялар ( 8.2 ) ва ( 8.3 ) буйича Аникланиши керак булган диффузия тенгламаси оркали аникланади, нейтрал сохалар чукурлигида эса улар рекомбинация жуфтлигида нолга интиладилар. Диффузия тенгламасининг ечими куйидаги куринишга эга:

(8.4)

бу ерда L_p, L_n – мос равишда n – сохадаги тешикчалар ва р – сохадаги электронларнинг узунлиги.

Dp_n(x) к p_n(x)-p_n₀ , Dn_p(x) к n_p(x)-n_p₀ концентрациялар таксимоти 8.2(б) –расмда курсатилган, бу ерда х координатасининг – мос р-n утиш чегарасидан олинган хисобнинг хар хил боши ва йуналиши кабул килинган. р-n утишнинг вольт-ампер тавсифи ( ВАТ ) ифодасини аниклаймиз. р-n утишдан окиб утаётган ток электрон ва тешикчалар токларидан ташкил топган, улар р-n утиш чегарасида куйидагига тенг:

(8.5)

бу ерда S – утишнинг юзаси: D_n , D_p – электронларнинг р сохадаги ва тешикчаларнинг n – сохадаги диффузия коэффициентлари. p- соха ( 8.3 ) чегарасидаги D n_p₀ ошикча электронлар, хамда n – соха ( 8.3 ) чегарасидаги D p_n₀ тешикчалар концентрацияларини ( 8.5 ) ифодага -куйсак, р-n утишнинг идеаллаштирилган ВАТ оламиз.

(8.6)

бу ерда I₀ – иссиклик токи хисобланиб, ягона параметр хисобланади ва тескари тока эгадир, яъни U<<0 ва½U½>>j_т да I к -I₀.

Кичик тугри кучланиш ( U £ 3j_т ) учун вольт – ампер тавсифи 8.3 – расмда курсатилган ( 1-эгри чизик, хисобнинг унгдаги шкаласи ). Тугри кучланишда ток бирданигина усади: токнинг бир тартибга узгариши кучланишнинг 2,3j_т ( Т = 300 К да 60 мВ ) га узгаришига мос келади. Модул буйича ( 2¸3 )j_т дан каттарок тескари кучланишда идеаллаштирилган p-n утишнинг тескари токи кучланишга боглик эмасдир ва I₀ га тенг. Тартиби ( 10³¸10⁴ )I₀ тенг тугри токлар учун ВАТ га ( 2-эгри чизик ) токларнинг чап хисоб шкаласи мос келади, унинг тескари тармоги ( ветвь ) ва тугри тармог бошланиш сохаси ( участок ) графикда курсатилган. Шунинг учун, ВАТ нинг тугри ва тескари тармокларини, агар бир графикда тасвирлаш керак булса, хар хил масштабдан фойдаланадилар.

8.3 – расм. р-n утишнинг вольт – ампер тавсифи

Назорат саволлари:

1. Яримутказгичнинг утиш сохасида ЭЗТ концентрациясини кайси йуллар билан узгартириш мумкин?

2. Яримутказгичда мувозанатнинг бузулишида кандай жараёнлар содир булади?

3. Утишдаги тугри ва тескари кучланиш асосий булмаган ташувчиларнинг инжекция ва экстракцияси.

4. Идеаллаштирилган p-n утиш реал p-n утишдан нимаси Билан фарк килади?

5. Идеаллаштирилган p-n утиш ВАТ хулосаларини тушунтириб беринг.

Маъруза 9. Яримутказгичли диодлар.

9.1. Концептуал диаграмма.

9.2. Яримутказгичли диодлар.

Диод деб, коида буйича, бир ёки бир неча электр утишга ва ташки занжирга улаш учун икки чикишга эга электрайлантирувчи асбобга айтилади. Куп диодларнинг ишлаш принципи электр утишдаги физик ходисаларга асосланади. Купинча диодларда электрон тешикчали утиш кулланилади, контакти метал-яримутказгич, гетерео утишдир. Бирок шундай диодлар мавжудки, уларнинг структурасида электр утишни хеч кандай тугирловчисига эга эмас ( масалан, Ганн диоди ) ёки бир неча утишга эгадир ( масалан, p-i-n диод, динистор ), шубилан бирга, жуда мукаммал утиш структурасига эга диодлар ( масалан, МДМ- ва МДЯ-диодлар ва бошкалар). Яримутказгичли диод занжир элементи сифатида ночизикли икки кутблик, яъни икки ташки чикиш ва ночизикли вольт-ампер тавсифига ( ВАТ ) эга электрон асбобдир. У сигнални айлантирувчи ( преобразователь ) функциясини бажаради ( тугирлаш, детекторлаш, частота купайтирувчи, ёруглик энергиясини электр энергиясига айлантирувчи ва бошкалар ).

Диодларни турланиш асосига турли хил . . . . . . .(признак)ларни –электр утишнинг куриниши ( нуктали ва ясси диодлар ), утишдаги физик жараёнлар ( тунел, кучки-учиб утишли диодлар ва бошкалари ), сигнал энергиясини айлантириш характери ( светодиод, фотодиод вабошкалар ), электр утишни тайёрлаш усули ( котишмали, диффузионли, эпитаксиалли диодлар ва бошкалари ), ва шунга ухшашларни олиш мумкин. Яримутказгичли диодлар справочнигида одатда диодларни радиоэлектрон аппаратураларда ( РЭА ) кулланилиши буйича турланиши ёки мулжалланиши буйича маълумотлар келтирилади. Бунда турланиш электр утишнинг айлантирувчи ва ночизикли хусусиятларни кулланиш принципини узида намоён этади ( тугирловчи ва импульсли диодлар айланувчан ( преобразовательнуе ) , уланувчан ( переключательнуе ),варикаплар, стабилитронлар ва бошкалари), ишчи диапазон частоталари ( куйи частотали, юкори частотали, УЮЧ ( ута юкори частотали )-диодлар, оптик диапазоннинг диодлари ва х.к. ), диодли структурани тайёрлаш учун бошлангич хом аше ( материал ) ( кремнийли, селенли, германийли, арсенид-галийли диодлар ва бошкалар.

Хозирги яримутказгичли диодларнинг шартли белгиланиш системаси уларнинг мулжалланиши, физик хусусиятлари, асосий электр парамутрлари, конструктив-технологик курсаткичлар( признаклар ), бошлангич яримутказгич хом ашёсини узида намоён этади. Ушбу барча асбоб хакидаги маълумотлар унинг электр утиш структурасига богликдир.

Реал диод структурасибир ёки бир неча электр утишга эга. Электр утишнинг конструктив-технологик хусусиятига кура диодлар нуктали, микрокотишмали, котишмали, диффузионли, эпитаксиалли, Шотки тусикли, поликристалли ва бошка диод типлари билан фаркланланадилар.

Нуктали диодларнинг электрон-тешикчали утиши, масалан, вольфрам ва молибден котишмасидан, яримутказгичли, кремний, германий, арсенид-галий кристалларидан ва бошка хом ашёлардан тайёрланган уткир метал игна контактидан хосил килинган. Утишнинг структураси 9.1.а.-расмда тасвирланган. Ураб турган мухит хоссалари, кристалл юзасининг тозалиги ва контактлашишнинг механик шартлари ахамиятли даражада диоднинг электр параметрларини ва ВАТини аниклайдилар. Яримутказгич кристаллидаги р- типли катлам, металл игна охирида контакт оркали утказувчи катта импульслар таъсири остида хосил булаётган акцепторли аралашмаларни термодиффузияси натижасида хосил килинади. Нуктали диод утишининг чизикли улчамлари , унинг камбагаллаштирилган катлам калинлиги билан бир хилдир. Контактнинг юзаси 50 мкм² дан кичик, шунинг учун утишнинг сигими кичик , утиш буйича тугри токларнинг киймати ун миллиампердан ошмайди. р-типнинг контакт ости сохаси геометрик нобиржинслидир ва одатда унда кристалл структурасининг купрок сондаги нуксонлари жамланган. Контакт сохалардаги кучли электр майдон, ахамиятли даражадаги (утечка) ва генерация токларини хосил килишга кодирдир.

Котишмали диодларнинг электрон-тешикчали утиш структураси n-типли яримутказгич кристаллига аралашмали котишмани куйиш оркали хосил килинади, масалан, индийни германийга , алюминийни кремнийга ва шунга ухшашлар. n-типли яримутказгич кристаллидаги электронларнинг харакатчанлиги , р-яримутказгичдаги тешикчаларга нисбатан 2-2,5 баробар каттадир. Шунинг учун бир хил элетрутказувчанлигига эга р- ва n-типли яримутказгич кристалл-диод базасидаги донорлар концентрациясини камайтириш ва шу билан бирга утишнинг тешувчи кучланишини купайтириш мумкин. Ана шу тасаввурлар асосида диоддаги кристалл базаси сифатида электрон утказувчанлик танлаб олинган.

Утиш структураси 9.1.б.-расмда келтирилган, кремний котишмали диодларни тайёрлашда, кремнийга 600-700⁰С температурада ингичка алюминийли сим куйилади. Котишма жойида ингичка, худди бошлангич яримутказгич кристалл структурасига алюминийли кайта кристалланган кремнийли катлам хосил булади, бирок унинг утказувчанлиги р-типлидир. Кайта кристалланган (калинлиги бир неча микрометр) ва монокристалл катламлар орасида р-n утиш хосмл булади, унинг чегараси расмда штрих чизиклар билан курсатилган.

Котишмали диодларда электрон- тешикчали утиш-кескин ёки зинасимон.

Улар бир неча унлаб ампер тугри токларни утказади. Утишларнинг юзалари ката булганлиги сабабли уларнинг сигимига нисбатан каттадир .Микрокотишмали диодлар р-n утиш юзаси буйича нукталиларга нисбатан ката. Олтинли богликли микрокотишмали диодларнинг электр утиши германий кристаллига, охирида галий бор ингичка олтинли сим микрокотиш усули оркали хосил килинади, контакт кайта кристалланган р-типли германий катлами хосил булади. р-n утиш чегараси расмда штрих чизиклар билан курсатилган.

9.1-расм. Турли усуллар билан тайёрланган утишнинг структураси

Диффузион диодларда электр утиши, донорли ёки акцепторли аралашмаларни яримутказгич кристаллига умумий ёки худудий (локал) диффузия усули оркали тайёрланади. Диффузияни бир маротаба ёки куп маротаба утказиш мумкин. Масалан, р⁺-р-n-n⁺ типдаги кремнийли диод электр утишининг структураси, умумий куп маротабали диффузия усулида тайёрланади. Р-типли соха акцепторли аралашмаларнинг диффузияси-алюминийни n-типдаги кремнийли пластинкага, n⁺соха эса –ана шу пластинага донор аралашмали фосфорни, диффузияси оркали хосил килинади. р⁺-сохани хосил килиш учун р-сохага борни иккинчи диффузияси утказилади. р⁺-ва n⁺-сохалардаги омик контактлари никельни химик чуктириш ва кейинчалик галваник олтин сувини юритиш ёрдамида тайёрланади.

Германийли диффузион диодларни тайёрлашда р-типдаги германий пластина танланади, чунки донорли аралашмалар акцепторлиларга нисбатан германийга яхширок диффузияланади. Диффузант сифатида сурмадан фойдаланилади. Диффузион структуранинг n-сохали омик контактини хосил килишда сурмали калай кавшар ишлатилади. Германийнинг р-сохали омик контакти шу сохага куйилган индийни хосил килади.

р-n утиш сигимини камайтириш учун юкори частотали диффузион диодларда чукур едириш оркали хосил булувчи мезаструктурадан фойдаланилади. Биринчи умумий диффузия натижасида n-типли кристаллда n⁺-Si катлам хосил булади. р-катламни хосил килувчи иккинчи умумий диффузиядан сунг кремний кристаллида омик контакт , хамда маска оркали кристалл алохида участкаларининг химоясини хосил килиш учун унинг химоясидаги участка юзаларини едириши билан амалга оширилади. Натижада р-n утишда факатгина кристалл омик контакти остидаги унга катта булмаган участкаларда колади. Кристалл юзасидаги участкалар спол куринишида кутарилиб боради. Едиришдан сунг р-n утишнинг диаметри бир неча унлаб микрометрга камаяди.

Диффузияда кристалл юзасига перпендикуляр булган координата буйича аралашмаларнинг нотекис таксимоти хосил булади. Диффузиантнинг концентрацияси чукурликнинг ошиши билан камаяди, шунинг учун ясси ва текис р-n утишли диффузион диодларнинг базасида тормозлантирувчи электр майдон хосил булади.

Эпитаксиал диодлар эпитоксиал ва худудий диффузия жараёнини куллаш оркали тайёрланадилар.

Эпитаксия деб конструкция структурасини олиб юрувчи подложка устига монокристалл катламларини устириши жараёнига айтилади. Устирилаётган катламдаподложка (таглик, тушама) нинг кристаллик йуналганлиги (ориентацияси) сакланиб колади. Эпитаксия истаган типли утказувчанликка ва солиштирма каршиликка эга, калинлиги бир неча микрометр булган катламларни устириш имкониятини беради. Бирок р-n утиш куп холларда аралашмали атомларни эпитоксил катламга маска ичидаги ойна оркали диффузияси билан хосил килинади (масалан; оксид кремнийдан 9,Le-расм) кристаллнинг р⁺ва n⁺-сохалари орасидаги омик контактлар метализания операциялари ёрдамида хосил килинади. Кремнийли диодларда омик контактларни хосил килишда алюминийдан кенг фойдаланилади.

Пласар-эпитаксиал диодлар юзали структурага эгадирлар, электр утишнинг контактлашувчи сохаларнинг чикишлари эса бир текисликда

Электр утиш кристаллнинг юза катламида хосил килинган булиб, калинлиги унинг юзасидан бир ёки унлаб микрометрга эга. Структурани тайёрлашда n⁺-типдаги кремнийлиподложка устига n-типли эпитаксиал катлам устирилади. Сунг оксид кремнийдан булган химоя маска ойна оркали унда бор диффузияси булган бир неча р⁺-сохалар хосил килинади, бундан сунг умумий база ва

Сохалар чикишларда металлизацияси бажарилади. Шундай усул билан, диодли матрицали плосар-эпитаксиал структура тайёрланади.

Диод электр утишини тайёрлашда ион-нурли усул кенг микёсда таркалгандир. Ионли имплантацияда яримутказгич пластинкасини легирлаш, юкори энергиягача тезлаштирилган аралашмали ионларни бамбардировкаси оркали амалга оширилади. Имплантацияланган катламдаги аралашмаларни концентрацияси, ионли нурдаги токнинг зичлиги ва экспозиция вактига богликдир. Жараённи юкори бошкарувчанлиги ва паст температура ионли имплантацияни диод тайёрлаш жараёнининг истаган боскичида амалга ошириш имкониятини беради. Ионларни яримутказгич ичига чукуррок кириш кобилияти, уларнинг энергиясига боглик. Ионларни энергиясини узгартириш билан, аралашмаларни чукурлик буйича мукаммал таксимот конуниятини хосил килиш мумкин. Ион-нурли усул буйича яратилган диодларнинг электр утиш структураси 9.1.3-расмда келтирилган. n⁺-типдаги кремнийлиподложка устига эпитаксиал n-катлам устирилган, унинг устида эса ионли имплантация оркали р⁺-соха хосил килинган. Омик контактлар аввало титан, ундан сунг никелни яримутказгич пластинасининг икки томонига химик чуктириш оркали олинади.

Шоттки тусикли (барьер) диодлар куп холларда вакуум мухитидаги тозаланган кристаллюзасига метални чанглатиш, яъни метални яримутказгич устига химик чуктириш ёки металлни юкори частотали ионли чанглатиш ёрдамида тайёрланади.подложка сифатида кремний, арсенид галлий ишлатилади. Утишнинг электр хусусиятлари танланган металл яримутказгичига боглик. Тугирловчи утишнинг контактлашувчи металл сифатида эса алюминий, олтин, молибден, ва бошка материаллардан фойдаланилади.

Куриб чикилган ясси диодларнинг структуралариданташкарии комбинацияланган структуралар кенг фойдаланилади ( эпитаксиал-диффузионли, диффузион котишмали, меза-котишмали ва бошкалари ).

Диодларнинг мухим гурухини селен ва титанли диодлар ташкил этади. Селенли тугрилагичларда электрон- тешикчали гетероутиш р-типли утказувчанликка эга. Селен ва n-типли утказувчанликка эга селенид кадмий билан титанли диоксид тугрилагичларнинг гетероутиши эса вакуумда металл плёнка билан чанглатилган (олтин, кумуш, висмут) титаннинг n-типдаги катлами билан хосил килинган. Селенли тугрилагичларда электр утишнинг хосил булиши, кадмийни селен устига суриттилаётган химик реакция жараёнида содир булади.

Диодлар хар хил конструктив ишлов беришларда, масалан, металлакерамик, шиша, керамик, металл шиша, металл пластмасса, металл корпусли каттик ва мустахкам чикишли, шунинг билан бирга, корпуссиз ишланган керамик микроплаталар устида химоявий кобиг ва мустахкам чикишли куринишларда ишлаб чикарилади. Корпус диод электр утишини хар хил ташки мухитнинг зарарли омилларидан химоя килади.

9.3. Утишдаги генерацион-рекомбинационли жараёнлар, инжекция сатхининг роли, базаннинг хажмий каршилигининг роли.

Идеаллаштирилган p-n утишнинг ВАТ ини чикаришда физик эффектларнинг энг асосийлари хисобга олинмокда эди: p-n утишга тегишли асосий булмаган ташувчиларнинг инжекция ва экстракцияси ва уларнинг нейтрал сохалардаги диффузияси. Реал p-n утишда ВАТ нинг куринишига таъсир килувчи турли физик эффектлар кузатилади. Булар ток рекомбинацияси, база каршилиги, генерация токларидир. Уларнинг таъсирини куриб чикамиз.

ВАТ ининг тугри шохи. Рекомбинация токи p-n утиш сохасида, худди яримутказгичнинг нейтрал сохаларидаги каби, ташувчиларнинг рекомбинацияси кузатилади. Етарли энергияга эга n-сохадаги электронлар камбагаллаштирилган катламга тушиб колиши ва у ерда р-сохага тегишли тешикчалар Билан рекомбинациялашиши мумкин. Бунда электронлар n-сохадан, тешикчалар эса р-сохадан чикиб кетишади. Ташувчиларнинг бундай харакати натижасида кушимча тугри ток хосил булади, буни рекомбинация токи деб аталади. p-n утишнинг тулик тугри токи инжекция токи I_инж. ва ,

рекомбинация токларининг I_рек. йигиндисидан иборат. Бундан келиб чикадики, реал p-n утишда тугри ток идеаллаштирилганга нисбатан купдир.

Рекомбинация токи:

(9.1)

Ушбу ифода куйидаги шарт бажарилганда уринли j₀>U>(2¸3)j_т.Бу ерда L_камб.(U)-камбагаллаштирилган катламнинг калинлиги; t - p-n утишдаги ташувчиларнинг яшаш вакти.

9.2.- расмда кремнийли p-n утиш ВАТ ининг уч хил кийматдаги хароратларда хисобланган, хамда токнинг кенг диапазондаги (логарифмли масштабда) тугри шохлари келтирилган.Кичик кучланишларда (масалан, кремний учун U < 0,4 В, Т = 25 ⁰С да) рекомбинация токи устунлик килади, тавсиф тугри чизик билан тасвирланади, бунда токнинг бир тартибга усиши кучланишни 4,6 j_т га ошишига мос келади. Катта кучланишларда эса токнинг асосий кисмини инжекция токи ташкил этади; Ушбу соха хам тугри чизик билан тасвирланади, аммо икки маротаба ката киялик билан. Икки участкани ажратувчи токнинг чегараловчи киймати, хароратга кучсиз богланган.

База каршилигининг таъсири. Идеаллаштирилган p-n утишнинг ВАТ ини чикаришда база каршилиги r_б нолга тенг деб олинади. Реал р-n утишларда унинг киймати унлаб ва юзлаб Ом ларни ташкил этади. Бунда ташки кучланиш камбагаллаштирилган катлам, хамда база соха орасида таксимланади. У холда ВАТ нинг тенгламаси куйидаги куринишга эга булади.

(9.2)

ёки

(9.3)

Кичик тугри токларда ташкил этувчини хисобга олмаса хам булади. Бирок токнинг усиши базадаги кучланишнинг тушиши р-n утишдаги кучланишнинг тушишидан ортиши мумкин, бунда ВАТ да деярли тугри чизикли участка пайдо булади.

Инжекциянинг юкори даражасида база каршилигининг модуляцияси эффекти кузатилади-базадаги ташувчилар концентрациясининг купайиши туфайли токнинг усиши г_б ни камайишидир. Ушбу холатда , бу ерда r_б0-модуляцияланмаган каршилик; I=10 мА, W_б=50 мкм, L_р=10 мкм да r_б=18 Ом ни оламиз, бунда r_бо=50 Ом га тенг булади. Амалиётда реал р-n утиш ВАТ нинг тугри шохини ушбу формула билан аппроксимация килинади , бу ерда I_ова m=1¸2 (идеалмаслик омили) ¾ булар аппроксимация параметрлари булиб, ушбу формулани эксперимент ВАТ и билан энг яхши мос келиш шартида танланади.

ВАТнинг тескари шохи. Генерация токи. Тескари кучланишда реал р-n утишдаги камбагаллаштирилган катламда термогенерация натижасида хосил булувчан, электрон ва тешикчалар, электр майдонда карама-карши йуналишда харакат киладилар: электронлар-n соха томон, тешикчалар эса-р соха томон харакат киладилар. Ушбу ташувчиларнинг дрейф харакати генерация токини хосил килади. Бирлик хажмда бирлик вакт ичида (генерация токи) генерацияланувчи ташувчиларнинг сони n_i/ t га тенг, бу ерда t-камбагаллаштирилган катламдаги ташувчиларнинг яшаш вакти. Ушбу катталикни камбагаллаштирилган катлам хажмига SL_теск.(U) купайтириб, бирлик вакт ичида р-n утишда генерацияланаётган ташувчиларнинг тулик сонини оламиз. Уларнинг барчаси электр майдон оркали камбагаллаштирилган катламдан чикариб ташланади, шунинг учун генерация токи куйидагига тенг булиб колади.

(9.4)

кура, реал р-n утишнинг тескари токи идеалга нисбатан каттадир, чунки иссиклик токидан ташкарии I_о генерация токи хам окиб утади. Охиргиси камбагаллаштирилган катлам туфайли тескари кучланишнинг ортиши билан катталашади, яъни тулик тескари токдаги генерация токининг бир кисми канчалик такикланган зона кенглиги катта ва харорат кичик булса, шунчалик катталашади. Масалан, кремнийли р-n утиш учун Т=25^оС ва U=1 В да, I_r=10^-9 А, I_о=10^-14А га эга буламиз

9.4 Идеаллаштирилган яримутказгичли диоднинг Вольт-ампер тавсифи.

Контактлашувчи яримутказгичларнинг солиштирма утказувчанлиги шунчалик катtа деб оламизки, кучланишнинг тушиши билан утишнинг ташкарисида ахамиятга олмаса хам булади ва U₀- диод электродларига куйилган ташки кучланишга тенг деб хисоблаймиз. Бундан ташкари, р-n утишда на купайиш, на ЭЗТ йукотилиши содир булади ва утишдаги харорат бутун кристалл хароратига тенг деб хисоблаймиз.

Бирлик вакт ичида (-х_р) чегарани чапдан унгга, узининг хаотик харакати давомида кесиб утувчи электронлар сонини аниклаймиз. Газокинетика назарияси тенгламаларига асосан, ихтиёрий равишда йуналган s юзани бирлик вакт ичида кесиб утаётган заррачаларнинг сони га тенг, бу ерда n-заррачаларнинг концентрацияси; - ушбу заррачаларнинг иссиклик харакатидаги уртача тезлиги. Бинобарин, кидиралаётган катталик куйидагича:

(9.5)

бу ерда s- р-n утишнинг юзаси. Курсаткич харакат йуналишини курсатади. Унгдан чап йуналишда (-х_р) чегарани бирлик вакт ичида, худди шу йуналишда (х_n) чегарани кесиб утган, кинетик энергияси q(U_k-U_o) дан кичик булмаган электронлар кесиб утади.

(9.6)

Шундай килиб, (-х_р) чегара буйича электронларнинг натижавий окими куйидагига тенг булади:

(9.7)

Статик режимда (-х_р) текисликка параллел булган ихтиёрий текисликни кесиб утувчи электронларнинг окими бир хил булиши керак. (9.7) ифодани куйидаги куринишда ёзиш мумкин:

(9.8)

Токнинг электрон ташкил этувчисини (9.8) ифодани электрон заряди (-q) га купайтириб топамиз.

(9.9)

Токнинг тешикча ташкил этувчисини худди шундай фикр юритиш билан аниклаймиз.

(9.10)

р-n утишнинг тулик токи куйидагига тенг.

(9.11)

Аниклаймизки, хосил булган барча ифодалар тугри, шу билан бирга тескари уланиш учун хам уринли, факатгина U_oни мос равишда мусбат ёки манфий деб хисоблаш етарли.

Агар ташувчиларнинг яшаш вакти ва уларнинг диффузия узунлиги тушунчаларини киритсак , (9.9)-(9.11) ифодаларни купрок кулланиладиган, шунинг билан бирга, универсал куринишга келтириш мумкин.

Электрон ва тешикчали газларнинг молекулалари газ молекулаларидан нафакат электр заряди борлиги билан, бундан ташкари уларга нисбатан киска вакт давомида мавжуд буладилар. Берилган хароратда ЭЗТ ларнинг концентрацияси аник ва етарли муким кийматга эга. Бирок ушбу киймат, ЭЗТ генерация ва рекомбинация жараёнларнинг динамик мувозанатлигида урнатиладиган статик уртача катталикдир. Хар бир эркин заряд ташувчи, агар уни кандайдир белгилаш мумкин булса, у холда у хакида шундай дейиш мумкин, у кандайдир вакт давомида хосил булади, яъни каттик жисмнинг кайсидир валент электронини уйгониши содир булаётганда ва кандайдир муддатдан сунг узининг мавжудлигини тухтатади, яъни ушбу электронни деуйгониши l (суниши) булаётган. ЭЗТ нинг мавжудлик вакти ёки унинг яшаш вакти табиий ва тасодифий катталикдир. Агар тасаввуран худи ана шу t = 0 вакт давомида хосил булган ЭЗТ нинг етарли катта N_о сонини олсак, у холда вакт утиш давомидаги уларнинг N(t) сонини куйидаги ифода билан аниклаш мумкин.

(9.12)

бу ерда t параметр эркин заряд ташувчининг уртача яшаш вакти деб аталади. Куриниб турибдики, ташувчининг уртача яшаш вакти, шундай вакт оралигига тенгки, ана шу вактда бир вактнинг узида биринчилаб хосил булган ташувчилар микдори е марта камаяди.

Агар электронлар ва тешикчалар мос равишда киймати буйича уртача тезликлар вабилан хаотик харакат килаётган булса. Заррачани берилган физик ажратилган, аммо таксимотни, йуналишни бузмайдиган мухитда, ана шу заррачани уртача яшаш вактига тенг вактда утган масофа узунлиги диффузия узунлиги деб аталади. Шундай килиб, электрон ва тешикчаларнинг диффузия узунлиги куйидагича:

(9.13)

(9.13) ни инобатга олиб, (9.9)-(9.11) тенгламаларни куйидагича ёзамиз:

(9.9.1)

(9.10.1)

(9.11.1)

(9.11.1) богликликнинг графиги, яъни идеаллаштирилган диодни вольт-ампер тавсифи 8.1-расмда келтирилган, |U_o|<< kT/q » 0,025 В киймат сохасида катталикни каторларга ёйишда биринчи ташкил этувчилари билан чекланиш мумкин ва (9.11.1) ни куйидаги куринишда келтириш мумкин: Бошкача айтганда, диоднинг бошлангич участка тавсифномаси хам тугри, хам тескари уланишда чизиклидир. I₀ катталик контактлашувчи яримутказгичдаги асосий булмаган ташувчиларнинг концентрациясига чизикли богланган ва тенг шартларда кремнийда икки тартибга германийга нисбатан паст, ухолда кремнийли диод тавсифномасининг бошлангич участкаси германийли диод тавсифномасининг бошлангич участкасига нисбатан (более полого).

U₀>> кТ/q киймат сохасида (9.11.1) даги бирни хисобга олмаса хам булади ва ток берилаётган тугри кучланишга экспоненциал богликликдадир. /U₀/ >> кТ/q ва диодни тескари уланишида эса, аксинча, бирга нисбатан ни хисобга олмаса хам булади. Бинобарин, диод тахминан 0,1 В га ошувчи кучланиш сохасидаги тескари токи кучланишга боглик эмас ва I₀ га тенгдир. Ана шунга асосан, I₀ катталик тескари уланган диоднинг туйиниш токи деб аталади.

9.3-расм. Диоднинг идеаллаштирилган статик характеристикаси.

(9.9.1)-(9.11.1) ифодаларга суяниб, I₀ катталикни куйидагича шархлаш мумкин. катталик бу электронни бирлик хажмда бирлик вакт ичидаги рекомбинация эхтимоллигидир. Бинобарин, - бу р-яримутказгичдаги бирлик хажм бирлик вакт ичидаги электронларнинг рекомбинация сони. Мувозанатлик шартида рекомбинация сони генерация сонига тенгдир. Бу ердан, катталик –бу калинлиги L_n булган, р-n утишда ётувчи (прилегаюшим) р-яримутказгич катламида бирлик вакт ичидаги генерацияланаётган электронларнинг сони. Бинобарин катталик –бу L_p калинликдаги n-яримутказгич катламида бирлик вакт ичидаги генерацияланаётган тешикчаларнинг сони. Туйиниш токи J₀ катламлардаги утишда ётувчи бирлик вакт ичида генерацияланаётган, калинликлари эса мос ташувчиларнинг диффузия узунлигига тенг асосий булмаган ташувчиларнинг

зарядларини йигиндисига тенгдир. Утиш чегарасига урта хисобда, факатгина шундай ташувчи етиб борадики, у текисликдан ташкарида булиши, чегарадан диффузия узунлигидан катта булмаган масофада йироклашган булиши керак, у холда утиш тескари уланишида L_n ва L_p калинликдаги катламлардан мос асосий булмаган ташувчилар экстрагирлана бошлайди. Маълумки, ана шу экстрация, курсатилган сохаларда бирлик вакт ичида генерацияланаётган зарядларга тенг J₀ кийматидан оша ололмайди.

9.5. Идеаллаштирилган р-n утишнинг дифференциал каршилиги.

Идеаллаштирилган р-n утишнинг дифференциал каршилиги куйидагича аникланади:

(9.14)

Тугри уланишда r_диф токни ортиши билан камаяди. Т к 300 К ва I к 1мА учун r_дифк 26 Ом, I к 10 мА учун эса r_дифк 2,6 Ом ни оламиз. Тескари кучланишда дифференциал каршилик кескин ортади, да . Тугри токда I >> I₀ дифференциал каршилик харорат ошиши билан чизикли усиб боради.

Дифференциал каршилик кичик узгарувчан сигнал ёрдамида р-n утишнинг ишини куришда кулланилинади. р-n утишга кучланиш берилган деймиз, бу ерда ВАТ ида ишчи нукта вазиятини аниклаб берувчи, узгармас кучланиш, эса-кичик узгарувчан сигналнинг кучланиши, масалан, бу ерда ¦-паст частота, U_m эса-кичик сигнал U_m<<φ_T шартини каноатлантиради. У холда р-n утиш буйича тулик ток га тенг.

Шундай килиб, кичик паст частотали сигнал учун р-n утиш чизикли резистор билан берилади., унинг каршилиги режимга боглик, яъни ВАТ идаги ишчи нуктани вазиятига богликдир.

Назорат саволлари:

Яримутказгичли диод нима? Кайси хусусияти буйича диодлар классификацияланади?
ВАТ ига рекомбинация токи кандай таъсир килади?
База каршилигининг таъсири.
ВАТ ининг тескари шохи. Генерация токи.
² Туйиниш токи ² тушунчасини тушунтиринг.
Идеаллаштирилган р-n утишнинг дифференциал каршилиги кандай аникланади?

Маъруза 10. р-n утишнинг тешилиши. Стабилитрон.

10.1. Концептуал диаграмма.

Багетная рамка: Туннел,Багетная рамка: Кучма,Багетная рамка: Сифат коэффициенти,Багетная рамка: ТКН

10.2. р-n утишнинг электр тешилиши.

р-n утишга уланган тескари кучланишнинг катта кийматларида, утишдаги майдон кучланганлиги шундай катталикка эришадики, бундай утишда электр майдон натижасида хосил булган кушимча ЭЗТ ларнинг генерацияси содир булади. Тескари кучланишни кандайдир чегаравий кийматдан кисман усиши, утиш тескари токини бирданига усишига олиб келади. Утишнинг бундай холати

электр тешилиши деб аталади.

Электр тешилиши механизми икки турга эга булади. Биринчи холатда, майдон билан стимуляцияланган ЭЗТ генерацияси, майдон оркали харакатланаётган ва утиш майдони ёрдамида такикланган зона кенглигидан каттарок энергиягача тезлаштирилган электрон ва тешикчалар билан асосий мода атомларини ионизация зарбаси натижасида содир булади, р-n утишнинг етарли кенглигида, зарбали ионизация жараёнида хосил булган электрон ва тешикчалар хам зарбали ионизация жараёнида катнашиши мумкин, у холда ташувчиларнинг утишдаги купайиш жараёни кучмасимон тасвирга эга булади. Ана шу сабабга кура, тешилишнинг Ушбу куриниши кучма тешилиш номини олган.

Иккинчи холатда ЭЗТ ларнинг генерацияси, электронларни яримутказгич валент зонасидан утказувчанлик зонасига туннел утиши оркали содир булади. Мос равишда, тешилишнинг Ушбу куриниши туннел тешилиш номини олган.

Эслатиб утилган хар бир тешилиш турларига бирма-бир тухталиб утамиз.

Кучма тешилиш. Электрон ёки тешикча, асосий мода атоми билан тукнашганда ана шу атомни ионизация кила олиши учун, яъни валент электронни валент зонасига тегишли холатидан утказувчанлик зонасига тегишли холатига утказиш учун, улар тукнашишдан олдин такикланган зона кенглигидан(W_c-W_v) кичик булмаган энергияга эга булиши керак.

Иссиклик харакати уртача энергиясидан катта ошикча энергияни ЭЗТ, озод югуриши узунлигига тенг участка йулида электр майдонни иши хисобига эгаллаши мумкин. Агар майдон кучланганлигининг утишдаги уртача кийматини E га тенг ва мос ташувчининг озод юриш узунлиги l га тенг деб олсак, у холда курсатилган иш тахминан куйидагига тенг.

(10.1)

Утишда майдон кучланганлигининг уртача киймати E = U_{теск. .}/∆ га тенг, у холда

(10.2)

Зарбали ионизация содир булиши мумкин, агар

(10.3)

Куриб чикилаётган сохада тескари кучланишнинг киймати U_теск.>> U_к, шунинг учун кескин р-n утиш кенглиги D куйидагига тенг булади ;

(10.4)

(10.3) ва (10.4) ларга асосланиб, тешилиш кучланишининг куйидаги тахминий кийматиги келамиз:

(10.5)

Кучма тешилиш кучланиши такикланган зона кенглигини ортиши ва яримутказгичдаги аралашмалар концентрацияси камайиши билан ортиб боради.

10.2-расм. р-n утишни кучма (1), туннел (2) ва иссиклик (3) тешилишларининг характеристикалари.

Кучма тешилиш токини куйилган тескари кучланиш билан богликлигини куйидаги фикр юритишлар асосида олишимиз мумкин. Зарбали ионизация a(Е)

коэффициенти тушунчасини киритамиз, уни шундай катталик деб аниклаймизки, берилган майдон кучланганлигида Е электрон ва тешикчанинг бирлик йулида хосил булувчи электрон-тешикчали жуфтликларнинг уртача сонига тенг деб оламиз, a(Е) ни электрон ва тешикчалар учун бир хил деб хисоблаймиз. Носимметрик утиш холатини куриб чикамиз, бунда n_n>>p_p_. Ушбу тахмин усулнинг умумийлигини чегараламайди ва факатгина математик хисобларни соддалаштиради. n_n>>p_pбулганлиги учун, экстракция токи, факатгина х координатали чексиз ингичка dх катламда электронларнинг зарбали ионизацияси натижасида хосил булган ток билан тасаввур килиш мумкин. р-сохадан экстрацияланаётган электронларнинг сонини N_o га тенг, х_р…х участкада зарбали ионизация натижасида хосил булган электронларнинг сонини эса Nх га тенг деймиз. У холда х текисликни N₀КN_x электронлар кесиб утади ва улар dх катламда (N₀КN_x)a(E)dx электрон-тешикчали жуфтликларни хосил килади. Бундан ташкари, dх катламга унинг унг чегараси xКdx оркали, xКdx текисликдан то р-n утишнинг унг чегараси х_n гача булган ораликда зарбали ионизация жараёнида хосил булган тешикчалар киради. Ушбу тешикчаларнинг микдорини Nх га тенг деймиз. У холда dх катламда тешикчалар N_x^'a(E)dx электрон тешикчали жуфтликларни хосил киладилар. Шундай килиб, dх катламда зарбали ионизация натижасида dN электронлар хосил булади.

(10.6)

р-n утиш хажмида зарбали ионизация натижасида хосил булган электронларнинг умумий микдорини куйидаги ифода билан аникланади

(10.7)

Зарбали ионизацияда электрон ва тешикчалар бир вактнинг узида, хамда тенг микдорда хосил булганлиги учун, x…x_n ораликда хосил булган тешикчаларнинг сони худди шу ораликда хосил булган электронлар сонига тенг булади. Бинобарин, N_xКN_x^'кN катталик, р-n утиш системасида эарбали ионизация натижасида хосил булган, кидирилаётган электронларнинг микдоридир. Ушбу катталик х координатасига боглик булмаганлиги учун, уни интеграл белгисидан ташкарисига чикариш мумкин ва куйидагига эга буламиз:

(10.8)

ёки

(10.9)

Утишнинг унг чегараси х_n ни NКN₀ электронлар кесиб утади, шу вактда чап чегара х_р ни тахмин буйича факат N₀электронлар кесиб утган булади. Утишда электронларни купайтириш коэффициенти Мn куйидагига тенг булади:

(10.10)

утиш токи эса

(10.11)

Бу ерда I₀–бу утишга куйилган кучланишнинг берилган кийматидаги экстракция токи.

интеграл киймати утиш кенглиги ва куйилган Uтеск. тескари кучланиш катталиги билан аникланади. Тешилиш кучланишини аниклаймиз, бунинг учун шундай тескари кучланиш киймати керакки, бунда электронларнинг купайтириш коэффициенти , булиши керак, яъни интеграл бу холда 1 га тенг булади. У холда (10.11) ифодани куйидаги куринишда ёзиш мумкин:

(10.11*)

ƒ(U_теск), функцияни аналитик келтириш мукаммал булганлиги учун, амалиётда (10.11*) урнига тешилиш режимидаги диод тескари токини , тескари кучланиши билан эмпирик богликлигидаги куйидаги ифодадан фойдаланадилар.

(10.12)

Даража курсаткичи b хар хил яримутказгичли материаллар учун 2 дан 6 гача кийматларга эга булиши мумкин.

Туннел тешилиши. Агар утишга куйилган кучланиш U_теск.>(W_c-W_b)/q тенгсизликни каноатлантирса, у холда утиш потенциал диаграммасида n-яриутказгич утказувчанлик зонасининг туби р-яримутказгич валент зона шифтидан куйирокда жойлашган булади (10.3-расм).

Бунда р-яримутказгич валент электронлари n- яримутказгич утказувчанлик зонасига туннел утиши мумкин булиб колади.

Валент зона юкори яримидаги электроннинг эффектив массаси манфийдир. Бинобарин, агар бундай электрн p-n утиш оралигида булиб колса, у холда унга шундай итарувчи куч таъсир киладики, бунда у n сохага эмас, бу факат р-соха утказувчанлик электронларига нисбатан тегишлидир, балки кайтадан р-сохага итариб чикаради. Валент электронни n-сохага утишидаги мавжуд потенциал тусик баландлигини аниклаш кийин эмас.

n-яримутказгич утказувчанлик зона туби энергиясига нисбатан катта W энергияли р-яримутказгич валент зонасидаги ихтиёрий утиш чегарасини утиб, Ушбу электрон тормозлана бошлайди ва А текисликда унинг кинетик энергияси киймати нолга тенг булиб колади (потенциал энергия W тулик энергияга тенг). Бошка тарафдан, утказувчанлик зонасида худи шундай энергияга эга электрон p-n утиш сохасига факат В сохасигача кириб боради. А ва В текисликлар орасида жойлашган катлам, классик физика нуктаи назаридан W энергияли электронлар учун манн килинган. В текисликкача валент зонада W^" энергияга эга электронлар етиб боради, А текисликгача утказувчанлик зонасидаги W^"
' энегияга тенг электронлар етиб боради. Бинобарин, W^' энергияга эга электронлар АВ ораликни енгиб утиши учун яна кушимча (W^'-W^")к(W^{' "}-W^')к(W_c-W_в) энегия микдоридаги энергия керак. Анна шу микдор W_вр≥W^'≥W_cn энергия валент зонадаги электрон холатини, худи шундай энергияли утказувчанлик зонасидаги электрон холатини ажратиб туради ва биз излаётган потенциал тусикнинг баландлиги хисобланади. Шундай килиб, тусикнинг баландлиги такикланган зона кенглигига тенг экан.

Потенциал тусикнинг баландлиги, яъни АВ ораликнинг кенглиги, АВВ^¢ ва СДД^¢ учбурчакларнинг ухшашлигидан аникланади. U_теск.>>U_к шартни инобатга олган холда, куйидагига эга буламиз:

(10.13)

Бирлик вакт ичидаги туннел утишларнинг сони потенциал тусикнинг шакли, баландлиги ва кенглиги билан аникланади. Тугри бурчакли тусик учун ушбу сон, килинган хулосаларни инобатга олган холда, куйидаги катталикка пропорционал:

(10.14)

Бу ерда Д₀ ва А кандайдир константалар.

U_теск.>>U_к шартда утишнинг кенглиги D (10.4) асосан В(U_теск.)^1/2 тенг. Бинобарин:

(10.15)

Аниклаймизки, р-яримутказгич валент зонасидаги электрон, узини эркин заряд ташувчи каби тутмайди. Качонки у n-яримутказгич утказувчанлик зонасига туннел утса, у холда у узини худи утказувчанлик электрони каби тутади. Бир вактнинг узида р-яримутказгич валент зонасида буш жой хосил булади, яъни р-яримутказгичда тешикчаларнинг сони бир микдорга ортади. Шундай килиб, валент электронлар р дан n-яримутказгичга туннел утиши ташкаридан узин худи уз холича, квантмеханик, электрон- тешикчали жуфтлик генерация жараёни бир вактнинг узида утиш электр майдони ёрдамида уларни ажратиш билан содир булади.

Табийки, туннел утишга тескари жараён хам мавжуд, n-яримутказгич утказувчанлик электрони р-яримутказгич валент зонасининг буш сатхларига утиши, бу эса электрон-тешикчали жуфтликларнинг рекомбинациясига эквивалентдир. Бирок, р-яримутказгич валент зонасидаги банд булмаган холатлар концентрацияси банд холатлар концентрациясига нисбатантенглаштириб булмайдиган даражада кичик булганлиги учун, туннел генерация тезлиги рекомбинация тезлигидан нихоятда юкори булади. (10.15) формула туннел тешилиш токи (Д га пропорционал) хамда тескари кучланиш U_теск. катталиги орасидаги богликликни тахминий тасаввур килиш имкониятини беради. Ушбу формула кичик D кенгликдаги утишлар учун туннел утиш жуда ката ахамият касб этади, яъни кучли легирланган утказгичларда хосил булган утишлардадир. Туннел утиш харктеристикасининг куриниши 10.2-расмдаги 2 эгри чизик билан тасвирланган. Тешилиш кучланиши эмпирик богликликлар билан аникланади:

U_теш.к99r_nК48r_p германий учун ва

(10.16)

U_теш.к39r_nК8r_p кремний учун.

Бу ерда r_n_,_p- мос яримутказгич сохаларининг солиштирма каршилиги ва Ом × см билан ифодаланган.

Ушбу холат, яъни кучма ёки туннел тешилиш режимларида утишдаги кучланиш утиш оркали токнинг катта узгаришида кисман узгаради, бу эса Ушбу диодларни кучланиш стабилизациясида кулланиш имкониятини беради.

10.3. р-n утишнинг иссиклик тешилиши.

Тескари уланган p-n утишнинг каршилиги етарлича катта ва шунинг учун, утишдаги тескари токнинг жуда кичик кийматларида хам, сезиларли микдорда иссиклик ажралиб чикади. Агар иссикликни олиб чикиш тезлиги етарли булмаса, у холда утишдаги харорат ошиб боради. Хароратнинг ортиши асосий булмаган ташувчиларнинг концентрациясини ортишига, бу эса демак тескари ток катталигини ортишига олиб келади. Аммо бу янада купрок хароратнинг ортишига, бу эса асосий булмаган ташувчиларнинг концентрациясини ортишига олиб келади. Шундай усулда иссиклик тешилиши ривожланиб боради. Утишдаги хароратнинг узгариши ва тескари токнинг узгариши орасида куриниб турганидек, мусбат тескари алока мавжуд, у холда иссиклик тешилишининг вольт-ампер тавсифи манфий тескари дифференциал каршилик участкасига эга булади, яъни шундай участкаки, диод токининг ортиши утишдаги кучланиш тушишининг ккамайиши билан изохланади.

Иссиклик тешилиш ривожланиш шартини куйидагича олиш мумкин. I_теск.тескари токнинг хароратга богликликлигини куйидагича ифодалаш мумкин:

(10.17)

Бинобарин, p-n утишда иссикликка айланаётган электр кувватини хароратга богликлиги куйидагича ифодаланади:

(10.18)

Ньютон формуласига асосан, p-n утишдан олиб чикилаётган иссиклик куввати куйидагига тенг:

(10.19)

Бу ерда Т_кор– корпус харорати, R_{утиш-кор} –диоднинг ички иссиклик каршилиги ( 1/ R_{утиш-кор}-ички иссиклик утказувчанлиги булиб, утиш ва корпус орасидаги хароратларнинг фарки 1К булганда, утишдан бирлик вакт ичида олиб чикилаётган иссиклик микдорига тенг ). R_{утиш-кор} катталик диод конструкцияси ёрдамида аникланади.

Юкорида изохланган жараён ривожланиб боради, агарда электр кувват температура билан усиш тезлиги, яъни , олиб чикилаётган кувват температура билан усиш тезлигидан, яъни , каттарок булса. (10.18) ва (10.19) асосан иссиклик тешилиш ривожланишининг математик ифодасига эга буламиз.

(10.20)

(10.20) формула шуни курсатадики, кремний ва германийли диодларнинг бир хил кийматдаги R_{утиш-кор} иссиклик каршиликларда, кремнийли диоднинг иссиклик тешилиши аник бир катта тескари кучланишнинг кийматида содир булади, чунки ушбу диод туйиниш токи германийли диод туйиниш токига нисбатан бир неча маротаба кичик. Агар диод занжири ток катталигини чегароловчи каршилигига эга булмаса ёки у етарли даражада катта булмаса, у холда иссиклик тешилиши p-n утишнинг бузилишига олиб келиши мумкин.

(10.19) асосан диод оркали сочилаётган кувватнинг Р_э=Р_т берилган кийматида утишнинг ишчи хароратини тушуриш учун ёки берилган ишчи хароратда максимал рухсат этилган сочилиш кувватини ошириш учун, етарлича катта иссиклик утказувчанлигини ва жуда паст корпус хароратини таъминлаб бериш талаб этилади. Биринчси махсус кристалл ушлагичнинг конструкцияси, иккинчиси – керак булган холда, корпус билан механик котириладиган радиаторларни куллаш билан эришилади.

10.4. Стабилитронлар.

Диоддаги кучланиш электр тешилиш сохасида, диод оркали окиб утаётган тескари ток билан кучсиз богликликдадир. Ушбу хусусият кучланишни стабилизация килиш учун кулланилиши мумкин. Электр тешилиш сохасида кучланишини ток билан кучсиз богланиш эффекти асосида кучланишини стабилизация килиш учун мулжалланган яримутказгичли диодлар стабилитронлар деб аталади.

Стабилитроннинг параметрларидан бири стабилизация кучланиши U_ст. хисобланади, яъни берилган стабилизация токи окиб утаётганда стабилитрондаги кучланиш. Стабилизация токи деб, I_ст.мин. ва I_{ст.макс} кийматлар билан чегараланган, электр тешилиш режимидаги диод тескари токи кийматига айтилади (10.4-расм). Ушбу чегаравий кийматлардан бири I_ст.минхисобланади, яъни стабилизация токининг шундай минимал кийматики, бунда электр тешилишнинг бошланиш ва ривожланиш шарти билан аникланувчи берилган ишончлилик таъминланади. Иккинчи киймат I_{ст.макс}булиб, стабилитроннинг Р_макс максимал рухсат этилган сочилувчи кувват киймати билан аникланади.

Саноатда стабилитронлар 3 дан то 200 В гача булган стабилизация кучланишлари билан ишлаб чикарилади. Тешилиш кучланиши p-n утишнинг кенглиги билан аникланганлиги учун, охиргиси диод базасидаги аралашмаларнинг концентрацияси билан аникланган, паст U_ст (»7В) кийматлар

тор p-n утишлар учун характерлидир, бу ерда туннел тешилиш аникловчи ролга эга. Жуда юкори U_ст кийматлар кенг p-n утишлар учун характерли булиб, бу ерда кучма тешилиш аникловчи ролга эга.

Юкори кучланишни стабилизация килиш учун, керак булган холларда стабилитронларни кетма-кет уланишидан фойдаланилади.

Стабилизация кучланиши хароратдан боглик (10.4-расм), шу билан бирга туннел ва кучма тешилишли стабилитронлар учун хар хилдир.

Кучма тешилиш кучланиши ЭЗТ эркин югуриш узунлиги квадратига тескари пропорциоаналдир. Диод базасидаги аралашмаларнинг нисбатан кичик концентрацияда (бу кучма стабилитронлар учун характерли) ЭЗТ сочилиши асосий холда асосий модда атомлар зичлигида иссиклик флуктуацияси натижасида содир булади, бунда хароратнинг ортиши билан эркин югуриш узунлиги камайиб боради. Мос равишда, стабилизация кучланиши хароратнинг кутарилиши билан ортиб боради.

Туннел тешилишли стабилитронларда тешилишнинг ривожланишини аникловчи асосий омиллардан бири (10.15) га асосан потенциал тусик баландлиги хисобланади, яъни такикланган зона кенглиги. Германий ва кремнийнинг такикланган зона кенглигларихароратнинг ортиши билан камайганлиги учун , мос холда стабилизация кучланиши хам камаяди.

Стабилизация кучланишнинг хароратавий богланиши хароратавий стабилизация кучланиш коэффициенти (ХСКК) a_ст билан характерланади. ХСКК стабилизация кучланишининг нисбий узгаришини уни узгаришига сабабчи булган хароратлар фарки булинмаси билан аникланади

(10.21)

ва купинча % / ⁰С билан ифодоланади. Стабилитронларни тукнаш уланган, ХСКК карама-карши ишорали булган p-n утишлар системаси сифатида ишлатилиши натижавий ХСКК ни жуда кичик кийматларгача (мингдан бир улуш хар бир⁰С учун) камайтириш имкониятини беради.

Стабилитронннинг стабилизация хусусияти сифат коэффициенти Q_ст деб номланувчи коэффициент билан характерланади, у стабилитрон r_ст дифференциал каршилигини унинг R_стат. статик каршилигига нисбати каби аникланади.

Сифат коэффициентини стабилизация кучланиши нисбий узгаришини стабилизация токининг нисбий узгаришига нисбати каби караш мумкин. Хакикатдан хам,

Q_ст киймати канчалик кичик булса, стабилизация хусусияти шунчалик яхшидир. Хар хил типдаги стабилитронлар дифференциал каршилигининг сон киймати бир неча Ом дан то бир неча унлаб Ом лар оралигида ётади. Статик каршиликнинг сон киймати, мос равишда бирдан то бир неча унлаб кОМ оралигида ётади. Шундай килиб, сифат коэффициенти 10^-3...10^-2 тартибдаги кийматларга эга.

Юкорида куриб чикилган параметрлардан ташкари, стабилитронлар учун куйидаги параметрлар уринли:

ü Максимал рухсат этилган узгармас тескари кучланиш U_{теск.макс.};

ü Максимал рухсат этилган импульсли тескари кучланиш U_{теск.(и).макс};

ü Максимал рухсат этилган импульсли стабилизация токи I_{ст.(и).макс.};

ü Стабилитроннинг тулик сигими С ва эквивалент индуктивлик L;

ü Берилган вакт оралигида стабилизация кучланишининг вактинчалик ностабиллиги dU_ст.

ü Стабилитроннинг максимал рухсат этилган импульс куввати Р_и.макс., у берилган (скважност) ва импульс давомийлигида аникланади.

ü Стабилитроннинг спектрал шовкин зичлиги s_ш.ст , у берилган стабилизация токида айтиб утилган частота диапазонидаги 1 Гц (полоса) га тегишли шовкин кучланишининг эффектив киймати каби аникланади.

Конструкция ва ишлаб чикариш технологияси буйича стабилитронлар худди диодлар кабидир ва диодлар сифатида кулланилиши мумкин.

10.5-расмда оддий кучланиш стабилизаторининг схемаси келтирилган.

Балласт резисторнинг каршилиги R_бал шундай танланадики, бунда берилган кириш кучланишининг U_вх номинал кийматида, диод стабилизация токи I_ст.мин. ва I_{ст.макс} кийматлари орасидаги уртача кийматига тахминан тенг булиши керак. Ушбу стабилизация токини I_ст.0 билан белгилаб, Кирхгоф конунларига асосан, куйидагини оламиз:

(10.22)

Бу ерда U_кир.0-кириш кучланишининг номинал кучланиши, U_ст.0- I_ст.0 стабилизация токидаги стабилизация кучланиши, R_стат.0-худди шу токдаги стабилитронннинг статик каршилиги.

Кириш кучланишини номинал кучланишга нисбатан DU_кир. катталика огиши, стабилизация токини DI_ст катталикка ва стабилизация кучланишини DU_сткатталика узгаришига олиб келади. Секин узгараётган кучланиш режимидаги стабилитронни каршилиги стабилитрон диффернциал каршилигига тенг резистор сифатида ифодалаш мумкин, чунки бу холатда сигимнинг таъсирини инобатга олмаса хам булади. У холда худди уша Кирхгоф конунларига асосан, куйидагига эга буламиз:

(10.23)

Одатдаги R_ю>> r_ст и R_ю >> r шартларни инобатга олган холда, якинлаштирилган тенглигга эга буламиз:

(10.24)

Кириш кучланишининг нисбий узгаришини чикиш кучланишининг, яъни стабилизация кучланишининг нисбий узгаришига нисбати стабилизация коэффициенти деб аталади. (10.22) ва (10.24) инобатга олган холда, куйидагиларни топамиз:

(10.25)

Стабилизация коэффициенти юк каршилиги , кириш кучланишининг ортиши билан ортади ва чегаравий холатда (предельнуй случай) стабилитрон сифат коэффициентининг тескари кийматига тенг булади. Кириш кучланишининг ортиши таъминот манбаиннинг (источник питания) балласт каршилигида кувватнинг йуколиши ортишига олиб келади, шунинг учун кириш кучланишини шундай танланадики, у U_ст икки, уч маротабадан куп булмаган холда ортиб туриши керак.

Юк каршилигининг кичик кийматларидаги стабилизация коэффициентининг кичик катталиги ва унинг юк каршилигидан кучли богликлиги, эслатиб утилган стабилизаторларни жуда мукаммал транзисторли кучланиш стабилизаторларининг юкори омли юкларида ишловчи, юкори стабил таянч кучланиш датчики сифатида асосан ишлатилишига сабаб булди.

Назорат саволлари:

Утишнинг кандай холати тешилиш деб номланади.
Кучма, туннел ва иссиклик тешилишларни чизинг ва тушунтиринг.
Стабилитрон бу нима? Стабилитроннинг ВАТ ини чизинг ва тушунтиринг.
Стабилитроннинг асосий параметрларини айтинг.
Кучланиш стабилизаторининг оддий схемасини чизинг ва ишлаш принципини тушунтиринг.

Маъруза 11. Диодларнинг типлари.

11.1. Концептуал диаграмма.

11.2. Инжекцион юкори частотали ва импульсли диодлар.

Диодларнинг инерционлиги тусик сигими С_т ва базага инжекцияланган асосий булмаган ташувчиларнинг тупланиши, яъни бу формал жихатдан диодда диффузион сигим С_диф мавжудлигини ифодаланишига асосланади. Ушбу катталикларнинг хар бири p-n утишнинг юзасига пропорционалдир, у холда диодларнинг тезкорлигини оширувчи мажбурий методлардан бири утишнинг юзасини камайтириш хисобланади, бир тарафдан бу (это сопряжено со снижением преобразуемой мошности).

Бирок утишнинг юзасини камайтириш диод токининг актив ва реактив ташкил этувчилар орасидаги нисбатни узгартира ололмайди ва , шунинг учун, масалан, диоднинг тугирловчи хусусиятини юкори частоталарда яхшилаш факатгина ёки базага инжекцияланган ташувчиларнинг сочилиш вактини кискартиришига ёки шундай ташувчиларни инжекция жараёнини рад этувчи тизимли чоралар аосида олиш мумкин.

Асосий булмаган ташувчиларнинг юкори сочилиш тезлигини таъминловчи чоралар тупламидан бошлаймиз. Авваломбор, ушбу тезлик асосий булмаган ташувчиларнинг яшаш вакти билан аникланади. Тенг булмаган огирликдаги ташувчиларнинг яшаш вакти, базага ЭЗТ учун рекомбинацион копкон хосил килувчи аралашмаларни киритишда камаяди. Шундай аралашмалардан бири, масалан, олтин хисобланади. Сунгра, агар биз база кенглигини диффузия узунлигидан кичик килсак ва бир вактнинг узида база электродига асосий булмаган ташувчиларни юкори рекомбинация тезлигини таъминласак, у холда ярим давр ичида базага тупланаётган тенг булмаган огирликдаги ташувчиларнинг микдори ёки уларнинг тугри кучланиш импульси камаяди ва , мос равишда, диффузион сигим хам камаяди.

Нихоят, асосий булмаган ташувчиларнинг сочилиш вактини, уларни экстракциясига олиб келувчи базада ички электр майдонни хосил килиш билан камайтириш мумкин. Бундай майдонни базада донорли (ёки акцепторли) аралашмаларнинг нотекис таксимот йули билан яратиш мумкин.

Санаб утилган инерционликни камайтириш йуллари, у ёки бу даражада, илгари яратилган юкори частотали ва импульсли диодларни тайёрлаш технологик методлари асосида амалга оширилади. Бундай методлар – турта.

Тарихан биринчи булиб кисилган контактли нуктали диодларни тайёрлаш методи ишлаб чикилган (11.1.а-расм). Вольфрам билан молибден котишмасидан иборат, индийнинг (германийли диодлар) ёки алюминийнинг (кремнийли диодлар) ингичка катлами билан копланган пружинали нина, кристалл ушлагичга кавшарланган n-типли кристалл яримутказгич юзасига кистирилади. Яримутказгич контакт ости сохасини худудий (локаль) кизишини кетириб чикарувчи, контакт оркали кувватли ток импульсларини утказишиига асосланган электрформовка натижасида акцептор арлашмаларнинг (индий, алюминий) кристалл томон диффузияси кузатилади. 5...40 мкм радиусли чегаравий юзаси ярим сфера шаклидаги p-n утиш хосил булади.

Иккинчи методда (11.б.-расм.) микрокотишмали технология кулланилади. Индий ёки алюминийнинг ингичка катлами билан копланган, олтиндан килинган нина, ток импульсларни утказиш натижасида n-типли кристаллга кавшарланади. Бунда акцепторли арлашма ва олтин орасидаги содир булаётган диффузия p-n утишни хосил килади ва тенг булмаган огирликдаги заряд ташувчиларнинг яшаш вактини камайтиришга кодир булган, базани дефектларга бойитади.

Учинчи метод мезоструктураларни яратишга асосланади (11.в-расм.). n-яримутказгич юза катламига акцепторли арлашмалар диффузиясини утказгандан сунг (ёки, аксинча, донорли аралашмаларни р-яримутказгичга) ва электродни кавшарлаш, электрод кавшарланган кичик сохасидан ташкари бутун кристалл юзаси диффузион катламини химик едириш билан амалга оширилади. Натижада кристалл сиртида стол куринишдаги p-n утишга эга, юзаси электрод юзасидан кичик булиши мумкин булган кутарилиш хосил булади.

Туртинчи методда планар технология кулланилади (11.1.г-расм.). Акцептор аралашмаси ва олтин орасидаги диффузия, яхши диэлектрик хисобланган кремний икки оксид химоя билан копланган кичик юзали ойнача оркали амалга оширилади. Электрод алюминийни чангитиш методи буйича, чикиш эса термокомпрессия методи буйича тайёрланади.

Охирги икки технологик методларнинг афзалликлари шундан иборатки, диодларни бутун тайёрлаш жараёни юкори даражадаги назоратлигида.

Юкори частотали ва импульсли диодларнинг корпуслари шиша ёки керамикадан тайёрланади. Чикишларнинг шакли паразит сигимлар ва индуктивликларни максимал камайтириш, шунингдек, коаксиал линиялар билан (сочленения) килиш кулайлиги инобатга олинган.

Функционал мулжалланиши буйича юкори частотали диодлар дитекторли, аралаштирувчи ва модуляторлиларга булинади. Ушбу хар бир диод узининг конструктив-технологик хусусиятига эга. Масалан, дитекторли диодлар учун кичик амплитудали узгарувчан кучланишга юкори даражадаги реакция мухимдир, шунинг учун, германийнинг бу ерда кулланилиши максадга мувофикдир. Ушбу диодларнинг база каршилиги кичик булиши керак, яъни унинг легирланиш даражаси етарлича катта булиши керак. Бирок охиргиси кичик p-n утиш кенглиги ва максимал рухсат этилган тескари кучланишнинг кичик кийматини таъминлайди. Бинобарин, катта амплитудали сигналларни дитекторлаш учун бошка типдаги диодлар керак булади, масалан, кремнийли диодлар ёки Шоттки диодлари. Кичик амплитудали сигналларни дитекторлаш шароити буйича кайтарувчи диод яхши кониктиради.

Юкорида барча типдаги яримутказгичли диодлар учун эслатиб утилган умумий параметрлардан ташкари, дитекторли диодлар учун ток буйича сезгирлик ва кучланиш буйича сезгирлик каби параметрлар катта ахамиятга эга, улар мос равишда, тугирланган ток орттирмасини ёки чикиш кучланиш орттирмасини юкори частотали сигнал Р_юч кувватига нисбати каби аникланади.

Аралаштирувчи диод учун юкори частотали сигнал энергиясини оралик частота сигнал энаргиясига айлантириш эффективлигини характерловчи параметрнинг киймати жуда мухим. Ушбу параметр айлантиришнинг йуколиши номини олган булиб, куйидаги ифода билан аникланади:

(11.1)

Бу ерда Р_юч-юкори частотали сигналнинг куввати; Р_кабул-кабул килинаётган сигналнинг куввати.

Айлантиришнинг эффективлиги диод электрод тавсифининг ночизиклилик даражасига боглик. Ночизиклилик диод оркали окиб утаётган токни ортиши билан ортиб боради, у холда айлантиришнинг йоколиши диод токининг ортиши билан камаяди. Хар хил типдаги диодлар учун L_айлан. 5 ¸ 10 дБ оралигида ётади.

Барча типдаги айлантирувчи диодлар учун шовкин нисбий харорати билан характерланувчи, хусусий шовкинлар сатхи катта ахамиятга эга. Ушбу катталикнинг киймати одатда 2...3 ораликда ётади.

Импульсли диодлар синфида тупланган зарядли диодларни ажратиш мумкин, улар импульсли сигналларни айлантириш ва шакллантириш учун кулланлиладилар. Ушбу диодларни тайёрлаш технологиясида t₁-t₂ участка давомийлигини камайишига олиб келувчи, диод тескари каршилигини тикловчи жараён чораларга жиддий ахамият берилади. Натижада ушбу диод тескари токининг импульси тик фронтга эга булади.

Айтиб утилган шундай амалга ошириладики, яъни чегараланган манбадаги акцепторли аралашмаларни n-яримутказгичга диффузия килинади, бу билан n-яримутказгич калинлигидаги унинг концентрациясини бир текис тушишига эришилади.

p-n утишнинг технологик чегараси (х=0) N_а-N_dбулган текисликка мос келади. Базада, яъни х>0 сохада донорлар концентрацияси ва акцепторлар концентрацияси орасидаги фарк N_d-N_a(x) х ни ортиши билан орта боради. Электр ва термодинамикаларнинг мувозанатлик шартига кура базада р-яримутказгич томон йуналган майдон хосил булади. Ушбу майдон диодни тугри уланишдан тескари уланишга утказилганда, p-n утиш чегарасига инжекцияланаётган тешикчаларни ² сика бориб ² уларни экстракциясига олиб келади. Бундан ташкари, тенг булмаган огирликдаги ташувчиларнинг (тешикчалар) база томон кира бориш чукурлигини камайиб бориши, уларнинг концентрациясини ортишига олиб келади. Бунинг натижасида рекомбинация тезлиги ортади.

11.3. Варикаплар.

Сигимнинг тескари кучланиш катталигидан богликлигини кулловчи ва электр бошкарилувчи сигим сифатида кулланиш учун мулжалланган яримутказгичли диод варикап деб аталади. Варикаплар гетеродинларнинг частотани автоматик бошкариш (ЧАБ) системаларидан ташкарии, чатотани купайтирувчи (варакторлар) ва УЮЧ (ута юкори частота) диапазонида параметрик кучайтиргич (параметрик диодлар) сифатида кулланиладилар.

Умумий холда варикап сигимини тескари кучланиш катталигидан богликлигини куйидаги ифода билан ифодалаш мумкин:

(11.2)

бу ерда А-мувозанатли p-n утиш солиштирма сигим киймати билан ва контакт потенциаллар фарки U_к билан аникланувчи константа. m₁даража курсаткичи утишдаги аралашмаларнинг таксимот характеридан боглик. Кескин утиш учун m₁=1 ¤ 2. А ва m₁ катталиклар керак булган холларда, номинал сигим киймати (берилган тескари кучланишнинг номинал кийматида) билан ва К_с сигим буйича коплаш коэффициенти деб аталувчи коэффициентнинг киймати билан аникланиши мумкин. Сигим буйича коплаш коэффициенти тескари кучланишнинг берилган икки кийматидаги сигимларнинг узаро нисбатига тенг.

Варикапнинг кейинги асосий параметри сигим хароратавий коэффициенти (СХК) a_св булиб, у С_вварикап сигимини хароратга богликлигини характерлайди. Ушбу богликлик U_к контакт потенциаллар фаркининг хароратавий богликлигига асосланади. СХК варикап сигим нисбий узгаришини уни узгаришига сабабчи булган хароратнинг узгариши нисбатига тенг.

Варикап сифати унинг асллиги Q_В билан характерланади. Варикапнинг асллиги-бу берилган узгарувчан кучланиш частотасидаги варикап реактив каршилигининг, берилган сигим кийматида ёки узгармас тескари кучланишдаги йуколиш каршилигига нисбатидир.

Варикапнинг тулик каршилиги куйидагича:

бу ерда r-параллел уланган r_у(утечка) каршилик ва r_диф дифференциал каршиликларнинг натижавий каршилигидир. Актив ва реактив каршиликларни ажратиб, куйидагига эга буламиз:

(11.3)

Бу ердан, r_б<< r шартини инобатга олган холда, куйидагини топамиз

(11.4)

Аслликни частотадан богликлиги 11.3 (д)-расмда келтирилган. Паст частоталар сохасида wСв<<1/(rr_б)^1/2 ва

(11.5)

Юкори частоталар сохасида wСв >> 1/(rr_б)^1/2 ва

(11.6)

11.4-формуладаги частота буйича Q_В ни нолга тенглаштириб

(11.7)

частотада варикапнинг асллиги максимал ва куйидагига тенг:

(11.8)

r_диф/ r_бнисбат 10⁷ тартибда. r/r_б нисбат r_у (утечка) каршилигининг мавжудлиги учун бир неча кичикдир. Бирок, бунга карамасдан хам варикапнинг асллиги бир неча минггача етиб бориши мумкин .

Шундай килиб, аслликни паст частотада худди аслликни оптимал частотада ошганлиги каби, тескари силжиган p-n утишнинг дифференциал каршилигини оширишни талаб килади. Буни кандай килиб амалга оширилишини куриб чикамиз.

r_дифдифференциал каршилик куйидаги формула асосида топилади:

(11.9)

Кескин утиш холатида D утиш кенглигининг куйилган тескари кучланишнинг катталигидан богликлигини куйидаги ифода билан аникланади:

(11.10)

Бу ерда D₀ – мувозанатли утишнинг кенглиги. Умумий холда, бир текис утиш коплаганда курсатилган богликликни куйидаги куринишда келтириш мумкин:

(11.11)

Бу ерда m₂ ³ 2. Бу ердан

(11.12)

Агар U_{теск.мин.}>>U_к булса, у холда

(11.13)

Шундай килиб, керак булган дифференциал каршилик ортишини кенг таъкикланган зонали (n_i кичик киймати) ва нисбатан тор p-n утишли яримутказгичларни куллаш йули билан эришиш мумкин.

Юкори частоталарда керак булган асллик кийматини база каршилигини камайтириш йули билан олиш мумкин. Бу ёки базани лигерлаш даражасини орттириш ёки p^К-n-n^К типли структураларни куллаш билан эришилади. Яримутказгичнинг n-типли кучсиз лигерланган катлами кучли легирланган p^К ва n^Ктипли катламлар орасида жойлашган, n-типли катлам кичик кенгликда олинади , чунки нисбатан катта булмаган кучланишда p-n утишнинг х_n чегараси n^К-соха чегарасига етиб боради. База жуда кичик Омли n^К-сохада жойлашган. Бу методнинг афзаллиги шундаки, база кичик каршилигини таъминлаш билан бирга, максимал рухсат этилган тескари кучланишнинг катта киймати сакланиб колинади. Бундан ташкари, бундай структураларда тусик сигимини тескари кучланишдан бгликлик ночизиклик даражаси етарлича ортади, бу эса варакторлар учун жуда мухимдир, яъни сигнал частотасини кучайтириш учун кулланиладиган варикаплар учун.

11.4. Шоттки диоди, туннел ва алмаштириш диодлари, заряд тупловчи диодлар (Ганн диоди).

Шоттки диоди деб шундай диодларга айтиладики, уларнинг тугирловчи хусусияти электр утишни металл билан контактлашувчи n-яримуткакзгичда хосил килишга асосланади (11.4.а-расм). А_m > A_n булганлиги учун, контактни хосил килишда бошида металлга купрок электрон ута бошлайди. Яримутказгичнинг контактлашувчи катлами электронлар билан бирлашади, унда мусбат фазовий заряд хосил булади ва истаган бошка электр утиш каби зонанинг чеккалари силжийди.

Металлдаги электронлар концентрацияси яримутказгичдаги электронлар концентрациясидан бир неча баробар катта булганлиги учун, утиш бутунлигича n-яримутказгичда ётади. Майдоннинг металлга кириб бориши жуда кичик булади.

Мувозанатли холатдаги n-яримутказгич электронлари учун потенциал тусик баландилигини аникловчи контакт потенциаллар фарки, электронвольтларда ифодаланган чикиш ишларининг фаркига тенг.

(11.14)

Электронларнинг металлдан яримутказгичга утиш иши А_m металл чикиш иши ва яримутказгич электронларининг х_n электрон ухшашлиги орасидаги фаркка тенг (11.3.б-расм).

(11.15)

Майдон металлга кириб бормаганлиги учун, ушбу иш диодга куйилган ташки кучланиш катталигига боглик эмас, шу вактнинг узида яримутказгич электронларининг металлга утишидаги яримутказгич электронлари учун, потенциал тусикнинг баландлиги, истаган электр утиш каби куйилган кучланишнинг узгариши билан узгара бошлайди. Шоттки диодининг ишлаши манна шунга асослангандир.

Электронларни металлдан яримутказгичга утишини баландлиги (11.15) билан аникланувчи, тусик буйича термоэлектрон эмиссия сифатида караш мумкин. Бинобарин, металлдан яримутказгичга бирлик вакт ичида утаётган электронлар сони куйидагига тенг булади

(11.16)

Электронларнинг натижавий окими куйидагига тенг:

(11.17)

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

ва (11.17) ни электрон зарядига купайтириб, Шоттки диодининг идеаллаштирилган электрод характеристикаси тенгламасини оламиз

(11.18)

Бу ерда А к А^`q – Зоммерфельд константаси. Куриб турганимиздек, формал жихатдан Шоттки диодининг статик характеристикаси, J₀ туйиниш токи киймати бошкача булса хам, худди диодларнинг p-n утиши каби куринишга эга.

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

(11.18)

(11.17)

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

(11.18)

(11.17)

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

(11.18)

(11.17)

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

(11.18)

Оддий диодларга нисбатан Шоттки диоди бир катор афзалликларга эга. Ушбу афзалликлардан энг асосийси кичик инерционлик хисобланади. Шоттки диодлари бир неча гигагерцли частоталарда хам ишлай олиши мумкин. Бу шу билан богликки, Шоттки диодларда келтирилган энергетик диаграммалардан куриниб турибдики, «база» ролини, тугри уланганда унга электронларнинг инжекцияси содир булишини металл бажаради, бу ерда ушбу «иссик» электроналар бир онда (10^-13...10^-12 сек ичида) ошикча энергияни сочиб юборадилар ва термодинамик мувозанатли электронлар булиб коладилар. «База» да хеч кандай заряд тупланиши содир булмайди. Диффузион сигим нолга тенг. Ана шундай табиий йул билан база каршилиги муаммоси ечилади, чунки у металл каршилиги билан аникланади. Тусик сигмига келсак, уни хам етарлича кичик килиш мумкин, бунинг учун утиш юзасини камайтириш ва шунинг билан бирга металл-n-n⁺ структурани куллаш билан унинг кенглигини камайтириш йуллари билан эришиш мумкин.

Яримутказгичнинг турли хил юза дефектларини йукотиш кийин булганлиги учун, Шоттки диодларнинг тайёрлаш технологияси жуда мукаммалдир.

Устирилган яримуткагичларга асосланган, тугри уланганда туннел эффекти зоналар коплаганлиги сабали электрод характеристикасида манфий дифференциал каршиликли участкани хосил булишига олиб келувчи диодларга туннел диод деб аталади.

Устирилган яримутказгичларда p-n утишнинг энергетик диаграммаси ва электрод характеристикаси 11.4-расмда келтирилган. Яримутказгичларда устирилиш даражаси шундайки, Ферми сатхлари рухсат этилган зоналарда ётади ва термодинамик мувозанат холатида n-яримутказгич утказувчанлик зонасининг туби р-яримутказгич валент зонасининг шифтидан пастда жойлашган булади. Утиш кенглиги жуда кичик булганлиги учун, мувозанатлик холатида электронлар алмашиши асосан уларнинг потенциал тусик буйича туннеллашишида содир булади. Тугри кучланишнинг кичик кийматида, качонки n-яримутказгич утказувчанлик зонасининг туби тепага силжиганда, n-яримутказгичдан р-яримутказгичга электронларнинг туннел утиши ошиб боради ва мувозанатли холатдаги шундай утишлар сонидан катта булиб колади. Бунда тескари туннел утишларнинг сони аксинча камаяди. Натижада куйилган кучланишнинг ортиши билан ортиб борадиган диод тугри туннел токи хосил булади. Бирок, ушбу усиш n-яримутказгичнинг Ферми квазисатхи р-яримутказгич валент зонасининг шифт сатхигача кутарилгунча содир булади. Тугри кучланишни янада кутарилиши, n-яримутказгич утказувчанлик зонасидаги тулдирилган сатхларнинг катта кисми р-яримутказгич такикланган зонасига карши келиб колади, бу ерга эса тунеллашиш мумкин эмас. Тугри туннел токи камая боради. Тусик устидан электронларнинг инжекцияси бу кучланишда ундан хам кичик булганлиги учун, туннел токининг камайиши тулик токнинг камайишини англатади. Качон тугри кучланиш тусик усти инжекциясидан катта кийматга эга булса, тулик ток яна уса боради.

Диодни тескари улаганда электронларнинг р-яримутказгичдан n-яримутказгичга туннел утиши устун келади (электрон-тешикчали жуфтликларнинг хосил булиши). Тескари кучланишнинг ортиши билан ток узлуксиз ортиб боради.

Характеристикада манфий дифференциал каршиликли участканинг мавжудлиги туннел диодларнинг шундай асосий томоники, уларни кучайтиргичлар, юкори ва ута юкори частотали электр тебранишларнинг генератори сифатида, шу билан бирга, ута юкори тезликли уланиш схемаларда (ракамли ва мантикий схемаларда) куланиш имкониятини беради. Туннел диодлар германий ёки арсенид галийдан тайёрланади. Германийли диодлар кичик сатхдаги хусусий шовкинларга эга, бу эса уларни кучайтиргичлар сифатида кулланиши учун жуда ахамиятлидир. Арсенид галийдан килинган диодлар туннел токни максимумига (~1 В, германий учун эса ~ 0,4 В) мос келувчи U_c кучланишни катта кийматига эга, шунинг учун улар купинча ракамли схемаларда ва генераторларда кулланиладилар.

Туннел диодларининг юкори тезкорлиги шунга асосланадики, туннел эффектнинг узи ноинерцион ва жараённинг ривожланиши яримутказгичдаги электр майдоннинг релаксация вакти билан t к re₀e аникланади, бу катталик 10^-12 ...10^-13 с тартибдаги кийматга эга. Шундай килиб, реал жихатдан диоднинг инерционлиги факатгина тусик сигимини мавжудлигига ва юкори частоталарда етарлича катта буладиган чикиш индуктивлигига асосланади.

Чегаравий частотани туннел диодининг 11.5-расмда келтирилган эквивалент схемасига таяниб аниклаш мумкин. Бу схемада R-бу яримутказгичдаги йуколишнинг каршилигидир.

Манфий дифференциал режимидаги диоднинг тулик каршилиги куйидагига тенг

(11.19)

Бу ердан тулик каршиликнинг актив ташкил этувчиси

r катталик нолдан кичик булганда, диод узини актив элемент сифатида тутади. Чегаравий частоа w_ч деб шундай частотага айтиладики, бу частотада r нолга тенг булади. (11.20) дан куйидагини оламиз

(11.21)

Алмаштиришли диодлар деб устирилган яримуткагичларга асосланган, устириш даражаси шундай танланганки, бунда Ферми сатхи мос рухсат этилган зоналар чеккасига тугри келади. Бундай диодларда утказувчанлик тескари кучланишда тугри кучланишдагига нисбатан етарлича каттадир.

Агар 11.4-расмга назар ташласак, Ферми сатхи р-яримутказгич валент зонасининг шифтига ва n-яримутказгич утказувчанлик зонасининг тубига мос келади, у холда шуни билиш мумкинки, тугри силжишда туннел утишлар булиши мумкин эмас. Бинобарин, тугри утказувчанлик факат тусик усти инжекциясига, тескари утказувчанлик эса туннел эффектига асосланади. Шундай килиб, бундай диодлар учун утказувчи йуналиш сифатида тескари уланишнинг йуналиши, беркитувчи йуналиш учун эса тугри уланишнинг йуналиши хисобланади. Бу ердан алмаштириш диодинининг номи келиб чиккан. Алмаштириш диодининг афзаллиги утказувчи йуналишда кучланишнинг кичик тушиши ва туннел диодининг юкори частотали хусусиятларини саклаб колиши хисобланади. Сигнал кичик амплитудаси (тугри уланишнинг токи хали кичиклигида), юкори частоталаларда уни детектор, аралаштирувчи ва шунга ухшашлар сифатида куллаш имкониятини беради.

Ганн диодлари асосан ЮЧ ва УЮЧ тебранишларни генерация килишда ишлатилади. Ушбу диодларнинг ишлаш принципи Ганн эффектига асосланади, бу эффект электрон типидаги арсенид галий кристаллида купинча кузатилади. Ушбу эффект утказувчанлик электронларининг электр майдон кучланганлигидан узвий богликлиги билан богланган. Сунг кучсиз ва кучли майдонларга тегишли барча физик катталиклар мос равишда 1 ва 2 индекслар билан белгиланади. Кучсиз электр майдонларда электронларнинг харакатчанлиги нисбатан катта ва узгармас m_n₁кconst . Дрейф токининг зичлиги Е га тугри пропорционал, яъни , бу ерда n_n – яримутказгичдаги утказувчанлик электронларининг концентрацияси, – яримутказгич утказувчанлиги, бу катталик характеристикани ОА участкасидаги кия бурчак тангенсига тугри пропорционалдир (11.6(а)-расм).

Электронлар орасида узаро тукнашиш тезлиги ва мана шу узаро тукнашувларнинг частотасини ортиши натижасида электр майдон кучланганлигини ортишида «иссик» деб номланган электронлар харакатчанлигининг камайиши содир булади. Кандайдир Е = Е_чег= 50 кВ/см чегаравий кийматида барча электронлар «иссик» булиб колади, шунинг учун , бу ерда -«иссик» электронларнинг харакатчанлиги, - Е ³ Е_чег шартдаги яримутказгичнинг харакатчанлиги булиб, бу катталик характеристиканинг ВС участкадаги кия бурчак тангенсига тугри пропорционалдир.

Бир холатдан иккинчисига утиши характеристикада (11.6(а)-расм) камайиб борувчи аb участка билан тасвирланган, бу ораликда диод манфий дифференциал каршиликка эга.

Ишлаб турган диодда кристалл омик контактли пластинасига кучланиш берилади (мусбат анодга, манфий эса катодга-11.7(а)-расм), электр майдон хосил килган кучланганлик критик кучланганликдан озгина кичик булади. Шунинг учун бошлангич вазиятда кристаллда m_n₁ катта харакатчанликка эга электронлар билан аникланувчи, зичлиги j_a озгина кичик ток хосил булади (11.6(а)-расм).

Структуранинг (контакт-кристалл) нобиржинслиги учун контактлар сохасида майдон кучланганлиги критикдан катта булади (11.7.(б)-расм, 1 эгри чизик). Е > Е_кр шартда катод атрофида кичик m_n₂ харакатчанликка эга электронлар хосил булади. Ушбу электронларнинг (m_n₁ > m_n₂) колиб кетиши катод атрофида домен деб аталувчи, икки электр катлам хосил булишига олиб келади, унинг чап томонида секинлаштирилган электронлар заряди жойлашган, унинг унг томонида эса умумий окимдан колиб кетган электронларга боглик равишда хосил булган донорларнинг компенсацияланмаган заряди жойлашган. Ушбу доменда бошланган жараённи кучайтирувчи кушимча Е¢_дом майдон кучланганлиги хосил булади. Бундан ташкари, узгармас ташки кучланишда домендаги майдон кучланганлигини усиши, домен ташкарисида майдон кучланганлигини Е_А < Е_кр гача камайишига олиб келиши керак (11.7(б)-расм. 2-эгри чизик). Домендаги Е_В ва домен ташкарисидаги Е_А майдон кучланганлигини куйидаги шарт билан аниклаш мумкин, яъни домен участкасидаги ва унинг ташкарисидаги барча электронлар анодга бир хил тезлик билан, зичликдаги токни хосил килиб харакатланишлари керак (11.6 (б)-расм). Худди шундай тезлик билан анодга доменнинг узи хам харакатланади (11.7 (в)-расм). Анодга етиб бориб домен йуколади, бунинг натижасида майдон кучланганлигиннинг бошлангич киймати тикланади ва катод атрофида янги доменни тугилишига мухит яратилади.

Шундай килиб, ишлаётган Ганн диоди импульсларнинг давомийлиги (доменнинг тугилиш ва йуколиш вактларнинг йигиндисига тенг) булган, даври доменни кристаллдан утиш вактига тенг булган импульс токини хосил килади, бу ерда кристалл узунлиги; доменнинг харакат тезлиги. Аниклаш кийинмаски, бу режимда Ганн диоди кристалл узунлиги билан аникланувчи, узгармас даврли тебранишларни генерациялайди. Чегеравий холда, качонки домен бутун кристаллни эгалласа, тебраниш деярли частотали гармоник шаклда булади.

Агар Ганн диодига электр майдон кучланганлигини ораликда хосил килувчи узгармас кучланиш билан бирга тез узгарувчан частотали кучланиш куйилса, у холда домен туликлигича шаклланишга улгира ололмайди. Ортиб борувчи ташки кучланишда кристаллдаги майдон кучланганлиги ортиб боради, утказувчанлик ва ток эса – камаяди. Бинобарин, бу режимдаги, яъни чегараланган хажмий зарядларни туплаш режими, Ганн диоди узини худди динамик каршилик каби тутади ва УЮЧ тебранишлар манбаи сифатида кулланилиши мумкин, унинг ишчи частотаси ( 300 ГГц гача ) диод билан аникланмайди, у диодга уланган резонанс система билан аникланади.

Назорат саволлари:

1. Яримутказгичли диодларнинг тайёрланишининг асосий методлари хакида этиб беринг.

2. Кандай яримутказгичлар варикап деб аталади? Варикапларнинг асосий параметрларини санаб утинг.

3. Шоттки диодига таъриф беринг. Шоттки диодининг идеаллаштирилган электрод характеристикаси тенгламасини келтириб чикаринг.

4. Туннел диоди нима? Туннел диодининг эквивалент схемасини чизинг ва тушунтиринг.

5. Алмаштиришли ва кучки-учиб утишли диодларнинг ишлаш хусусиятлари хакида гапириб беринг.

Адабиётлар:

1. Андреев И.С., Арипов Х.К., Атаметов Р.К., Рахматов Ш.Б. Методическое руководство по экспериментальному определению параметров диодов и расчету устройств на их основе с помохью ПЭВМ. – Т.: ТЭИС, 1991.

2. Бочаров Л.Н. Электроннуе прибору: Учебник для техникумов. - М.: Энергия, 1979.

3. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковух приборов. – М.: Сов. радио, 1980.

4. Кушманов И.В., Васильев Н.И., Леонтьев А.Г. Электроннуе прибору. - М.: Связь, 1973.

5. Электроннуе, квантовуе прибору и микроэлектроника: Учебное пособие для ВУЗов / Ю.Л. Бобровский, С.А. Корнилов, И.А. Кратиров и др. Под ред. Проф. Н.Д.Федорова. - М.: Радио и связь, 1998.

6. Электроннуе прибору: Учебник для ВУЗов / В.Н. Дулин, Н.А. Аваев, В.П. Демин и др.; Под ред. Г.Г. Шишкина. – 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 496 с.: ил.

Мундарижа:

Маъруза 6. Яримутказгичлар хакида бошлангич маълумот . . . . . . . . . . . . . . . .

Маъруза 7. Нобиржинсли яримутказгичлар. Электр утишлар . . . . . . . . . . . . . .

Маъруза 8. p-n утишда мувозанатниннг бузулиши . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Маъруза 9. Яримутказгичли диодлар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Маъруза 10. р-n утишнинг тешилиши. Стабилитрон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Маъруза 11. Диодларнинг типлари . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Адабиётлар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Укув нашриёти

Режа 2003 ¤ 2004 ук.й.

Хайрулла Кабилович Арипов

Ахмед Маллаевич Абдуллаев

Галина Николаевна Кузьмина

Евгений Витальевич Объедков

Ирина Александровна Королева

Абиджан Турсунбаевич Рахимбаев

ЭЛЕКТРОН КАТТИК ЖИСМЛИ АСБОБЛАР ВА МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Булим

ЯРИУТКАЗГИЧЛИ ДИОДЛАР

Маърузалар конспекти

куйидаги йуналишдаги бакалаврлар учун

5 552300 – Телекоммуникация

Тавсия килинади

5 140900 – Телекоммуникация буйича педагог

5 521900 – Информатика ва информацион технологиялар

5 522500 – Радиотехника

Босишга рухсат берилган

Офсет когоз. Заказ № Бос.

Адади

ТАТУ типографиясида босилган

Тошкент 700084, А.Темур-108 куча

ТАТУ мухаририят кенгаши томонидан

Босишга тавсия этилган

Босишга тасдиклайман

Тошкент ахборот технологиялари университети

( ТАТУ Укув кенгашининг Протокол № дан)

Жавобгар мухаррир Х.К. Арипов

Тугирловчилар А.М. Абдуллаев

Г.Н. Кузьмина

Булим

Биринчи холатда, кушни зоналар кенглиги

Назорат саволлари:

Даража курсаткичи b хар хил яримутказгичли материаллар учун 2 дан 6 гача кийматларга эга булиши мумкин.

Мувозанатликда (U0 к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U0 к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U0 к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U0 к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U0 к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Бу ердан тулик каршиликнинг актив ташкил этувчиси

Укув нашриёти

Хайрулла Кабилович Арипов

Ахмед Маллаевич Абдуллаев

Галина Николаевна Кузьмина

Булим

Маърузалар конспекти

ТАТУ мухаририят кенгаши томонидан

Босишга тасдиклайман

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз

Мувозанатликда (U₀к 0) эканлигини инобатга олиб, куйидаги тенгликни оламиз