Жартылай _ткізгіш диодтары. Жартылай ткізгіш диодтары
 Скачать 406.5 Kb.
|
|
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ СӘТБАЕВ УНИВЕРСИТЕТІ Автоматика және ақпараттық технологиялар институты Электроника, телекоммуникация және ғарыштық технологиялар кафедрасы  СӨЖ №1 Тақырыбы: Жартылай өткізгіш диодтары
Оқытушы: Абдыкадыров Асқар Студент: Нұрманбет Томирис Мамандығы: Телекоммуникация Алматы 2022 ж МАЗМҰНЫКІРІСПЕ.............................................................................................................1 1. Жартылай өткізгіш диодтары. Материалдардың түрі..............................1-5 2. Жартылай өткізгіштер................................. ...............................................6-8 3. Жартылай өткізгіштік материалдардағы өткізу қабілеті.........................8-9 4. Электронды–кемтіктік p–n ауысу.............................................................9-11 5. Тура және кері ығысулар.........................................................................11-13 6. Жартылай өткізгіштік диодтар................................................................13-15 7. Сипаттама белгілері мен максималды мәндер.………………………..14-16 8. Кернеуді және токты түзету....................................................................16-18 ҚОРЫТЫНДЫ…………………………………………………………………19ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР…………………………………………….20 КІРІСПЕ 1.Жартылай өткізгіш диодтары. Материалдардың түрі Жартылай өткізгіштер — өзінің электрлік қасиеті жағынан өткізгіштер мен диэлектриктердің (мысалы, германий, кремний) арасынан орын алатын элементтер. Жартылай өткізгішті диод, бір ғана р –n ауысымы бар және кристалдан ішкі екі шығысы бар әртүрлі электр өткізгіштігі бар электртүрлендіргіш жартылай өткізгішті аспап. Осы р –n ауысым барлық жартылай өткізгіштің қасиеттерін, техникалық параметрлерін анықтайды. Диод – екі электроды бар бір жаққа ток өткізумен ие болатын жартылай өткізгіш элемент. Айнымалы токты түзетілген токқа түрлендіруге қолданады.    сурет – Жартылай өткізгіш диод: а) диодтың жартылай өткізгіш құрылымы; б) диодтың шартты сызықты белгісі; в) диодтың өте жақсы вольт-амперлі сипаттамасы Диодтың екі қабаты бар: біреуінің кемтікті өткізгіштігі бар ( p), екіншінің электронды өткізгіштігі бар ( n). Диодтың әрекет принципі p және n қабаттардың шекарасында (p–n өткелде) өтетін үрдістермен негізделген. Жартылай өткізгіштік диодтар p n ауысуымен қамтылған, сыртқы тізбекпен жалғану үшін сымдармен немесе тең белгілерімен жабдықталған. Токтың шамасы аз болған жағдайда (тізбектегі көптеген түзеткіш сияқты), тізбектегі түйіндердегі жылудан сақтау үшін диод металл пакетінің ішіне орналастырылады. Диодтарды p типті материалдарға қосса, анод деп, ал n -типті материалдарға қосса – катод деп атайды. Материалдардың түрі Жартылай өткізгіш материалдың көптеген түрлері бар. Бұл әр түрлі жартылай өткізгіштердің қасиеттері біршама ерекшеленеді және жартылай өткізгіш құрылғылардың әртүрлі формаларында әртүрлі қолданыста болады.. Металдармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер элексир тоғын аз өткізеді, ол сәулелену кезінде жарық энергиясының ағымымен өзгере алады. Радиолампалармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер құралдардың көлемі мен салмағы аз, электрлік және механикалық беріктігі жоғары болады, олар ұзақ уақыт қызмет ете алады және электр энергиясын аз пайдаланады. Осындай қолайлы қасиеттеріне орай жартылай өткізгіштерді әскери радиотехникалык аппаратураларда жиі қолданады. Әр түрлі жартылай өткізгіш типтерін анықтауға болатын екі негізгі топ немесе классификация бар: Ішкі материал: Жартылай өткізгіш материалдың ішкі түрі химиялық жағынан өте таза. Нәтижесінде ол өте аз өткізгіштік деңгейіне ие, заряд тасымалдаушылардың саны өте аз, яғни тең мөлшерде иеленетін саңылаулар мен электрондар. Сыртқы материал: Жартылай өткізгіштің экстринис түріне негізгі ішкі материалға аз мөлшерде қоспалар қосылатын түрлері жатады. Бұл «допинг» басқа периодтық кесте тобының элементін пайдаланады және осылайша валенттілік аймағында жартылай өткізгіштің өзіне қарағанда көп немесе аз электрон болады. Бұл электрондардың артықтығын немесе жетіспеушілігін тудырады. Осылайша жартылай өткізгіштің екі түрі бар: электрондар теріс зарядталған тасымалдаушылар. Жартылай өткізгіш материалдар көбінесе кристалды бейорганикалық қатты заттар қолданылады. Бұл материалдар көбінесе периодтық жүйе шеңберінде позицияларына немесе топтарына қарай жіктеледі. Бұл топтар белгілі бір элементтердің сыртқы орбитадағы электрондарымен анықталады. Жартылай өткізгіш материалдар түрлері: Германий (Ге, V топ) - Жартылай өткізгіш материалдың бұл түрі радиолокациялық диодтардан алғашқы транзисторларға дейінгі көптеген алғашқы құрылғыларда қолданылған. Кремнийге қарағанда зарядты тасымалдаушының жақсы қозғалғыштығын ұсынады, сондықтан кейбір РЖ құрылғыларында қолданылады. Қазіргі кезде жақсы жартылай өткізгіш материалдар сияқты кең қолданылмайды. Кремний (S,IV топ ) - Кремний - жартылай өткізгіш материалдың ең көп қолданылатын түрі. Оның басты артықшылығы - оны жасау оңай және жалпы электрлік және механикалық қасиеттерді қамтамасыз етеді. Жартылай өткізгіштің тағы бір мысалы - сигнал күшейткіштерінде кеңінен қолданылатын галлий арсенидін (GaAs), әсіресе жоғары күшейту және шу деңгейі төмен сигналдар үшін. Электрондық құрылғыларда қолдануға болатын жартылай өткізгіш материалдардың көптеген түрлері бар. Әрқайсысының өзіндік артықшылықтары, кемшіліктері және оңтайлы өнімділікті ұсынуға болатын аймақтары бар. 2. Жартылай өткізгіштер Жартылай өткізгіш атомы көршілес атом электронымен біріге отырып (коваленттік байланыс) кристаллдық тор құрап, кеңістікте қатаң бір тәртіппен орналасады.Кристалдың әр атомы (мысалы, а-атомы) өзіне жақын орналасқан төрт атоммен сегіз электрон көмегімен байланысады: оның төртеуі – қарастырылып отырған атомның электрондары да, ал қалған төртеуі бір біреуден байланысқа түсіп отырған атомдардікі. Мысалы, Кремнийдің (Si) атомы төрт валенттік электронға ие, молекулаларда көршілес төрт атомның арасында ковалентті байланыс болады(2.1 сурет).  2.1 сурет–Кремнийдің (Si) ковалентті байланысы Өткізгіштерде бос электрондар өте көп, олардың бағытталған қозғалысы тоқ өткізгіштігі болады, ал жартылай өткізгіштерде бос электрондар өте аз, себебі жартылай өткізгіште валентті электрондар өз атомымен байланысқан, яғни олар бос емес. Жартылай өткізгішітік тоқ, сыртқы әсер ықпалымен; қыздыру, сәулелендіру немесе қоспа кіргізу арқасында, үлкен аралықта пайда болып не өзгере алады. Қоспа кіргізген кезде, валентті электрондардың энергиясы көбейіп, өз атомдарынан ажырайды, берілген кернеу әсерінен бағытталған қозғалыс жасап, тоқ тасушыларына айналады. Жартылай өткізгіш температурасы, сәулелендіру неғұрлым көп болса, бос электрондар саны да көп болып, тоқ та көп болады. Барлық жартылайөткізгіштерді екі топқа бөлуге болады: 1) Таза (меншікті, қоспасыз) немесе і-типты жартылайөткізгіштер (бір элемент атомдарынан тұратын заттар). 2) Қоспалы жартылай өткізгіштер. Абсолютті таза және біртекті жартылай өткізгіште нөлден өзгеше температурада бос электрондар мен кемтіктер жұп құрады, яғни электрондар мен кемтіктердің саны тең болады. Мұндай жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігі меншікті электр өткізгіштік деп аталады. Таза жартылай өткізгіште абсолюттік ноль температурада (Кельвин бойынша Т=0 болғанда) барлық электрондар коваленттік байланыс құрауға жұмсалады да, еркін электрондар болмайды, яғни, жартылай өткізгіш диэлектрикке айналады. Температура жоғарылаған сайын электрондардың кейбірі қосымша энергияға ие болып, өздерінің коваленттік байланыстарын бұзып еркін электронға айналады. Нәтижесінде екі еркін заряд тасымалдаушы пайда болады: еркін электрон (теріс заряд) және оның орны кемтік (орын босату). Кемтік сан шамасы жағынан электрондікіне тең таңбасы оң зарядқа ие. Температура жоғарылағанда жартылай өткізгіште еркін заряд тасымалдаушылар пайда болады және таза жартылай өткізгіштерде еркін электрондар мен кемтіктердің концентрациясы тең болады: ni=pi. Еркін электрон мен кемтіктің пайда болу үрдісін электрон-кемтік жұбының генерациясы дейді(2.2 сурет). Электрон кристаллдық тор көлемінде қозғалыс барысында кемтіктің орнын басуы мүмкін. Бұл кезде электрон және кемтік өзара жойылады, мұны электрон-кемтік жұбының рекомбинациясы деп атайды.  2.2 сурет– Кристал торында электрон-кемтік жұбының пайда болуы Жартылайөткізгішке арнайы қоспа енгізу легирлеу, ал қоспалы жартылайөткізгіш легирленген деп аталады. Жартылай өткізгіш аспаптарының көбісінде қоспалы жартылай өткізгіштер қолданылады . n – типті жартылайөткізгіш алу үшін IV валентті элементтің кристалл торына валенттілігі V тең элемент атомын енгізсе, қоспаның әрбір атомы жартылай өткізгішке бір еркін электрон туғызады (2.3- сурет). Қоспаларды жартылай өткізгіштерге енгізгенде еркін электрондар пайда болса – бұл жартылай өткізгіш енгізілген қоспа донор деп аталады. Донор қоспасы бар жартылай өткізгіштерде өткізгіштік еркін электрондармен сипатталады да, бұндай жартылай өткізгіштерді n-типті (negative) деп атайды.  2.3 сурет–Ge-дің кристалл торының моделі (донор қоспасы бар жартылай өткізгіш). р – типті жартылай өткізгіш алу үшін IV валентті жартылайөткізгішке V валентті атомдарды қоспа ретінде енгізеді. Қоспаның әрбір атомы жартылайөткізгіштің негізгі атомдарының көршілес тұрған атомдарының бірінің электронын тартып алады, нәтижесінде бір кемтік пайда болады. Мұндай қоспа акцепторлық деп аталады. Егер жартылай өткізгіш – кристалл торы ішіне сыртқы қабаттарыда үш электрон болатын, мысалы Бор, Индий атомдарын енгізетін болсақ, электронның жоқтығы кристалл ішінде кемтіктің пайда болуына келтіреді (2.4 сурет).  2.4 сурет – Акцепторлы қоспасы бар кристалл торының сұлбасы Жоғарыда қарастырылған негізгі заряд тасушылармен қатар (бұлар жартылай өткізгіш ішіне қоспаларды қосқанда пайда болады дедік) кәдімгі қыздыру әрекетінен пайда болатын еркін электрондар (оларды негізгі емес заряд тасушылар деп атайды) да токқа үлесін қосады. 3.Жартылай өткізгіштік материалдардағы өткізу қабілеті Жартылай өткізгіштердің кәдімгі температурадағы электрөткізгіштігі металдардың электрөткізгішітігі мен салыстырғанда аз. Өте төмен температурада олар диэлектриктерге ұқсайды. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі температура мен жарық әсерінен қатты өзгереді, яғни температура артып және Жартылай өтккізгіш неғұрлым қаттыр жарықталынса, оның электрөткізгіштігі де соғұрлым жоғары болады. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі оның құрамына өте аз шамада қоспалар енгізу жолымен басқарыларды. As Sb P , , өздерінің валентті қабаттарында бес электрондарға ие, егер осы элементтердің біреуін жартылай өткізгіш үшін қоспа түрінде пайдалансақ, кейбір атомдар тетраэдр құрылымын түзе алады. Бесінші валентті электрон осы тэтраэдрмен мықты байланыспайды, сондықтан ол еркін қозғалады да, ал қоспа атомдары теріс заряд тасымалдаушыларын түзе алады. Үш валентті электроны бар In (индий), Al (алюминий), B(бор) сияқты элементтерді таза жартылай өткізгіштің кристалдық торына енгізсек, онда жартылай өткізгіштердің кейбір атомы осы қоспа атомдарының кейбіреулерімен алмасуы мүмкін. Төрт валентті байланыстың біреуіне электрон жетіспейді де, ол орын бос болып қалады, міне осындай орындар ойық немесе кемтік деп аталады. Қоспа атом, кемтіктер, электрондар қозғалысының траекториясы. Осы кемтіктер өткізгіштік қасиетке әкеледі. Сырттан түсірілген кернеу әсерінен электрондар бір кемтіктен екінші кемтікке секіріп қозғалғандықтан электр тоғы жүре бастайды Көрсетілген диапазонда электрондар A - дан B - ға қарай қозғалады, сонда кемтік B -дан A -ға қарай қозғалған тәрізді болып көрінеді C -электроны A - ға қарай өткенде, кемтік C – ға қарай қозғалған тәрізді болып көрінеді, сонымен осыған ұқсасқозғалыстар жалғаса береді. 3.Электронды–кемтіктік p–n ауысу Әр типтегі екі жартылай өткізгіш контактысын электронды-кемтіктік ауысу немесе р-n ауысуы деп аталады. Мұнда екі өткел арасында бір типтен екінші типке заряд тасымалдаушылардың өту құбылысы байқалады. p-n ауысу жартылай өткізгішті диодтар, триодтар және басқа да бейсызық вольт-амперлік сипаттамалы электронды элементтер үшін басты көрсеткіш болып табылады. Электрондық және кемтіктік жартылай өткізгіштерді бір-бірімен түйістіргенде, олардың бірінен-біріне интенсивті түрде заряд тасушылар өте бастайды. Электрондар концентрациясы р-типтегі жартылай өткізгіштердегіге қарағанда n-типтегі жартылай өткізгіштерде көп те, ал кемтіктер концентрациясы р-типтегі жартылай өткізгіште көп. Концентрацияларының бірдей болмауына байланысты диффузия нәтижесінде электрондар р-типтегі жартылай өткізгішке қарай өтеді де, ал кемтіктер n-типтегі жартылай өткізгішке өтеді. Осыған байланысты n-типтегі жартылай өткізгіштің контактыға жақын қабаттарында компенсацияланбаған оң зарядты донорлық қоспа иондары, ал р-типтегі жартылай өткізгіш қабаттарында теріс зарядты акцепторлық қоспа иондары пайда болады. Оң зарядталған n-типтегі жартылай өткізгіштің барлық энергетикалық деңгейлері төмендейді де, теріс денгейлері жоғарлайды(3.1 сурет ).  3.1 сурет – электронды – кемтік (p-n) ауысуы Сонымен диффузия дегеніміз – концентрациясы көп аймақтан, концентрациясы аз аймаққа қарай бөлшектердің бағытталған қозғалысы (заттардың концентрациясының өз бетімен теңелуі). Контакт аймағында негізгі заряд тасымалдаушылар азайып, тек қозғалмайтын қоспа иондары ғана қалады. Сондықтан енінің аз болуына қарамастан (10–6 дан 10–8м) p-n ауысуы, кедергісі жартылай өткізгіштердің басқа бөліктеріндегі кедергіден әлдеқайда артық. 4.Тура және кері ығысулар Электрон-кемтік өтулер аймағына сырттан кернеу түссе, p -типті материал n -типті материалға қатысты оң зарядталады. p-n ауысу тура бағытта ығысады. p-n өткелге тура ығысу кернеуін Uтура берейік (4.1 -сурет), яғни p-облысқа плюс, ал n- облысқа – минус. Uтура p-n өткелдің потенциалдық тосқауыл шамасын jк азайтады Uауыс=jк – Uтура. |