Лекция 23,24
Р-n- ауысулар
Р-n- ауысу деп екі жартылай өткізгіш, біреуі электронды өткізгіштікке ие, ал екіншісі кемтікті өткізгіштікке ие болған жартылай өткізгіштіктердің жапсарласуынан (түйісінен) пайда болған құрылмаға айтылады. Бұндай құрылманы көбінесе р-n- ауысулар деп атайды. Бұл ауысулар үлкен практикалық мағынаға ие болып, ол көптеген жартылай өткізгішті приборлардың негізін құрайды. Р-n- ауысуларды механикалық түйістіру жолымен алу мүмкін емес. Көбінесе әртүрлі өткізгіштікке ие құрылмаларды жартылай өткізгіш кристаллдарын белгілі бір технологиялық әдістермен өсірген кезде алу мүмкін. Бұндай технологияда алдымен n- типті жартылай өткізгіш өсіріледі, ал оның үстіне р- типті жартылай өсіріледі. Бұндай Р-n- ауысуларды кристалдарды өсіру кезінде алынған ауысулар деп атайды. Мысалы басқа бір әдісі n- типті германий кристаллының бетіне р-тип беретін индий металының таблеткасын қойып (1а-сурет), оларды вакуумда немесе инерт газ ортада 5000С дейін қыздырады, бұл кезде индий атомдары n- типті германийге диффузия жолымен енеді де белгілі бір тереңдікте р-типті германий пайда болады (1 б-сурет).
In In
n- тип Ge
р-тип
Ge
а) б)
1-сурет
Осылайша n- типті германийде р-n- ауысу келіп шығады. Енді осы р-n- ауысуда болатын физикалық процесстерді қарастырайық (2 а- сурет).
Мысалы донорлы жартылай өткізгіш, электронның шығу жұмысы Аn , Ферми деңгейі болсын, оны акценторлы жартылай өткізгіш шығу жұмысы , Ферми деңгейі жартылай өткізгішпен түйістірейік (2 б-сурет). Бұл кезде n- типті жартылай өткізгіштен электрондар р- типті жартылай өткізгішке диффузиялық жолмен өтеді, ал р- типті жартылай өткізгіштен керісінше кемтіктер n- типті жартылай өткізгішке диффузиялық жолмен өтеді. Нәтижеде n- типті жартылай өткізгіштен электрондардың р- типті жартылай өткізгішке өтіп кетуіне байланысты жапсарда (түйісте) донорлық атомдардың компенсацияланбаған оң таңбалы көлемді иондары пайда болады. Ал р- типті жартылй өткізгіштен кемтіктердің n- типті жартылай өткізгішке өтіп кетуіне байланысты жапсарда (түйісте) акценторлық атомдардың теріс таңбалы көлемді иондары пайда болады (2а-сурет).
а) Ауысу ауданы
n-тип +++
o o o o
----------------------------
An
б) Ap
2- сурет
Бұл көлемді иондар жапсарда екі қабатты электр қабаттарын келтіріп шығарады. Бұл қабаттардың өрісі, n- облыстан р-облысқа қарай бағытталған болады да электрондардың n р-ға, ал кемтіктердің р n-ге қарай одан әрі өтуіне кедергі жасайды. Егер донорлардың концентрациясы, акценторлардың концентрациясына тең болса, онда қозғалмас иондардың зарядтары туғызған қабаттар d1 және d2 тең болады, яғни d1 = d2 (2 в-сурет). Р-n- ауысудың белгілі бір еніне жеткенде бұл ауысулардағы Ферми деңгейі теңеседі (2 в-сурет). Р-n- ауысуда бұл кезде энергетикалық зоналардың иілуі пайда болады да, нәтижеде электрондар үшін де, кемтіктер үшін де потенциал барьер келіп шығады. Потенциал барьер -дің биіктігі р және n- типті жартылй өткізгіштердегі Ферми деңгейінің бастапқы айырмашылығына байланысты болады. Р-n- ауысудағы d –қабаттың қалыңдығы (ені) қалыпты жағдайда 10-6-10-7см, ал түйіс потенциалының айрымы вольттің оннан бір бөлігіне шамалас болады. Бұндай потенциалдар айрымы Р-n- ауысуды электрондар үшін де кемтіктер үшін де жабық ұстайды, яғни олар бұндай жапсардан өте алмайды. Бұндай жабық жапсарды өзгерту мүмкін егер электр өрісін қоятын болсақ.
Мысалы Р-n- ауысуға қойылған сыртқы өріс n- типтен р-типке бағытталған болса
(3 а-сурет) түйіс потенциалымен бағыттас болады, ол электрондардың n- типте, кемтіктердің р-типте қарама-қарсы қозғалысына алып келеді де, нәтижеде жабық қабаттың енін ұлғайтады (3-а- сурет), ал кедергісін арттырады. Жабық қабаттың енін арттыратын сыртқы өрісті теріс өріс деп атайды. Бұл кезде Р-n- ауысудан өте аз ток өтеді. Бұл токты кері ток деп атайды. Егер Р-n- ауысуға қойылатын сыртқы өріс түйістегі потенциалдар арымына қарама-қарсы болса (3 б-сурет) онда n- типті жартылай өкізгіште электрондар, ал р-типті жартылай өткізгіште кемтіктер қарама-қарсы қозғалысқа келіп р-n- ауысудан өте бастайды.
а) І б) І
+ - - +
E Е
3 –сурет
Р-n- ауысуда электрондар мен кемтіктер рекомбинацияға ұшырайды да түйіс қабатының ені кемиді және кедергісі де кемиді. Нәтижеде Р-n- ауысудан ток өтеді бұл кезде ток бағыты р-облыстан n- облысқа бағытталған болады, бұл токты тура ток деп атайды. Осылайша р-n- ауысу металл-жартылай өткізгіш түйісі сияқты токты бір бағытта жақсы өткізеді де қарама қарсы бағытта өте нашар өткізеді. Р-n- ауысудың бұл қасиеттерін техникада кеңінен қолданады. Жартылай өткізгішті р-n- ауысуларды жартылай өткізгішті диод деп атайды.
IТ
тура
ток
Uk UТ
кері ток
Ik
Достарыңызбен бөлісу: |
