Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштеріне сыртқы

 
Жылулық 
энергияның 
әсерлігі: 
а) 
заряд 
тасушылардың 
шоғырлануының температуралық тәуелділігі.
 
Жартылай өткізгіштің ішіндегі 
тасушылардың шоғырлануы температураға және қоспалардың шоғырлануына 
тәуелді. Төменгі тасушылар саласында а және б нүктелер арасындағы төменгі 
сынықтың ауданы қоспалар себепші болған тек тасушылардың шоғырлануын 
мінездейді. Тік сызықтың еңкеюуі қоспалардың W
Д1
энергиясымен 
анықталады. Температура өскенде қоспалы атомдардың электронды қорлары 
таусылғанша қоспалармен қамсыздандыратын тасушылардың саны үлкейеді 
(б нүктесі). б–в ауданында қоспалар таусылады, ал электрондар тыйю зонадан 
әлі өтпейді. Қисықтың тұрақты шоғырлануы бар участікті қоспалардың 
таусылу саласы деп атайды. Температураның одан арғы өскені 
электрондардың тыйю зона арқылы өту әрекеті ретінде тасушылардың кенет 
өсуіне келтіреді (в–и участкесі). Бұл ауданның еңкеюуі жартылай 
өткізгіштің W тыйю зонаның кеңдігін мінездейді.
 
5.2 Сурет - Әртүрлі донорлық қоспалар кездегі (N
Д3 
> N
Д2
>N
Д1
>W
Д1
>W
Д2
) 
жартылай өткізгіштің ішіндегі заряд тасушылардың шоғырлануының 
температурадан тәуелділігі
5.2 суреттен жартылай өткізгіштің ішіндегі қоспалар шоғырлау өскен 
кезде а–б ( немесе 2-д) ауданнан (мұнда шоғырлау қоспалармен қамтамасыз 
етіледі) б–в ауданға өтуі (қоспалардың таусылуына сәйкесті) жоғары 
температура жағына ығысқаны көрініп тұр. Қоспалардың жеткілікті үлкен 
шоғырлау болған кезде (W
Д3

0) қисық ж-з және з–и екі ауданнан құралады: 
бірінші ауданда тасушылар тыйю зонадан өте бастайтын кездегі 
температураға дейін зарядтың шоғырлануы тұрақты.
б) 
Тасушылардың 
жылжымалылықтарының 
температуралық 
тәуелділігі.
Зарядтың тасушыларының жылжымалылықтары

(5.5
)
Үлкен жылжымалық зарядтың тасушыларының m массасының 
аздығымен τ ерікті аралық қашықтық уақыт үлкендігімен немесе реаксация 
уақытымен қамтамасыз етіледі. Жартылай өткізгіштіктерде зарядтың 
тасушыларының массасы ерікті электронның массасынан не үлкен, не аз 
болуы мүмкін. Өрісті түсіргеннен кейін тоқтың азаюын мінездейтін 
релаксация уақыты соққыласу жиілігі және неғұрлым олар қарқынды болса, 
соғұрлым релаксация уақыты, сол себептен жылжымалылық азаяды. Бөлмелік 
температура кезде ерікті электрондардың V
ж
жылулық қозғалысының орташа 
жылдамдығы 10
5
м/с маңайында. Сондықтан электронның толқын ұзындығы 
7 нм маңайында, ал металдарда ол, 5 нм маңайында. Кейбір таза жартылай 
өткізгіштердің жылжымалылығы өте жоғары (10 м
2
В/с және оданда үлкен), 
басқалардікі өте төмен (10
-4
м
2
/В с). Кіші мәні бар жартылай өткізгіштің ерікті 
аралық қашықтықтың ұзындығы торлардағы атомдар арасындағы аралықтың 
үлесіне тең. Керекті ерікті аралық қашықтықтың ұзындығы көршілес 
атомдардың аралықтарынан кем болмауы керек. Жылжымалылықтың 
температурадан тәуелділігіне әртүрлі әсер ететін жартылай өткізгіштің 
ішіндегі заряд тасушыларының шашырап тарауына себепші болатындар: 1) 
кристалды тордың атомдарының жылулық тербелуі; 2) қоспалар; 3) тордың 
ақаулары (бос түйіндер, жарықтар және т.б.).
Заряд тасушылардың шашылып таралуы тордың жылулық тербелуінде 
және ионизацияланған қоспаларда өтеді. Бұл екі шашылып таралудың 
жағдайы жылжымалықтың температурадан тәуелділігінде екі ауданның пайда 
болуына келтіреді. Тасушылардың шашырап таралуы тордың жылулық 
тербелуіндегі 
l
орт
ерікті 
аралық 
қашықтықтың 
ұзындығы 
әртүрлі 
жылдамдықтары бар заряд тасушыларға бірдей болады және жартылай 
өткізгіштерге, 
абсолюттік 
температурасына 
кері 
пропорционалды. 
Сондықтан, (5.5) теңдеуден шығады l
орт

1/Т, ал U
ж

Т болғандықтан

(5.6)

Төмен температуралар кезде жылулық шашырап тарау (5.6) сәйкес 
шамалы болады да, атомдық торлары бар заттарды ионизацияланған 
қоспалардағы тасушылардың шашырап тарауы басымды болады. Сондықтан 
еркінді аралық қашықтықтың ұзындығы температура өскенде (5.6) сәйкес
l
орт 

Т
2
, ал жылжымалылықтың әртүрлі қоспалары кездегі температурадан 
тәуелділігі.
5.3 Сурет - Жылжымалықтың нәтижелі температуралық тәуелділігінің 
максимумы (а), (б) жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштерінің 
температуралық тәуелділігі
Егер де заряд тасушылардың шашырап тарауында екі жағдай қатынасатын 
болса, онда жылжымалықтың нәтижелі температуралық тәуелділігінің 
максимумы болады. (5.3 а - суретті қараңыз).
Максимумдардың орындары қоспалардың шоғырлануына тәуелді. 
Шоңырлану үлкейгенде максимумдар жоғары температуралар саласында 
ығысады.
б) жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштерінің температуралық 
тәуелділігі
жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштік температуралық тәуелділігі 
заряд тасушылардың шоғырлау және жылжымалылық өзгерулерінің нәтижесі 
болады. Төмен температуралар саласында жартылай өткізгіш қоспалы электр 
өткізгішпен мінезделеді, жоғары температуралар саласында - өздік электр 
өткізгішпен (5.4 – суретті қараңыз).

5.4 Сурет - Жартылай өткізгіштердің әртүрлі қоспалар шоғырлау кездегі 
(N
Д1
Д2
Д3
) меншікті өткізгіштің температурадан қисықтары
5.4 суреттегі қисықтар арқылы жартылай өткізгіштердің тыйю зонасының W 
кеңдігімен бірге қосып, W
Д
активтендірушілік энергиясын табуға болады. 5.5 
және 5.4 суреттер негізінде қоспалы электр өткізгіштік саладағы қисықтардың 
еңкейген сызықты аудандар үшін жазуға болады.
немесе
(5.8
)
бұдан шығады
(5.9)
а және в тап осы жартылай өткізгішті мінездейтін тұрақтылар (b=W/ 2K, мұнда 
W – активтендірушілік энергия; k – Больцман тұрақтысы).
(8.9) теңдеуді меншікті кедергі үшін түрлендіріп табамыз

(5.10
)
Германийдің тыйю зонасының кеңдігі W=0,72эВ болғанда бөлмелік 
температура кезде заряд өздік тасушылардың саны 10
19
м
-3
маңында, ал 
қосындылар, проценттің мыңдаған үлесі мөлшерде кіріп, оған заряд санын 
ондаған мың есе көп кіргізеді. Сондықтан электр өткізгіштікті басқару үшін 
жартылай өткізгіш кездейсоқ қоспалардан ұқыпты тазалану керек.
Жартылай өткізгіштер үшін меншікті кедергінің температуралық 
коэффициенті
(5.11
)
г) деформацияның жартылай өткізгіштіктердің электр өткізгіштігіне 
әсер етуі.
Деформация кезінде қатты кристалды денелердің электр өткізгіштігі 
шоғырлануын және жылжымалықтарын өзгертуге келтірілетін атомдар 
арасындағы аралықтарының үлкейюі немесе азайюы себебімен өзгереді.
Заряд тасушылардың шоғырлануы кристалдардың энергетикалық 
зоналардың кеңдігі және қоспалы шектердің ығысуы себебімен азайюы немесе 
үлкейюі мүмкін, ал бұл жағдай тасушылардың активтендірушілік энергиясын 
және заряд тасушы теңдеуіне кіретін олардың массаларын өзгертеді.
Жартылай өткізгіштің меншікті кедергісінің өзгеруін санды мінездейтін 
мөлшер ретінде белгілі деформация кезінде меншікті кедергінің 
салыстырмалы өзгеруінің тап осы бағыттағы салыстырмалы деформациясына 
қатынасын, яғни

(5.1
2)
тензо әсерлегіш деп атайды.
д) жарықтың жартылай өткізгіштердің электр өткізгішіне тәуелділігіне 
әсер етуі. Жартылай өткізгішпен сіңірген жарық энергия электр өткізгіштікті 
үлкейтеді, оның ішінде заряд тасушыларды мол мөлшерде қоздырады.
Фотоөткізгіштік – электромагниттік сәулеленудің әсерлігімен электр 
өткізгіштің өсуі. Фотоөткізгіштікте жарықтың кванттық табиғаты білінеді.
(5.13)
мұнда 

- толқынның ұзындығы, мкм; h – Планктың тұрақтысы; 

- 
толқынның жиілігі.
Бұл энергия валенттік зонадан өткізгіштік зонаға асырып тастау арқылы 
өздік жартылай өткізгіште электрон – тесікті жұпты құруға жұмсалады.
Фотоөткізгіште пайда болуды қамтамасыз ететін кванттардың энергиясы 
кезде фотоөткізгіштің қарама – қарсы әсері бар екі процесс өтеді: бір жағынан, 
тасушылардың саны үлкейеді, ал екінші жағынан, қайта қосылу өседі. Мұның 
нәтижесінде 5.5 – суретте көрсетілген тәуелділік пайда болады.

5.5 сурет - Жартылай өткізгіштердің фотоөткізгіштіктерінің сәулеге түсу 
өнімділігі; 0

Х

1 жағдайға бағынатын мөлшер температура төмендеген 
кезде фотоөткізгіштік өседі
Жартылай өткізгіштердің қасиеттерінің электромагниттік сәулеленудің 
әсерімен өзгеруі уақыттан (релаксациядан) тәуелді. Сәулеге түсу қойылған 
кезде өткізгіштік уақыт өткеннен кейін бұрынғы мәніне қайтады. Кейбір 
жартылай өткізгіштерге бұл уақыт микросекундаларға, ал басқа жартылай 
өткізгіштер үшін – минуттармен немесе сағатпен өлшенеді. Әртүрлі жартылай 
өткізгіштер заттардың фотоөткізгіштіктің инерциялығын білу өте қажетті, 
мысалы фоторезисторларды құрған кезде, себебі олардың әсерлік 
жылдамдығына өте жоғары талаптар қойылады.
е) электр өрістердің жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігіне әсер 
етуі.
Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі электр өрістің кернеулігіне 
тәуелді.
5.6 сурет - Әртүрлі айналадағы температура кезде (Т
1

Т
2
) жартылай 
өткізгіштің меншікті өткізгіштігінің электр өрістің кернеулігінен тәуелділігі.
5.6 суреттен көрініп тұр: өрістің кернеулігі кейбір Е
к
мәніне жеткенше 
Ом заңы сақталады, ал кернеуліктер одан жоғары болса, онда экспонента заңы 
бойынша меншікті өткізгіштің өнімділігі өсуі басталады да, жартылай 
өткізгіштің құрылысы бұзылады. Температура өскен кезде меншікті 
өткізгіштіктің қисығы жоғары көтеріледі, ал өсетін бөліктің еңкейюі азаяды. 

Кейбір жартылай өткізгіштер үшін меншікті өткізгіштіктің өрістің 
кернеулігінен тәуелділігі былай анықталады

жүктеу 1,45 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: