Жартылай өткізгіш диодтары

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СӘТБАЕВ УНИВЕРСИТЕТІ

Автоматика және ақпараттық технология институты

Электроника, телекоммуникация және ғарыштық технология кафедрасы

РЕФЕРАТ

Тақырыбы: Жартылай өткізгіш диодтары

Оқытушы: Абдықадыров Асқар

Студент: Шәріпбек Диас

Мамандығы: Телекоммуникация

Тобы: Дүйсенбі 11:05

Алматы 2022 ж

МАЗМҰНЫ

Кіріспе . . . …1

1. Жартылай өткізгіштер . . . 4
2. Жартылай өткізгіш диодтары . . . 5
3. Жартылай өткізгіштік материалдардағы өткізу қабілеті. …. . 7
4. Электронды-кемтіктік p-n ауысу . . . 11
5. Тура және кері ығысулар . . . 13
6. Жартылай өткізгіштік диодтар . . . 15
7. Сипаттама белгілері мен максималды мәндер . . . 16
8. Кернеуді және токты түзету . . . 17

Қорытынды . . . 18

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . . 19

Кіріспе

Бұл реферат жартылай өткізгіштерге қатысты негізгі мәліметтерді қамтыған. Реферат мазмұны 8-тараудан тұрады. Әр тарауда жартылай өткізгіштердің қасиеттері мен сипаттамалары, жасалу жолдары мен жұмыс принціптері сияқты негізгі сұрақтардың жауаптары мен теорияны қысқыша мазмұндама түрінде қарастырады. Жартылай өткізгіш диод деген не? Диод деп бір р-n -ауысудан тұратын жартылай өткізгішті приборларды айтады. Диодтың құрылысын арнайы дайындалған кесте көмегімен түсіндіріп, оның жұмысын тәжірибе жасап көрсеткен тиімді. Әрі қарай диодтың вольт-амперлік сипаттамасы қарастырылады. Токты өткізу бағытында кернеуге байланысты ток жылдам өседі де, жапқыш бағытта ток аз және кернеуге айтарлықтай тәуелді емес. Графиктен р-n - ауысудағы токтың Ом заңына бағынбайтығын байқауға болады. Жартылай өткізгішті диодтардың айнымалы токты түзету үшін қолданылатындығы айтылады. Сонымен қатар әр түрлі мақсаттарда диодтардың радио - техникада, автоматикада, телемеханикада, кеңінен қолдалынып келе жатқандығын айту керек.

1. Жартылай өткізгіштер

Жартылай өткізгіштер деп өзінің меншікті электрлік кедергісінің шамасы бойынша металлдар мен изоляторлардың ортасында орын алатын заттардың тобын айтады. Жартылай өткізгіштерге германий, кремний, селен элементтері жатады. Қазіргі заттың құрылысы туралы теория бойынша әрбір атом электрондар бұлтына оранған ядродан тұрады. Энергиялары белгілі қабаттарда, ядродан біршама қашықтықта электрондар айналып жүреді. Бұл көзге көрінбейтін атомды қатпар - қатпар қабаттардан тұратын пияздай құрылысы бар деп ойша көзге елестетуге болады. Әрбір энергиясының шамасы белгілі қабат энергетикалық деңгей немесе энергия деп аталады. Атомның барлық энергетикалық деңгейде екі электроннан артық басқа электрон орналасуы мүмкін емес. Электрон рұқсат етілген бір деңгейден алыстау орналасқан энергиясы үлкен басқа деңгейге ауысқан кезде энергияның жұтылу процесі жүреді де, ал егерде электрон энергиясы жоғары деңгейден энергиясы төмен деңгейге көшсе энергия сыртқа бөлініп шығады. Энергия тура анықталған кішкентай бөліктермен (порциялармен) - кванттармен жұтылып және бөлініп отырады. Энергетикалық деңгейлердің энергия шамасымен өлшенетін арақашықтықтары энергия шамасы өскен сайын кішірейеді. Энергетикалық спектрдің төбесі болып, электрон атомдық байланыстан босанып, атомды тастап кететіндей энергия мәнін қабылдаған кез, яғни позиция процесі жүретін энергия деңгейі есептелінеді. Егерде әртүрлі элементтердің атомдарының құрылысын қарастыратын болсақ, электрондармен тегіс толықтырылған қабаттар(ішкі қабаттар) мен жете толтырылмаған қабаттарды(сыртқы қабаттар) айыруға болады. Соңғы айтылған қабаттар ядромен әлсіз байланысқан, сондықтан да олар басқа атомдармен жеңіл қарым - қатынасқа түсе алады. Осы себептен сыртқы толықпаған қабатта орналасқан электрондар валенттік электрондар деп аталады. Заттардың молекулулардан, ал молекулалардың атомдардан құалатыны белгілі. Осындай молекулалар құрылған кезде оның жеке атомдарының арасында бірнеше байланыс түрі болады. Жартылай өткізгіштер үшін көп таралған байланыстың түрі көрші атомдардың валенттік электрондарының қосарлануынан туған коваленттік байланыс.

Атомның электрондары белгілі энергия мәндеріне ие болады немесе белгілі (рұқсат етілген) энергетикалық деңгейлерде орналасады (1. 1 сурет) . Оқшауланған атомда энергетикалық деңгейлердің шекті саны бар, әрбір деңгей екі электрондардан артық болмайды.

1. 1 сурет - Оқшауланған атомның энергетикалық диаграммасы

Төменгі деңгейлердегі электрондар атоммен қатты байланысқан. Электрон орналасқан деңгейдің энергиясы үлкейген сайын байланыс әлсірейді. Электрондардың энергияларын үлкейтетін сыртқы әсерлер жоқ кезде, атом қоздырылмаған жайда болады. Бұл жағдайда барлық төменгі энергетикалық деңгейлер электрондармен толтырылған, ал жоғары деңгейлер бос. Сыртқы әсерлер бар кезде (фотондар, электр немесе магнит өріс) атомның электрондары қосымша энергияға ие болады да жоғары энергетикалық деңгейге өтеді (атом қоздырылады) немесе атомнан босанып, еркін электрон болады (атомның иондануы) . Сыртқы әсерге жоғары энергетикалық деңгейдегі электрондар ұшырайды.

Жақын орналасқан біртекті атомдардың тобының энергетикалық диаграммасы, оқшауланған атомға қарай, өзгереді (1. 2 сурет) .

1. 2 сурет - Жақын орналасқан атом тобының диаграммасы.

Атомдардың бір-бірімен өзара әрекет себебімен көршілес атомдардың электрондарының рұқсат етілген энергия деңгейлері ығысып жақын орналасқан ығысқан энергия деңгейлерін құрады. Сонымен, рұқсат етілген энергия деңгейлерінің аймағы құрылады, ортасында рұқсат етілмеген аймақтар құрылады.

Диод - екі электроды бар бір жаққа ток өткізумен ие болатын жартылай өткізгіш элемент. Айнымалы токты түзетілген токқа түрлендіруге қолданады.

а) б) в)

1. 7 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.

Сыртқы кернеу жоқ кездегі p - n өткелдегі электр үрдістер

Негізгі заряд тасушылармен бірге негізгі емес тасушылар әрбір қабатта бар. Олар негізгі материалдың электрондары валенттік аймақтан еркін деңгейлердің аймағына өтумен құрылады.

1. 8 сурет - Өткізгіштің p - n құрылымында p - n өткелдің құрылуы:

а) өткізгіштің p - n құрылымы;

б) заряд тасушылардың шоғырлануының тарауы;

в) p - n өткельде токтың құраушылары;

г) зарядтың таралуы;

д) өрістің кернеулігінің диаграммасы;

е) p - n өткелдегі потенциалдық тосқауыл.

Бейорганикалық жартылай өткізгіштер электроникада кеңінен қолданылады (1-сурет) .

Қазіргі уақытта материалдардың бірде-бір түрі жартылай өткізгіштер сияқты технологияның дамуына əсер етіп жатқан жоқ. Алайда кремний, германий, AIIIBV, AIVBVI қосылыстары, КCT (кадмий-сынапты-теллурий), ҚТТ (қорғасын-тин-токсурий) жəне басқалары сияқты бірнеше ондаған жартылай өткізгіш материалдар ғана жаппай қолданылады. Жартылай өткізгіштердің температурамен, жарық, электр өрісі жəне механикалық күштер арқылы электр өткізгіштігінің басқарылуы сəйкесінше, термисторлардың (термисторлардың), фоторезисторлардың, сызықтық емес резисторлардың (варисторлардың), қарсыласудың жəне т. б. əрекет ету қағидаларының негізіне салынған. Практикада пайдаланылатын жартылай өткізгіш материалдарды қарапайым жартылай өткізгіштерге (элементтерге) ; жартылай өткізгіш химиялық қосылыстар жəне жартылай өткізгіш кешендер (мысалы, керамикалық жартылай өткізгіштер) ; шыны тəріздес жəне сұйық жартылай өткізгіштерге бөлуге болады. Жартылай өткізгіштердің олардың құрамына жəне қасиеттеріне сəйкес жіктелуі 2-суретте көрсетілген.

Жартылай өткізгіштердің өз жəне қоспалы өткізгіштігі бар. Құрамында қоспалары бар жартылай өткізгіштер өзіндік өткізгіштігі деп аталады (3- сурет) .

3-сурет. Жартылай өткізгіштердің өзіндік өткізгіштігі

Өткізгіштерде электр өткізгіштіктің екі түрінің - «электрондық» (n) жəне «кемтікті» (p) болуы pn-түйісімен жартылай өткізгішті өнімдерді алуға мүмкіндік береді. Жартылай өткізгіштегі pn-түйіні болған кезде, ауыспалы тоққа түзеткіштің əсері шартталатын тыйым салынатын қабат пайда болады. Жартылай өткізгіштердің қоспалы өткізгіштігі - жартылай өткізгіште донордың немесе акцепторлардың қоспаларының болуымен шартталатын электрөткізгіштігі, олардың қалдықтары қоспалардың атомдарының əрекеттеріне əсер етеді. Өткізу жолағына электрондарды беретін қоспалар өткізгіштің төменгі жағында тыйым салынған аймақта деңгейлерді алады. Олар донор деп аталады. Валенттілігі диапазонындағы электрондарды түсіретін қоспалар валенттің жоғарғы жағындағы тыйым салынған жолақ деңгейлерінде орналасады жəне акцептор деп аталады. 4-топтың жартылай 97 өткізгіштері үшін (Si, Ge) донорлық қоспалар 5-топтың кейбір элементтері (P, As), акцепторлар 3-топтың кейбір элементтері (B, Al, Ga) .

Жартылай өткізгіш материалдардан жасалған құрылғыларда бірқатар артықшылықтар бар:

1) ұзақ қызмет мерзімі;

2) кішігірім өлшемдер мен салмақ;

3) конструкцияның қарапайымдылығы мен сенімділігі, жоғары механикалық күші (шайқаудан жəне соққыдан қорықпайды) ;

4) электронды шамдарды ауыстыратын жартылай өткізгіш аспаптардың қыздыру тізбектері жоқ, шамалы энергияны тұтынады жəне төмен инерцияны қамтиды;

5) электронды түтікшелерді ауыстыру үшін жіп өткізгіштік құрылғылары, жартылай өткізгіш құрылғылар жоқ

6) экономикалық тұрғыдан тиімді.

Ескерту. Кейбір модификацияларда қалайы (сұр), сурьма жəне көміртекті жартылай өткізгіштердің қасиеттері бар.

Электронды-кемтікті ауысу деп өткізгіштігі әр типтес екі шала өткізгіштің тиісу шекарасындағы аймақты айтады. n және р типті шала өткізгіштер бір кристалдың өзінде қоспалардың көмегімен жасалады. Бұл шала өткізгіштердің тиіскен шекарасы арқылы кристалдың п аймағынанр аймағына электрондар, ал кері бағытта кемтіктер етеді (диффундирлейді) . Кемтікті шала өткізгіште, электр зарядтарын негізгі тасушылар - кемтіктерден басқа қосалқы (негізгі емес) тасушылар - n және р аймақтарының бөліну шекарасьшда - электрондар пайда болады; электронды шала еткізгіште негізгі тасушылар - электрондардан басқа, шекаралас қабатта қосалқы тасушылар - кемтіктер пайда болады (22-сурет) .

n және р шала өткізгіштердің бөліну шекарасында рекомбинация: кемтіктерді электрондардың толтыруы жүріп жатады. Осының салдарынан шала өткізгіштердің шекаралас кабатында негізгі тасушылардың концентрациясы азаяды, ал қабаттардың кедергісі артады. Кедергінің арту аймағы жаппалы қабат деп аталады. Оның қалыңдығы ете аз: 10~5-10^6 м шамасында.

Шекаралас қабаттар арасында қосалқы заряд та-сушылар потенциалдардың контактлік айырымын және соған сәйкес электр өрісін түғызалы (22-суретте осы өрісті Ео кескінделген) . Ео өрісі заряд тасушылардың электронды-кемтікті ауысуы арқылы орың ауыстыруына бөгет жасайтын кернеүлік векторы.

Егер электронды шала еткізгіштің потенциалын ноль деп алсақ, онда жаппалы қабаттағы потенциалдардың бөліну графигі 22-суретте көрсетілген қисықпен кескінделеді. Одан көргеніміздей, потенциалдардың контактілік айырымы потенциалдық барьер туғызады.

Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар бір шекаралас қабаттан екіншіге жөнкіп көшеді. Сондықтан электронды-кемтікті ауысу динамикалық тепе-теңдік күйде болады, яғни әрбір уақыт бірлігі ішінде n және р шала еткізгіштердің беліну шекарасы арқылы қарама-қарсы бағытқа белгілі бір мөлшерде негізгі заряд тасушылар диффузияланады және сондай мөлшерде қарсы бағытқа қосалқы заряд тасушылар жөңкиді.

Сыртқы ток көзін қосқанда, 23д-суретте көрсетілгендей, сыртқы электр өрісі бағыт жағынан ішкімен бағыттас болады да, потенциалдық барьердің шамасы артады. Сыртқы өрістің әсерінен шала өткізгіштердің шекаралас аймағынан негізгі заряд тасушылар қашықтайды да, жаппалы қабат қалыңдайды, сөйтіп, оның кедергісі артады. Тізбектен тек аздаған кері ток жүреді (Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар қозғалады) .

Егер ток көзінің полярлылығын өзгертетін болсақ (23, 6-сурет), онда сыртқы epic Eo өрісіне қарсы бағытталады да, потенциалдық барьер төмендейді, ал жаппалы қабат жұқарады, яғни оның ені кемиді, сөйтіп, тізбектен айтарлықтай ток жүреді (былайша айтқанда, бұл р - n ауысудың тура немесе өткізуші бағыты болады) .

Сөйтіп, электронды-кемтікті ауысу іс жүзінде бір бағытты өткізгіштік қасиетке ие. Оның бұл қасиеті шала өткізгіштікте қолданылады. р типтес шала өткізгіш анод, ал n типтесі катод болады.

Енді электронды-кемтікті ауысудың вольтамперлік характерястикасын қа-растырайық (24-сурет) . Токтың тура бағытында вольттің оннан біріндей кернеу тізбекте айтарлықтай ток туғызады. Ең алғаш тура токтың характеристикасы түзу сызықты болмай, иілмелі болады, өйткені ток кезінің кернеуі аз кезде жаппалы қабаттың кедергісі әлі де көп болады. Сыртқы кернеу одан әрі артқанда потенциалдық барьер тез азаяды да, іс жүзінде нольге жақындайды, тек n және р шала өткізгіштердің кедергісі ғана қалады және характеристика шынында да тұзу сызықты болады. Оның біршама түзу сызықты еместігі токтың әсерінен диодтың қызатындығымен түсіндіріледі.

Токты кері өзгертіп қосқанда, ток ең алдымен тез өседі (23, а-сурет), өйткені бүл кезде заряд тасушылардың диффузиясы кенет төмендейді. Потенциалдық барьер өсетін болғандықтан, кернеу ондаған вольт артқанда ток не бары ондаған микроамперге артады. Одан әрі ток шамалы ғана өседі. Кернеудің қайсыбір мәнінде электронды-кемтікті ауысуды электрлік тесіп өту пайда болады, бұл кезде кері ток күрт еседі, ал жаппалы қабаттың кедергісі де кенет төмендейді. Электронды-кемтікті ауысу характеристикасының түзу сызықты еместігі оның Ом заңына бағынбайтындығын көрсетеді. Электрлік тесіп өтудің туннельдік түрі бір назар аударарлық жай, өйткені мұндай тесіп етуде, электрон қабатты өз энергиясын өзгертпей тесіп өтеді.

Сыртқы кернеудің p-n-ауысуына қосылу (ығысу кернеуі) тепе-теңдік жағдайының бұзылуына әкеледі және p-n-ауысу арқылы ток ағып кетеді. Бұл жағдайда потенциалды тосқауылдың биіктігі мен p-n-өту ені өзгереді.

Алдымен p-n-ауысудың тікелей ығысуын қарастырыңыз (сурет. 1. а) . Бұл жағдайда көздің плюс p-аймағына, ал минус n - аймаққа қосылған. Ықтимал тосқауылдың биіктігі төмендейді:

Потенциалды тосқауылдың биіктігінің төмендеуі заряд тасымалдаушыларының диффузиясына кедергі келтіретін ықтимал бартердің төмендеуіне әкеледі (сурет. 1. б) . Сондықтан көбірек тесіктер саны p типті аймақтан n типті аймаққа ауыса алады, ал n типті аймақтан p типті аймаққа көбірек электрондар түседі. Сондықтан диффузиялық ток жоғарылайды және дрейф тогы тұрақты болып қалады, өйткені негізгі емес тасымалдаушылар p-n-ауысу арқылы, тепе-теңдік күйіндегідей, үдеткіш өрісте қозғалады.

Тікелей ығысу кезінде p-аймағынан n-аймаққа өткен тесіктер сол жерде негізгі емес тасымалдаушыға айналады және валенттік аймақта жиналады. Сол сияқты электрондар p аймағының өткізгіштік аймағында жиналады (суретті қараңыз. 1 б) . Жартылай өткізгіштің кез-келген аймағына негізгі емес зарядты тасымалдаушыларды айдау процесі инфекция деп аталады.

Сур. 1. Р-n-ауысу және оның аймақтық диаграммасы: а, б - тура кезінде; в, г-кері ығысу кезінде

Кері ығысу кезінде (1-сурет, в) потенциалды кедергі U мәніне артады:

Потенциалды кедергінің жоғарылауы негізгі заряд тасымалдаушыларының p-n-өтуінен өтуді қиындатады және тіпті мүмкін емес етеді (сурет. 1. г), соның салдарынан диффузиялық ток азаяды және кері кернеу кезінде u ≥ 0, 5 В нөлге тең болады. Дрейф тогы іс жүзінде тұрақты болып қалады, сондықтан p-n-ауысу арқылы аз ғана ток кері бағытта өтеді.

Жартылай өткізгіштер электронды қосымшаларда, әсіресе транзисторлар, диодтар және интегралдық микросхемалар сияқты компоненттерді жасау үшін қолданылады. Олар оптикалық датчиктерге арналған аксессуарлар немесе қосымша заттар ретінде қолданылады, мысалы қатты дене лазерлері және электр қуатын беру жүйелерінің кейбір қуат құрылғылары. Қазіргі кезде элементтің бұл түрі телекоммуникация, басқару жүйелері және сигналдарды өңдеу салаларында технологиялық әзірлемелер үшін отандық және өндірістік қосымшаларда қолданылады. Жартылай өткізгіштер қос функционалдылығымен, энергия тиімділігімен, қолданудың әртүрлілігімен және арзан болуымен сипатталады. Жартылай өткізгіштердің айқын сипаттамалары төменде келтірілген.

- Оның реакциясы (өткізгіш немесе оқшаулағыш) элементтің қоршаған ортадағы жарыққа, электр өрісіне және магнит өрісіне сезімталдығына байланысты өзгеруі мүмкін.

- Егер жартылай өткізгішке төмен температура әсер етсе, электрондар валенттік зонада біріккен күйінде қалады және сондықтан электр тогының айналымы үшін бос электрондар пайда болмайды.

Екінші жағынан, егер жартылай өткізгішке жоғары температура әсер етсе, термиялық діріл элемент атомдарының ковалентті байланысының беріктігіне әсер етіп, электр өткізгіштікке бос электрондар қалдыруы мүмкін.

- Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі меншікті жартылай өткізгіш ішіндегі қоспалардың немесе допинг элементтерінің үлесіне байланысты өзгереді.

Мысалы, миллион бор кремний атомына 10 бор атомы кіретін болса, бұл қатынас таза кремнийдің өткізгіштігімен салыстырғанда қосылыстың өткізгіштігін мың есе арттырады.

- жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі 1 мен 10 аралығында өзгереді ^-6 С. см ^-1 , қолданылатын химиялық элементтің түріне байланысты.

- Композициялық немесе сыртқы жартылай өткізгіштер меншікті жартылай өткізгіштердің қасиеттерінен едәуір жоғары оптикалық және электрлік қасиеттерге ие болуы мүмкін. Бұл аспектінің мысалы - галлий арсенидін (GaAs), көбінесе радиожиілікте және басқа да оптоэлектроникалық қосымшаларда қолданады.

Жартылай өткізгіштер интегралды микросхемалар сияқты күнделікті өміріміздің бөлігі болып табылатын электронды элементтерді құрастыруда шикізат ретінде кеңінен қолданылады. Интегралды схеманың негізгі элементтерінің бірі транзисторлар болып табылады. Бұл құрылғылар белгілі бір кіріс сигналына сәйкес шығыс сигналын (тербелмелі, күшейтілген немесе түзетілген) қамтамасыз ету функциясын орындайды. Сонымен қатар, жартылай өткізгіштер - электр тогының тек бір бағытта өтуіне мүмкіндік беретін электронды схемаларда қолданылатын диодтардың бастапқы материалы.

Дио́д - екі электродты, электр тогының бағытына байланысты әр-түрлі өтімділігі бар электронды аспап.

Бір р-n өтпесінен тұратын және екі шығысы (сыртқа жалғанатын екі ұшы) бар нәрсе жартылай өткізгішті диод деп аталады.

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс