P типті және N типті жартылай өткізгіштер

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

P типті және N типті жартылай өткізгіштер

1. 1 Жартылай өткізгіштер жөнінде түсінік

Жартылай өткізгіштер деп өзінің меншікті электрлік кедергісі өкізгіштер мен диэлектриктердің аралығында болатын материалдардың кең тараған тобын айтамыз. Негізінде жартылай өткізгішті материалдарға меншікті кедергісі р = (10-3 . . . 109) Ом*см, өткізгіштерге(материалдарға) меншікті кедергісі р 10-4 Ом*см, ал диэлектриктерге (оқшаулағыштар) р1010 Ом*см меншікті кедергісіндегі материалдар жатады. Шарттардың толық осылай топтасуы, өйткені жартылайөткізгіштер мен диэлектриктердің арасында принципиалды айырмашылықтар жоқ.

Осызаманғы жартылайөткізгіш аспаптарды жасауда, әсіресе интегралдық микросхемаларды жасауда көбінесе кремний қолданылады, өйткені оның кристалл торлары алмаздық типте, текшелік түрде реттеліп орналасқан қатты денедегі монокристалл болып табылады.

1. 2Жартылай өткізгіштердің құрылымы

Атомды тастаған және валентті байланысты бұзған электрон тек белгілі уақытта бос күйінде бола алады. Басқа кристалл атомдарымен соқтығысқан кезде ол өз энергиясын жоғалтады және тесік жонасына түскен кезде басқа атомның босаған валенттік байланысын толтыралады. Бұл поцесс рекомбинация деп аталады, ал бос электрон мен тесіктің бар болу орташа уақыты - заряд тасымалдаушының өмірлік уақыты деп аталады. Жартылайеткізгіштер және тесіктердің қозғалысы екі процесспен өтеді: диффузия және дрейф . Диффузиялық токтың пайда болу себебі тасымалдаушы концентрациларының айырмашылығы болып табылад.

Дрейфтық ток электр өрісінің әсерімен байланысты. Өзіндік жартылай өткізгіштің электр өткізу сипаты заттың атомын қосқанда өзгереді. Жалтылайөткізгішті аспаптарда және интегралды сұлбаларда Менделеев кестесінің V және III әлементтері ретінде қолданатын қоспалар тек қоспалы жартылай өткізгіштер қолданады.

Жартылай өткізгішті материал. V топ қоспасының кремний атомын кристаллға енгізгенде оның тек төрт валентті электроны өзңндік жартылайөткізгіштің 4 көршілес атомымен қатты байланысқа түседі.

Сульманың бесінші валентті электроны ядромен нашар байланыста болады және ол өту жонасына оңай өтеді. Бұл жағдайда қоспалы атом жылжымайтын оң оинға айналады. Қоспалы атомнан үзілген бос электрондар өзіндік бос электрондарға қосылады. Бұл жағдайда жартылай өткізгіштің өткізгіштігі электрондармен айқындала бастайды. Мұндай жартылайөткізгіштен п- типті жартылайөткізгіштер деп аталады(от английского слова negative /-- отрицательный) . . Электронды электр өткізгішті шартталған қосылыстар донорлы деп аталады.

Кристалға 3-ші группалы кремний атомын енгізгенде өзіндік жартылайөткізгіштің атомы мен қоспаның атомы арасындағы 4 байланыстың біреуі толтырылмаған болып шығады, ол тесіктің пайда болуына және жылжымайтын теріс ионға эквивален болады. Бұндай қоспалы электр өткізгіштігі өздері р-типті жартылайөткізгіштер деп аталады. Тесікті электрөткізгішті шартталған қоспалар акцепторлы деп аталады. Nд атомының донорлық қоспасыболғанда . nn қозғалмалы электрондардың пайда болуына әкеледі, мұндағы nn=Nд

(1. 1 - сурет) p-n өту, оның құрылымы а) с донорной премесью; б) с акцепторной примесью p-n өтудің вольт-амперлік құрылымы және құрылымы және сипаттамасы.

р-п өтуін жасауда диффузиялық әдіс арқылы қорғайтын қышқылдық қабаты бар жартылайөткізгішті пластинкалар алдын ала фотолитографиялық өңдеуге шалдығады. Пластинаның бетінде берілген конфигурация ауданы құрылады. Фотолитографиядан кейін бұл терезелер арқылы жартылай өткізгішті пластинаға қоспалардың диффузиясын өткізеді және р-п өтуін алады.

Электрлік сипаттамалары берілген жартылай өткізгішті құралдарды жасау үшін электроөтімділіктің әр түрлі типімен кристал ауданының өлшемі өте дәл болу керек. Кристалдың жеке аудандарының конфигурациясы балқыма өтуде температураның тұрақты дәлділігіне, пластинка қалыңдығына, балқу уақытына және қоспалар санына байланысты болады. Кез келген көрсеткіштің ауытқуы номиналды мәнінен жартылай өткізгішті құралдардың электрлік параметрлерін үлкен шашырауға әкеледі. Диффузия көмегімен жақсы р-п өтулер құрастыруға болады, өйткені дифузиялық үрдіс өте ақырын және жақсы басқарылады.

1. 3 р-п ауысуының қасиеттері

Әр түрлі типті электроөтімділікті жартылай өткізгіштердің шекарасының арасында электронды - тесікті өтуді құрастыру кезінде зарядтардың жылжымалы тасушыларында үлкен концентрацияның градиенттері пайда болады. Бұл р және п - типті жартылай өткізгіштердің арасындағы шекарасы арқылы диффузионды тоқтар (электронды n - ауданнан, тесікті р - ауданнан) өтуіне әкеп соқтырады. Негізгі тасымалдаушылардың кету нәтижесінде n - ауданында донорлы атомдардың оң зарядталған иондары, ал р - ауданында акцепторлы атомдардың теріс зарядталған иондары болатын жартылай өткізгіштер шекарасында электретімділіктің әр түрлі типтерімен біріктірілген қабат жасалады. Микрометр созылуының ондық бөлігінде бұл екі қабат р-п өтуі болып табылады. (1. 3, а-сурет) .

Сурет 1. 3 - р-п отуінің құрылымы және вольт-амперлік сипаттамасы (г)

Р-п өтуіне орналасқан екі қабат қозғалмайтын электрлік зарядтар ішкі электрлік өрісін тудырады. Әр түрлі электр өтімділігі бар жартылай өткізгіштердің шегіне n-аумақтық бөлігі оң зарядталады, ал р-аумақтық бөлігі теріс зарядталады. Соның арқасында n және р аудандарының арысында потенциалдар айырымы, яғни жартылай өткізгішті кристалдың тасмалдаушыларының қозғалысына кедергі келтіретін және негізгі емес тасмалдаушылардың қозғалысына әсер ететін потенциалдық кедергі пайда болады. Р-п өтуінің электрлік өрісі әсерінен тесіктер п-ауданыныа р-ауданына, ал электрондар кері бағытта жеңіл орын ауыстырады. Бірақ тесітер р-ауданынан п-ауданына және электрондардың п-ауданынан р- ауданыа өтуі қиындатылған, яғни п-р өтуінің электрлік өрісі дифузиялық тоқтың ұлғаюына кедергі келтіріді және п-р өтуі арқылы өтетін дрейфтік тоққа кедергі келтірілмейді. Сыртқы кедергі болмаған жағдайда донорлық және акцептрлық иондардың заряттары, теріс бағытта өтетін дрейфтік және дифузиялық тоқтар өзара концепциоланатын тепе-теңдік орнатылады.

Бұл жағдайда р-п өтуі электрлік нейтралды болып табылады, ал оның бойымен өтетін тоқ нөлге тең.

Егер электронды - тесіктік өтуі құрылғанжартылай өткізгішті р-п өтуінесырты кернеуді жалғасақ, онда өтудің үлкен кедергісіне байланысыты кристалдың басқа бөлігінің кедергісімен салыстырғанда ол тек қана р-п өтуіне ғана оң болады. Сыртқы кернеу электронды-тесіктік өтуінде тепе-теңдік бұзылады да тоқ пайда болады.

Егер сыртқы кернеу көзінің оң полюсін р-п ауданға қоссақ, онда потенциалдық кедергінің биіктігі кішіриеді. Ал зарядтардың негізгі тасмалдаушыларының дифузиялық тоғы күрт өседі. Бұндай р-п ауданының қосылуын тура деп атайды. (1, 3 6 - сурет) р-п өтуінің тура қосылуында заряттардың тасмалдаушылардың олардың негізгі емес болып табылатын жартылай өткізгішті кристалды ауданына басым өтуі жүреді, сондықтан р-п өтуінің осы жұмыс істеу режимін негізгі емес тасмалдаушылардың инжекция режимі деп атайды. Егер сыртқы кернеудің полярлығын өзгертсек онда р-п өтуіндегі потенциалдық кедергісінің биіктігі төмендейді. U=-0. 5В болған жағдайда дифузиялық тоқ тоқтатылады және сыртқы кернеу өскенде р-п өтуінентек қана кері деп аталатын дрейфті тоқ өтеді. Негізгі емес тасмалдаушылардың саны негізгі тасмалдаушыларға қарағанда аз болғандықтан переход арқылы өтетін тоқтың шамасы тура қосылған байланыстағы тоққа қарағанда үлкен болмайды және сыртқы кернеудің өзгеруінің кең шектерінде тұрақты болады.

Осы негізде р-п өту симетриялы емес вольт - амперлі сипаттамаға ие болады . Тікелей қосқанда оның бойынан үлкен тік тоқ өтеді, ал кері қосқанда білінбейтін кері тоқ өтеді, яғни өткізгіштің өзіндік электр өтімділігімен анықталатын және ортаның температурасына тікелей тәуелді болатын ток. Мысалы, германилі жартылай өткізгішті аспаптарда р-п өтудің кері тогі әр бір 100 С температураның көтерілуінде екі еседей өседі.

р-п өтуінде кері кернеуде кері токтың тез өсуі бақыланады. Бұл құбылыс р-п өтудің пробойы деп талады. өтудің пробойы жеткілікті күшті электрлік аймақта, негігі емес заряд тасымалдаушылар жартылай өткізгіштің атомы тездеткен кезде пайда болады.

Иондауда электрон мен тесіктьер пайда болады, олар жылдамдықтарды көбейтіп, атомдарды қайта иондады және т. б., соның салдарынан диффузиялық ток өту арқылы тез өседі, ал р-п өтудің вольт-амперлік сипататамсында үлкен кері кернеудің аумағында кері токтың секіруі пайда болады. Пробойдан кейін өту шамасынан тыс жылыту кезінде оның құрылымының қайтымсыз өзгеруі болған кезде реттен шығады, жылулық пробойда байқалатынын айтып өтуі керек. Егер де р-п өтуде бөлінетін қуат рұқсат етілген деңгейде жарайтындай болса, ол пробойдан кейінде жұмыс істеу қабілетін сақтайды. Осындай пробой электрлік (қалыпқа келетін) деп аталады.

р-п өтуін жасауда диффузиялық әдіс арқылы қорғайтын қышқылдық қабаты бар жартылай өткізгішті пластинкалар алдын ала фотолитографиялық өңдеуге шалдығады. Пластинаның бетінде берілген конфигурация ауданы құрылады. Фотолитографиядан кейін бұл терезелер арқылы жартылай өткізгішті пластинаға қоспалардың диффузиясын өткізеді және р-п өтуін алады.

Электрлік сипаттамалары берілген жартылай өткізгішті құралдарды жасау үшін эпектроөтімділіктің әр түрлі типімен кристал ауданының өлшемі өте дәл болу керек. Кристалдың жеке аудандарының конфигурациясы балқыма өтуде температураның тұрақты дәлділігіне, пластинка қалыңдығына, балқу уақытына және қоспалар санына байланысты болады. Кез келген көрсеткіштің ауытқуы номиналды мәнінен жартылай өткізгішті құралдардың электрлік параметрлерін үлкен шашырауға әкеледі. Диффузия көмегімен жақсы р-п өтулер құрастыруға болады, өйткені дифузиялық үрдіс өте ақырын және жақсы басқарылады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.