Жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі

Мазмұны

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
І. Қатты денелердің электрөткізгіштігі
1.1. Металдардың кванттық теориясының негізі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.2 Жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.3 Жартылай өткізгіштердің қоспалы өткізгіштігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
1.4 Жартылай өткізгіштер өткізгіштігінің температураға тәуелділігі ... ... ..24
ІІ. Жартылай өткізгішті қондырғыларының жұмыс істеу принципі
2.1 Жартылай өткізгіштер жапсарының түзеткіштік әсері ... ... ... ... ... ... ... .29
2.2 Жартылай өткізгішті диодтар және триодтар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32
2.3 Жартылай өткізгішті диодтардың түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .38
2.4 Диодтардың практика жүзінде қолданылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...42
2.5 Селендік және кремнийлік түзеткіштердіњ вольт.амперлік
сипаттамасын алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..43
2.6 Зерттеу нәтижелерін талдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .45
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .47
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...48
Кіріспе
Ғылым мен техника салаларында жартылай өткізгіш материалдан жасалған құралдарды және қондырғыларды қолдану кеңінен өріс алуда. Техникалық прогресстің өркендеп даму кезеңінде жартылай өткізгіштердің маңызы ары қарай арта түсетіні бәрімізге белгілі.
Кейбір материалдарға жартылай өткізгіштік қасиеті аморф күйінде де сұйық күйінде де тән болады. Сұйық жартылай өткізгіштер ғылым саласында қызықтырғанына қарамастан техника саласында аса көп қолданылмайды. Техника саласында қолданылатын жартылай өткізгіштердің көпшілігі кристалдардан тұрады.
Жартылай өткізгіштің анықтамасы заттардың электр өткізгіштік қасиеттеріне негізделген. Әдетте жақсы электр өткізгішті материал ретінде металдар қарастырылады, оның меншікті электр өткізгіштігі ден жоғары болады. Меншікті өткізгіштігі ге тең және одан кіші болған материалдар изоляторға (диэлектриктерге) жатады. Меншікті электр өткізгіштігі арасында болатын материалдар жартылай өткізгіштерге жатады. Бұл анықтама жартылай өткізгіштерді зерттеу ғылымының дамуына және оның түрлі қасиеттерін толығымен анықтаған сайын жеткіліксіз екендігін көрсетеді.
Металдардың жартылай өткізгіштерден айырмашылығы меншікті өткізгіштіктің шамасымен анықталмайтындығын, ал ол меншікті өткізгіштіктің температураға байланыстылығының сипаттамасымен анықталатынын А.Ф. Иоффе көрсеткен болатын.
Жартылай өткізгіштер электролиттерден зарядтарды тасымалдаушының түрлерімен ерекшеленеді: жартылай өткізгіштерде тоқ электрондар арқылы, ал электролиттерде – иондар арқылы тасымалданады. А.Ф. Иоффенің анықтамасына сәйкес жартылай өткізгіштерге электр өткізгіштігі электрондардың тасымалдануы арқылы жүзеге асатын және өткізгіштігі температураның өсуіне байланысты артатын материалдар жатады. Қазіргі кезде көп мөлшерде қоспа ендірілген жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі температура өскенде өспейтіндігі және төтенше өткізгіштік құбылысы болмайтындығы анықталып отыр.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Г.И.Епифанов “Физика твердого тела”,М., Высшая школа, 1977.
2. Т.И. Трофимова “Курс физики”,М.,Высшая школа,1985.
3. И.В.Савельев “ Курс общей физики”, Т.ІІІ, М., Наука, 1987.
4. Д.В.Сивухин “ Общий курс физики ”, Т.ІІІ, М., Наука, 1977.
5. И.В.Савельев “Жалпы физика курсы”, Т.ІІ,М., Наука, 1970.
6. Ж.Тобаяқов “Электр және магнетизм ”, А., «Мектеп», 1988.
7. В.Г.Борисов “Юный радиолюбитель”, М., «Радио и связь», 1986.
8. П.С.Кудрявцев “Курс историй физики”, М.,Просвешение.,1982.
9. Б.И.Спасский “История физики”, Т.І, М.,Высшая школа, 1977.
10. В.И.Фистуль “Введение в физику полупроводников”, М.,
Высшая школа, 1984.
11. Н.Ашкфорт, Н.Мермин “Физика твердого тела”, Т. І,ІІ, М., Мир, 1979.
12. С.Г.Калашников “Электричество”, М., Наука, 1977.
13. Д.Джонколи “Физика”, М., Мир, 1989.
14. А.А.Неменов, М.С.Соминский “Основы физики и техники полупроводников”, Ленинград, Наука, 1999.
15. Қойшыбаев Н. Электр және магнетизм. Алматы: Зият Пресс, 2006 .
17. Федотов И.П., Кулина И.Д. Изучение электромагнетизма в курсе физики средней школы. М: Просвещение 1978.
18. Шахмаев Н.Н., Каменецкий С.Е. Демонстрационные опыты по электродинамике. М: Просвещение 1973.
        
        Мазмұны
Кіріспе
............................................................................
........................................5
І. Қатты денелердің электрөткізгіштігі
1.1. Металдардың ... ... ... ... ... ... ... қоспалы
өткізгіштігі........................................21
1.4 ... ... ... ... ... ... өткізгішті қондырғыларының жұмыс істеу принципі
1. ... ... ... ... ... Жартылай ... ... және ... ... ... диодтардың ... ... ... ... ... және ... түзеткіштердіњ вольт-амперлік
сипаттамасын ... ... ... ... ... ... мен ... ... жартылай өткізгіш материалдан
жасалған құралдарды және ... ... ... өріс ... ... өркендеп даму кезеңінде жартылай өткізгіштердің
маңызы ары қарай арта түсетіні бәрімізге ... ... ... ... қасиеті аморф күйінде де
сұйық күйінде де тән болады. Сұйық жартылай өткізгіштер ... ... ... ... ... аса көп қолданылмайды. Техника
саласында ... ... ... ... ... ... анықтамасы заттардың электр өткізгіштік
қасиеттеріне негізделген. Әдетте жақсы электр өткізгішті ... ... ... оның ... ... ... ден жоғары
болады. Меншікті өткізгіштігі ге тең және одан кіші болған материалдар
изоляторға (диэлектриктерге) жатады. Меншікті ... ... ... ... ... ... ... жатады. Бұл анықтама
жартылай өткізгіштерді зерттеу ғылымының ... және оның ... ... ... ... ... ... көрсетеді.
Металдардың жартылай өткізгіштерден айырмашылығы меншікті
өткізгіштіктің ... ... ал ол ... ... ... ... ... А.Ф. Иоффе
көрсеткен болатын.
Жартылай өткізгіштер электролиттерден зарядтарды тасымалдаушының
түрлерімен ерекшеленеді: жартылай өткізгіштерде тоқ ... ... ... – иондар арқылы тасымалданады. А.Ф. Иоффенің анықтамасына
сәйкес жартылай өткізгіштерге электр ... ... ... жүзеге асатын және өткізгіштігі температураның өсуіне
байланысты артатын материалдар жатады. Қазіргі кезде көп ... ... ... ... ... ... температура өскенде
өспейтіндігі және төтенше өткізгіштік құбылысы ... ... ... ... өткізгіштердің өткізгіштігі артады.
Қоспаның әсерінен пайда болған өткізгіштікті қоспалы ... ... ... ... ... өткізгіштердегі электрондар санын көбейтсе,
ал басқа ... ... ... ... ... ... ... жақсы
өткізеді, олардың меншікті электр өткізгіштігі σ=104 ... ... ... ... σ=10-7 ... ал ... ... заттарды жартылай өткізгіштер деп атаған.
Жартылай өткізгіштер теориясының дамуы бұл анықтаманың онша дәл ... ... ... ... және ... ... сияқты Жартылай
өткізгіштерге көп мөлшерде қоспа қосу ... ... ... ... ... ол ... ... болудан қалмайды. Дәл сол
сияқты қоспаларды не хром, темір сияқты қоспаларды ... оның ... ... ... ... кеміп, диэлектрик сияқты болғанымен
басқа қасиеттері жағынан жартылай өткізгіштік мәндерінің әр түрлілігінде
емес.
А.Ф.Иоффе металдар мен ... ... ... ... ... ... өзгеретініне назар аудырып, металдардың
электр өткізгіштігі температураның ... ... ... ... ... ... анықтады.
Тақырыптың өзектілігі: Қазіргі кезеңде ғылыми - техникалық прогрестің ... және ... ... бірі ... ... ... - ... болып табылады. Микроэлектроника интегралды
микросхема мен оны қолдану принциптерімен ... ... 1 ... бірнеше жүз мың микроэлементтің болуы мүмкін. Бүгінде жаңа
технология өлшемдері бірнеше микрометр ... ... ... ... транзисторлар, фотоқабылдағыштар т.б. жасауға мүмкіндік
береді.Осындай жетістіктердің нәтижесінде қазіргі электрондық техниканың,
ғарыштық байланыстың және электронды ... ... ... көптеген
салаларына үлкен өзгерістер енді. Сондықтан ... ... ... ... маңызы зор.
Жұмыстың мақсаты: Жартылай өткізгішті диодтардың вакуумдық диодтармен
салыстырғанда көптеген артықшылықтары бар. Атап ... ... аз, ... ... ... ... беріктігі жоғары.
Білімгерлерге диодтың құрылысын арнайы дайындалған ... ... оның ... ... принципін тәжірибеде көрсетудің маңызы өте зор
екендігін ескерсек, бұл жұмыстың өзекті болып отырғанын көреміз.
Бұл жұмыста арнайы жиналған қондырғыда ... және ... ... ... ... ... сұрақтар ғылыми мақсатымен ... ... ... ... оптикалық және фотолюминесценциялық
құбылыстардың ... ... ... ... ... ... кристалдарды қолдана отырып когеренттік ... ... кең ... ... ... ... ... Si және Se практикалық қызығулар олардың жартылай өткізгіштер
электроникасында кең қолданылумен де байланысты. ... ... ... зерттеу нәтижесінде ғылыми-техникалық прогрестің ең
тиімді перспективалы ... ... ... ... құндылығы: Жартылай өткізгішті диод түзеткіштерде айнымалы
токты тұрақты токка айналдыру үшін ... ... ... әр ... ... ... ... телемеханикада кеңінен
қолданылып келе жатқандығын айту керек. ... ... ... ең ... әр ... ... түйісуі, яғни p-n
ауысу. Жартылайөткізгішті диод бір ... ... ... ... ... ... электрөткізгіштігі
1.1. Металдардың кванттық теориясының негізі
Еркін электрондардыњ пайда болуын ќарастырып кµрейік. ... ... ... ... ... ... ... жақындаған
сайын күшейе түсетін өзара әсер пайда болады.
Қатты ... ... ... ... ... аз ... ... көршілес атомдарының күшті ... ... ... энергетикалық деңгейлерге қандай әсері бар екенін қарастырайық. Na
натрий ... ... тор ... ... ... ... бір-біріне
әсері болмайтындай алыс қашықтықта орналасады делік. 1- суреттегі ... ... r >> a=0,53 . ... ... ... ... бара жатыр. Екі атомды қысқан кезде, яғни жақындатқан
кезде өзгерістер байқалады.
Потенциалдық барьер U1 ,U2 ,U3 ,U4 ... бір ... ... ... ... ... жасайды. Есептеулерге қарағанда
r=30 электрондардың бір атомның 3S күйінен екінші атомға өтуі ... бір рет ... ... ... өзгертпей отырып торды баяу бір
жақты қысайық. Атомдар бір-біріне жақындаған сайын олардың арасындағы өзара
әсерлесу ... ... Ал ... ... тең ... r=a
әсерлесу кристалдарға тән шамаға жетеді. Көршілес атомдарды бөліп тұратын
потенциалдық қисықтар ... ... ... ... ... төмен орналасқан қорытқы қисықтар береді. Демек, атомның бір-
біріне жақындауы ... ... екі ... әсер ... потенциалдық шұңқырдың енін кемітеді
2. потенциалдық шұңқырдың биіктігін азайтады
3S деңгейдегі электрондар үшін барьер биіктігі оңашаланған Na атоммен
салыстырғанда төмен ... ... бұл ... ... ... бір ... ... атомға бөгетсіз өтіп кете алады. Бұған
валенттік электронының сипаты да ... бола ... Олар өте ... ... ... ... ... бұлттардың іс-жүзінде
тығыздығы біркелкі болады ... Бұл ... ... ... күйіне сәйкес келеді. Мұндай ортақтастырылған электрондар
еркін электрондар деп, ал олардың жиынтығы электрондық газ деп аталады.
ρ ...... ... • • • ... ... • • • • ... 2s
• • • • ... ... Na ... ... ... шығу үшін ... ... Шұңқырдың тереңдігі былай өзгереді: U1>U/1, U2>U/2, U3>U/3 ... да ... жоқ тек 3s- те ... ... ... ені мен биіктігінің өзгеруі валенттік
электрондардан басқа электрондардың да ... ... ... ... ... ... ... төмендегідей
Шредингер теңдеуі арқылы жазуға болады:
(1.1.1)
Мұндағы: m -электронның массасы
U - потенциалдық энергиясы
E - толық ... ... ... ... ... күшті болса,
олардың потенциалдық энергиясы төмендегі түрде болады:
(1.1.2)
Мұндағы: Ua - оңашаланған атомдағы электронның потенциалдық энергиясы
Кристалл үшін ... ... ... периоды кеңістік
торының параметріне тең ... ... Ал δU осы ... ... ... ... үшін ... түзету.
Егер (1.1.2) теңдіктегі δU шамасын ескермейтін болсақ, ... ... ... ... мен ... үшін
оңаЖартылайнған атомдағы электронның толқындық функциясы Ψa және энергиясы
En(n,l) алынады. Мұндағы n,l - ... ... ... ... және ... ... ... Бұл жағдайда кристалл мен жеке
атомдардың айырмашылығы төмендегідей: оңашаланған ... ... Ea(n,l) ... ... ғана ... ал ... N ... N рет қайталанады. ОңаЖартылайнған атомдардың әрбір деңгейі
бірнеше деңгейге ыдырайды [1].
Ал енді зоналардың ... ... ... ... үшін ... ... ... алынған процесті қарастырайық. Алғашқыда
қандай да ... ... ... N атомдары болсын дейік. Кез-
келген атомның әрбір электроны энергияның рұқсат ... ... ... ... яғни ... ... энергетикалық деңгейдің біреуінің орнын алады.
2-сурет ... ... ... күйінде
электронның қорытқы энергиясының ең аз мүмкін мәні болады. Сондықтан ... ең ... ... ... тиіс сияқты. Алайда, электрондар
Паули принципіне бағынады, ал принцип бойынша кез-келген кванттық жүйедегі
(атомда, ... ... т.б.) ... ... ... ... екі электрон бола алады, сонымен бір мезгілде бір деңгейде орын
тепкен электронның меншікті моментінің бағыттары ... ... ... ... тек ... ғана бағынып қоймай, сонымен қатар жартылай
бүтін спині бар, барлық басқа бөлшектер де бағынады. ... ... ... ... тек екі ... ғана ... ... ал қалғандары қос-
қостан аса жоғары деңгейді толтырады. 3-суретте 5 ... бар ... ... электрондық деңгейлер бойынша орналасуы көрсетілген.
Электрон ... ... ... ... ... түрде
кескінделген. Электрондар ... бар ... ... әр ... ... спиннің қарама-қарсы бағыттарына сәйкес
келеді.
Атомдар бір-бірінен изоляцияланған кезде оларды толық ... ... ... ... ... ... ... деңгейлерді
электрондармен толтыру басқа атомдағы деңгейдің соған ұқсас толығуларына
қарамастан жүзеге асырылады. ... ... ... олардың арасында
барған сайын күшейе түсетін өзара әсер пайда болады, бұл деңгейдің орнын
өзгертуге себепші болады. ... N атом үшін ... ... бір ... өте ... орналасқан, бірақ бір-біріне дәл келмейтін N деңгей пайда
болады. ... ... ... ... деңгейі кристалда жиі
орналасқан N деңгейге ажыратылады; жолақ немесе зона түзеді.
Деңгейдің ажырау ... әр ... ... үшін бірдей емес. Атомдағы
ядроға өте жақын ... ) ... ... ... сыртқы
электрондармен толтырылған деңгейлерге ... ... ... ... ... ... атомдар арасындағы r қашықтығының функциясы ретінде әр түрлі
деңгейлердің ажырауы көрсетілген. Суретте белгіленген r2 және r1 ... әр ... ... ... ... ... сәйкес келеді.
Схемадан көрініп тұрғандай, кристалда пайда болатын ішкі ... ... ... өте аз. Тек ... электрондар
орналасқан деңгейлер ғана едәуір ажырайды. Осындай ажырауға атомның негізгі
күйінде электрондар орналаспаған өте ... ... де ... ... ... ... аз болғанда атомның көршілес
екі деңгейіне ... ... ... бірін-бірі басып кетуі мүмкін
(атомдар арасындағы r2 ... ... ... ... ... Осындай біріккен зонадағы деңгейлер саны атомның ... ... ... ... ... ... әсерлесуші атомдар бірлік кванттық система болады да, олардың
шегінде Паули тыйымы әсер етеді. Демек, изоляцияланған ... ... ... ... екі 2N ... кристалдағы тиісті жолаққа
сәйкес келетін N деңгейлерде қос-қостан ( ... ... ... ... деңгейлерден пайда болған төменгі зоналар
электрондармен ... осы ... әр ... ... ... ... берік байланысын жоймайды. Зоналар және оларды
толықтыратын электрондардың ... ... ... ... ... ... ... рұқсат етілген мәндері кристалда
аралықтармен бөлінген мәндері болмайды. Бұл аралықтарды ... ... деп ... ... ... және ... салынған зонаның ені
кристалдың ... ... ... ... ... ... көп ... зонадағы деңгейлер соғұрлым тығызырақ орналасады.
Рұқсат етілген зоналар ені бірнеше электронвольт шамаларды ... ... ... 1023 атом ... ... ... деңгейлердің арасындағы
қашықтық ~10-23 эв болады.
Абсолют ноль кезінде кристалл энергиясының ең аз ... ... ... ... ... ... етілген зонаның төменгі
деңгейін қос-қостан толтырады, ал бұл ... ... ... ... ... болатын деңгейлерден пайда болады. Рұқсат етілген аса
жоғары ... ... бос ... ... зонаның электрондармен
толтыру дәрежесіне және тыйым салынған зоналардың ... ... ... ... үш жағдай болуы мүмкін. а) жағдайында электрондар
валенттік зонаны толық толтырмайды.
Бос зона ... Бос ... ΔW ... ... ... ... б) ... ... ... ... ... деңгейде болатын электронды одан да гөрі
жоғарғы деңгейге ... үшін осы ... ... ... ... ... берсек те жеткілікті болды. Жылулық қозғалысы энергияның
кТ шамасы 10К кезінде шамамен 10-4 эв ... ... ... ... ... ... ... өзгеше температура кезінде электрондардың бір
бөлігі өте жоғары деңгейге көшіріледі. Электрон өрісінің ... ... ... қосымша энергия да электронды өте жоғары деңгейге көшіруге
жеткілікті болып ... ... ... ... ... үдетіліп,
өрістің бағытына қарама-қарсы бағытта қосымша жылдамдыққа ие бола алады.
Сонымен, энергетикалық ... ... ... ... бар кристалдар металл
болып табылады.
Егер атомдағы ең ... ... ... тек бір ғана ... болса
немесе зонаның бірін-бірі басып кетуі орын алса, онда ... ... ... ... (металл жағдайында оны да өткізгіштік зонасы деп
атайды). Бірінші жағдайда N өткізгіштік электрондары қос - ... ... зона ... ... ғана ... Екінші жағдайда
өткізгіштік зонадағы деңгейлер саны N-нен көп ... ... ... ... саны 2N-ге тең ... ... да олар зонаның
барлық деңгейін толтыра алмайды.
б) және в) ... ... ... ... ... ... зона толған. Электрон энергиясын ... ... оған ... зонаның ΔW енінен кем емес энергия санын беру қажет. Электр өрісі
электронға ... ... бере ... ... жағдайда кристалдың
электрлік қасиеті тыйым салынған зонаның ΔW енімен анықталады. Егер ... ... онда ... қозғалысының энергиясы электронның бір бөлігін
жоғарғы бос зонаға көшіруге жеткілікті болады. Мұнымен қатар ... ... ... ... ... ... көшуіне мүмкіндік туады.
Мұндай зат электрондық Жартылай өткізгіштік деп ... ... ... ... ΔW ені ... ... ( шамаемн бірнеше
электронвольт), онда ... ... бос ... ... ... ... алмайды. Бұл жағдайда кристалдар изолятор болып ... ... ... ... өткізгіштің (металдың),
Жартылайөткізгіштердің және изолятордың бар екендігін бірыңғай көзқараспен
түсіндіреді.
Электронның ... ... ... ... ... таралуын
қарастырайық. Абсолют ноль кезінде төменгі N/2 деңгейінің әрқайсысында екі
электроннан болады, ал қалған деңгейлер бос ... ... ... ... тұтас сызықпен көрсетілген. Ордината осінің бойына
берілген деңгейдегі электрондар саны ... ... ... арналған индекс ретінде оның W ... ... ... ... дискреттілігіне сәйкес,
электронның таралуы Wmax-ның сол жағынан ординатасы екі болатын ... ал ... оң ... ... О болатын нүктесімен
кескінделеді. Бірақ дейгейлер арасындағы қашықтық өте аз болғандықтан, ... өте жиі ... да ... сызық түзеді.
Абсолют ноль кезінде толыққан жоғары деңгей үшін ... ... мән ... ħ= ... Дж∙ сек, m- ... массасы, n- бірлік
көлемдегі еркін электрондар саны. n=1029м-3 деп қабылдап, мынаны шығарып
аламыз:
Егер де зона ... ... осі ... ... ... онда ... энергияның орташа мәні ең көп ... ... ... еді. ... ... тығыздығы шамасына пропорционал,
яғни dz~ dW. Тиісті ... ... ноль ... ... ... үшін мәнін береді. Демек, тіпті 00К ... ... ... ... ... ... ... тең болатын орасан
зор кинетикалық энергияға ие болады. Классикалық ... ... ... беру үшін оны ... ... төрт жүз мың градус Кельвин
температураға дейін ... ... ... ... ... ... күйін өзгерте алмайтын және олардың қозғалысының бір ... ... ... ... жағдайда болады.
00К-тан өзгеше температура кезінде әртүрлі ... ... болу ... ... ... физикада бөлшектердің
энергиялары әр түрлі күйлері бойынша таралуы Больцман ... А- ... ... Бұл функция бөлшектің
энергиясы бар күйде болатындығының ықтималдылығын анықтайды.
Бөлшектің (1.1.3) таралуы- энергиясы ... ... ... ... саны ... ... болжамнан алынған еді. ... ... ... ... ... ... тапқан. Оның түрі мынадай:
,
(1.1.4)
Бұл жердегі W- берілген деңгейдің энергиясы,WF – Ферми деңгейі деп
аталатын системаның ... ... ... ... электрондармен толу ықтималдылығын
береді. 5-суреттегі екі көбейткішке дейінгі дәлдікпен алынған тұтас қисық
сызықтығы Т=0 ... ... (1.1.4) ... графигімен дәл
келетіндігіне көз ... ... ... да бұл ... W< WF ... f(W)=1,
егер W>WF болса, f(W)=0
сөйтіп, 00 К кезінде Ферми деңгей электрондар ... ... ... дәл ... үшін кез-келген температура кезінде (1.1.4) функциясының ½-ге
тең мәні болады. Демек, Ферми деңгейі ... ... ... тең ... ... дәл ... WF мәнін
(1.1.5)
шартынан табуға болады.
Мұндағы: N- кристалдағы валенттік электронның толық саны. Әрбір
қосылғыш к-шы ... ... ... саны ... ... ... ... деңгейі және оның үстінде жатқан басқа зоналар
бойынша жүргізіледі.
Рұқсат етілген зонаның ... ... өте жиі ... (1.1.5) қосындыны интегралмен алмастыруға болады. dW энергияның
азғана интегралының шегінде жатқан барлық деңгейге бірдей 2f(W) ... ... ... ... Егер деңгейлер тығыздығы g(W)-ге тең
болса, dW интервалдағы олардың саны g(W)dW ... ... ... ... есеппен dNw=2f(W)g(W)dW электрондар келеді. Ал барлық
деңгейлердегі электронның толық саны мынаған тең болуға ... ... біле ... (1.1.6) ... есептеп шығаруға болады.
Осыдан шыққан өрнекте WF және Т болады. Сондықтан берілген N үшін WF-ті ... ... ... табуға болады. (1.1.6) өрнегі шын мәнінде ... ... ... ... ... Металдар үшін жүргізілген
есептеулер WF-тің температураға аса тәуелді емес екендігін ... онша ... емес ... ... кТ>кТ кезінде, бұл электронның таралу
қисығының « соңындағы» аймақта орындалады) ... ... ... болады. Сонда (1.1.4) функциясы мынадай түрге келеді:
(1.1.7)
яғни Больцман ... (1.1.2) ... ... ... бойынша таралуын 6-суреттегідей көрнекті етіп
көрсетуге болады. Бұл суретте Ферми ... ... ... энергетикалық
зоналар схемасымен біріктіріліп ... ... ... жоғары болса, қисық сызығының төмен түсетін учаскесі соғұрлым
тым басымырақ болады. Алайда температурасы кезіндегі электрон ... ... ... ... ... тек ... кТ ... ғана байқалады. Демек, жылулық қозғалыс кинетикалық энергияға тек
барлық электронның азғана бөлігінде ғана әсер етеді. ... ... ... ... ... металл жылу сыйымдылығына айтарлықтай
пайда келтірмейтін фактісі осымен түсіндіріледі. Сөйтіп, ... ... ... жеңе алмаған негізгі қиыншылықтардың біреуін жойды.
Металдың электр өткізгіштігінің температураға тәуелділігі үшін де ... ... ... ... ... ... Жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі
Ішінде қоспасы жоқ жартылай өткізгіштің ... ... деп ... ноль (0К) ... жартылай өткізгіштердің
өткізгіштігі ... ... ... ... бұл ... ... ішінде еркін электрондар, яғни өткізгіш электрондар ... сөз. ... ... ... ... ... ... диэлектриктердікінен көбірек болады.
Жартылай өткізгіштер тобына ... ... ... ... тобындағы- Ge, Si, As, Te, Se ... ... және ... ... ... қатар осылардың қорытпалары жатады.
Жартылай өткізгіштердің ... ... ... ... ... энергия алып, олардың кейбіреулері атоммен байланысын
энергия алып, электрондарға айналады. Электрондарды атомнан жұлып ... ... ... ... деп ... ... ... электрондар металл ішіндегі өткізгіш
электрондар тәрізді, яғни олар кеңістік тордың атомдары мен иондарының ара-
арасында еркін орын ... жүре ... Ал ... ... ... ... ... байланысқандықтан олар еркін орын ауыстырып жүре
алмайды.Сонымен қатар иондалған атомнан ... ... орны ... орын болады), осы орынды басқа электрон алуы мүмкін. ... бос орын ... деп ... бос орынға көршілес атомның байланысқан электрондарының біреуі
ауысып кетсе, бұл орын сонымен толады, бірақ оның ... ... ... ... ... ... ... өз атомымен байланысын үзбеген немесе
байланысқан электрондардың бос ... ... ... ... ... ... кемтік үздіксіз жылжып отырған тәрізденеді (7-
сурет).Сөйтіп таза жартылай өткізгіште кемтік саны қашанда ... ең ... олар ... ... ... қозғалып отыр.
Сонымен валенттік зонадан өткізгіштік зонаға ауысқан электрондар саны ... ... А- ... ... шама,
Δ Е- тыйым салынған зонаның ені, яғни ΔE= E2 ― ... ... ... ... ... ... ... онда оны электрондық өткізгіш немесе n –типті өткізгіш деп
атайды.
Ал керісінше ... ... ... ... ... ... онда мұндай өткізгіштікті кемтіктік өткізгіштік немесе p-
типті өткізгіштік деп атаймыз.
Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігін әдетте сыртқы әсерлердің жәрдемі
арқылы іске асырады. ... ... ... ... күшті
электр өрісін тудыру т.б. Сондықтан олардың өткізгіштіктерін әр ... ... ... сурете көрсетілген EF Ферми деңгейі тыйым салынған зонаның ... ... яғни . Ал ... ... ... ... ... ΔЕ негізінде валенттік зонаның ең ... ... ... ... ... ... ең ... деңгейіне (Е2)
жеткізу үшін қажетті энергия шамасы болып есептеледі, сондықтан бұл ... ... деп ... Олай болса, Ферми энергиясы ... ... ... электрондар мен кемтіктерді қоздыру
үшін қажетті энергия екен ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... берілген жартылай ... ... ... ... ... валенттілігі негізгі атомдардың
валенттілігінен бір ... ... ... атомдармен алмастырсақ,
өткізгіштіктің қоспалы түрі пайда болады. 8-суретте 5- ... ... ... ... қоспасы бар германий торы кескінделген.
Көршілес фосфор атомымен коваленттік байланыс түзу үшін төрт ... ... ... ... ... ... артық сияқты болады
әрі атомнан жылулық ... ... ... оңай ... да, еркін
электронға айналады. Осыдан ... ... ... ... ... ... яғни кемтіктердің тууымен қоса жүрмейді. Қоспа атом
маңайында артық оң заряд осы атоммен байланысқан әрі ол тор ... ... ... Осы ... ... қоспа атомы өзіне жақындап келген
электронды қармап алады, бірақ қармалған электронның ... ... ... да, ... жылулық тербелісі есебінен қайтадан ... ... 5- ... ... бар жартылайөткізгіште тек токты
тасушылардың бір түрі-электрондар ғана болады. Осыған ... ... ... ... ... ... ... ие болады немесе n-типті
жартылай өткізгіш болады (negative-теріс ... ... ... ... ... атомдары донорлар деп аталады.
Қоспалар тор ... ... бұл ... ... ... салынған зонасында орналасқан ... 8- ... деп ... ... ... ... ... Валенттік
зонаның немесе өткізгіштік зонасының кез-келген деңгейіне кристалдың кез-
келген жерінде болатын электрондар орнамаса алады. ... ... ... энергияға электрон, тек осы деңгейдің пайда болуын туғызған қоспа
атомының жанында болғанда ғана ие бола ... ... ... ... ... қоспа атомының жанында локализацияланған.
Егер донорлық деңгейлер валенттік зонаның төбесіне жақын орналасса ,
олар ... ... ... ... зонасының әсер ете алмайды.
Осындай деңгейлердің өткізгіштік зонасының түбінен қашықтығы тыйым салынған
зонаның еніне қарағанда едәуір аз.
E
өткізгіштік ... ... ... ... ...... жағдайда жылулық қозғалысының энергиясы тіпті кәдімгі
температураларда да ... ... ... ... ... үшін жеткілікті болып шығады. 8- суретте бұл процесс бесінші
валенттік электронның ... ... ... ... ... ... Қоспа
атомының еркін электрондарды қармауына 9-суреттегі электронның өткізгіштік
зонасынан донорлық деңгейлердің біреуіне ауысуы сәйкес келеді.
n-типті жартылай ... ... ... ... ... ... зонасы түбінің арасында, ал аса жоғары емес температураларда
шамамен олардың орталарында ... ... ... ... бор атомының қоспасы бар кремний торы шартты
түрде кескінделген. Бор ... үш ... ... ... ... ... ... жеткілікті емес. Сондықтан
байланыстардың біреуі жинақталмаған болып шығады да, ол электронды қармап
алуға ... ... орын ... Бұл ... ... қос ... электроны ауысқан кезде кемтік пайда болады да, ол ... ... ... ... ... ... ... артық теріс заряд пайда
болады, бірақ ол осы атомымен байланысқанмен, токты тасушылар бола алмайды.
Сөйтіп, 3- ... ... бар ... ... тек бір ... токты
тасушылар ... ... ... ... өткізгіштік кемтіктер өткізгіштік деп ... ... ... p – типіне жатады делінеді (positiv-оң сөзінен
шыққан). ... ... ... туғызатын қоспалар
10- сурет ... деп ... ... ... (11- ... ... тыйым
салынған зонадағы оның түбіне жақын орналасқан локальдық деңгей сәйкес
келеді. Кемтіктердің ... ... ... ... зонадан
акцепторлық деңгейге ауысуы сәйкес келеді. Бұған кері ауысу, ... ... ... ... біреуінің әсерімен үзілуіне және осында
пайда болған электрон мен ... ... ... ... ... з.
f(E)
11- сурет
p-типті жартылайөткізгшітегі Ферми деңгейі валенттік зонаның төбесі мен
акцепторлық деңгейдің арасында, ал аса жоғары емес температураларда ... ... ... ... ... ... ... тәуелділігі
Меншікті жартылай өткізгіштерде электр ... ... мен ... жєне болѓандыќтан оныњ меншікті электр
өткізгіштігі:
тең (1.4.1)
формуласына сәйкес ... ... ... электрондар мен
кемтіктердің концентрациясы мынаған тең:
.
Меншікті жартылай өткізгіштік ... ток ... ... арқылы табылады.
Осы екі формулаларды (1.4.1) ... ... мына ... ... Т→∞ ... ... ... Олай болса (1.4.2)
заңдылығы жоғарѓы температураларда орындалатын ... онда σ0 ... Т→∞ ... ... кµрсетер болар еді.
σі –дегі Т тәуелділікті жартылай логарифмдік ... ... (1.32) ... ... осі ... 1/Т –ні, ал ордината осіне ln σ ... ... осін ln σ0 ... ... түзу ... (12, а-сурет). Б±л
т‰зудіњ абциссса осімен ќиылысатын кµлбеулік б±рышыныњ тангенсі ... тең. ... ... ... ... σ0 ... және Eg ... салынған
зонаның енін анықтауға болады. Мысал ретінде 12,б-суретінде эксперименттен
алынѓан таза германий мен кремний ln σі-ң ... ... Б±л ... ... ... ... ... графиктен германий ‰шін 0,72эВ мен ... үшін ... ... ... ... ені ... Осы ... жоѓарыда металдар
‰шін алынѓан нєтижелермен салыстыру, металдар мен ... ... ... айырмашылыќ бар екенін кµрсетті: металдарда электрондыќ
газ азғындалған, ток тасымалдаушылардыњ ... ... ... оныњ ... температураѓа байланыстылыѓы ток
тасымалдаушылар ќозѓалѓыштыѓыныњ температураға тәуелділігінен ... ... ... ток тасымалдаушылар ... ... ... ... ... ... жартылай
µткізгіштердіњ электр µткізгіштігініњ температураѓа тәуелділігі ... ... ... ... ... ... меншікті жартылай µткізгіштіњ µткізгіштігі мен ... ... ... ... зонаныњ ені арќылы
анықталады.
Lnσ ... 333 250 ... α ... ... ... 1/T ... 0,003 0,004 ... ... ... торы бар ... ... 4-ші топтыњ
элементтерініњ меншікті кедергісінен тыйым салынѓан зонаныњ ені тµмендегі
кестеде кµрсетілген.
|Зат ... ... ... ... ... |5,2 |1,12 |0,66 |0,08 ... |3·103 |0,47 |2·10-8 ... | | | | ... | | | | ... | | | ... ... жартылай өткізгіштіњ электр өткізгіштігінің
температураѓа байланыстылыѓы, негізінен ток ... ... ... ... ... ... сапасы жаѓынан n(T) тәуелділігіне ұқсас болады.
13, а-суретте қоспалы жартылай өткізгіштіњ lnσ(T) ... Бұл ... ab,bc,cd ... ќарастырайыќ.
аb облысы төменгі температураларға сәйкес келеді және ... ... ... ... ... ... дейін созылады. Бұл облыстағы ток
тасушылардың концентрациясы мына ... ... ... ... ... ... ... шашырауымен анықталады және
(1.4.5) формуласына сәйкес Т3/2-ке пропорционал. (1.4.4) және (1.4.5)
формулаларды -ге қойсақ ... ... σn0 – ... ... ... ... (1.4.6)
логарифмдесек:
(1.4.7)
Абцисса осіне 1/Т-ні, ал ордината осіне ln σn-ді ... ... αn ... ... ... ... ... сызыќ аламыз. Сонымен
ab бµлігі жартылайөткізгіштің қоспалы ... ... ... ... ... ... сєйкес келетін ТS температурадан меншікті
µткізгіштікке сєйкес келетін ... ... ... Бұл ... ... ... иондалғанымен, меншікті ток ... ... ... сондыќтан да ток тасымалдаушылардыњ
концентрациясы µзгермейді. Ол ... ... ... тењ ... б±л бµліктегі жартылай µткізгіштіњ µткізгіштігініњ температураѓа
байланыстылыѓы ток тасымалдаушылар ќозѓалѓыштыѓыныњ ... ... Егер б±л ... ток ... ... ... жылулық ќозѓалысынан болса, онда өткізгіштік
температураѓа байланысты кемиді. Бұл ... ... ... де ... ... ќоспа атомдарыныњ єсерінен ... ... bc ... температураныњ жоѓарылауымен артады.
cd облысы жартылай өткізгіштігінің меншікті ... ... Б±л ... ток ... ... ... ... концентрациясына тең. Сондықтан б±л бµліктегі Жартылай
өткізгіштердің өткізгіштігі мынаған тең:
.
(1.4.8)
Жартылай логарифмдік координатада ln σ÷1/Т осы ... ... ... αі ... жасайтын тангенсі тыйым салынѓан зонаныњ ... ... ... cd ... ... ... ... алынѓан фосфор ќосылѓан кремний
өткізгіштігінің ... ... ... Осы ... 12, ... ... ќоспалы жартылай µткізгіштіктіњ электр µткізгіштігініњ
температураѓа тәуелділігі теория нєтижелерімен ... ... ... Жартылай өткізгішті қондырғыларының жұмыс істеу принципі
6. Жартылай өткізгіштер жапсарының түзеткіштік әсері
Көптеген электрондық қондырғыларда тұрақты токтың ... ... ... ... ... тұрақты токқа айналдыру үшін түзеткіштер
қолданылады. Бұл түзеткіштерде винтельдік қасиеттері бар, яғни ... бар ... ... ... ... ... жартылайөткізгіш контактының түзетуі.
Металл-жартылай өткізгіш контактысындағы ... ... ... қарастырайық. Ол үшін n-типті жартылай өткізгішті алайық.
Оның А шығу жұмысы металдан шығу ... ... аз. 14 ... және ... ... энергетикалық диаграммасы
көрсетілген.
а) металл ... ... б) ... n-
типті Жартылайөткіз.
0 0 0 0 ... ... ... ... ...... AM>A ... онда түйісу кезінде электрондар жартылай өткізгіштен
металға өтеді. ... ... ... түйісу қабаты
электрондармен бірігіп, оң зарядталады, ал ... ... ... Бұл
процесс металл-жартылай өткізгіштердің Ферми дейгейі теңелгенше жүреді.
Түйісу нәтижесінде екі d ... ... ... ... ... ... ... жасайды. Жартылай өткізгіште электрондардың
өткізгіштік ... аз ... ... ... Жартылай
өткізгіштегі түйісу қабатының ені шамамен ... ... ... ... 10 000 есе көп. Мұндай түйіскен қабатты ... ... ... және ... ... ... ... электрлік өрісінің
кернеулігі E=Δφ/d≈106 В/м, яғни ... ... ... анықтайтын кристалдың ішкі өрісінің кернеулігінен екі есе төмен.
Сондықтан түйісу ... өріс осы ... ... өте қатты
әсерін тигізбейді және оның ... ... ... жартылай өткізгіштің
барлық энергетикалық деңгейлерінің параллель қисайтуын туғызады. ... ... ... ... ... деңгейлері тегістеліп шығу
жұмысының шамасы тұрақты болғандықтан, AM>A ... ... ... ... ... көп. ... ... өткізгіштік зонасының Ферми деңгейінен алыстап, ... ... ... Демек, валенттік зонаның жоғарғы шеті және
донорлық деңгейі қисаяды.
а)металл n-типті жартылайөтк. б) ... ... ... в) ... ... d ...

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Көлемі: 48 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 3 800 теңге









Ұқсас жұмыстар
Тақырыб Бет саны
Жартылай өткізгіштер19 бет
Әртүрлі материалдан жасалған өткізгіштердегі түйісу құбылыстары48 бет
Жиынтық табыс22 бет
Конденсацияланған күй физикасы10 бет
Корпорация қаржыларын ұйымдастыру98 бет
Шетелдегі бюджеттің іске асырылуы байынша қазынашылық органдардың қызметтерін ұйымдастыру6 бет
Жартылай өткізгіштердегі электр тогы6 бет
Шалаөткізгіштер21 бет
"Меншікті капиталдың есебі."23 бет
Азаматтық құқық бойынша меншіктің нысандары29 бет


+ тегін презентациялар
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить


Зарабатывайте вместе с нами

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Сіз үшін аптасына 5 күн жұмыс істейміз.
Жұмыс уақыты 09:00 - 18:00

Мы работаем для Вас 5 дней в неделю.
Время работы 09:00 - 18:00

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь