Әртүрлі материалдан жасалған өткізгіштердегі түйісу құбылыстары

МАЗМҰНЫ

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2

1. Қатты дененің физика элементтері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 6
1.1. Қатты денелердің зоналық теориясы туралы түсінік ... ... ... ... ... ... ... . 6
1.2. Зоналар теориясы бойынша металдар, жартылай
өткізгіштер және диэлектриктер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 7

2. Әртүрлі материалдан жасалған өткізгіштердегі түйісу құбылыстары ... 10
2.1. Түйісу потенциалдар айырымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
2.2. Термоэлектрлік құбылыс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 11
2.3. Пельтье эффектісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 13
2.4. Томсон эффектісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15
2.5. Термоэлектрлік құбылыстарды пайдалану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16

3. Негізгі қасиеттері бойынша өткізгіштердің, диэлектриктердің және
жартылай өткізгіштердің бір.бірінен айырмашылықтары ... ... ... ... ... ... 18
3.1. Жартылай өткізгіштердің металдардан және диэлектриктерден
айырмашылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
3.2. Жартылай өткізгіштердің меншікті кедергілерінің температураға
тәуелділігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19

4. Жартылай өткізгіштердің түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
4.1. Өзіндік жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі ... ... ... ... ... ... ... . 22
4.2. Қоспалы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
4.3. р . n ауысуының қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31

5. Жартылай өткізгіштік құралдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
5.1. Жартылай өткізгіштік диод ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
5.2. Транзисторлар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 40

Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 47

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
КІРІСПЕ

Екі өткізгішті бір-біріне түйістірген кезде жылулық қозғалыстың әсерінен электрондар бір өткізгіштен басқа өткізгішке өтеді. Егер түйісетін өткізгіштер әртүрлі материалды болып келсе немесе олардың әртүрлі нүктелеріндегі температуралары бірдей болмаса, онда электрондар диффузиясының екі жақты ағындары бірдей болмайды, осының нәтижесінде бір өткізгіш оң, ал екіншісі – теріс зарядталып қалады. Сондықтан өткізгіштің ішінде және өткізгіштер арасындағы сыртқы кеңістікте электр өрісі пайда болады. Тепе-теңдік күйінде өткізгіштің ішінде диффузия ағындарының айырмашылығын дәл компенсациялайтын өріс тұрақталанады. Осы электр өрістерінің болуына өткізгіш-өткізгіш, өткізгіш-жартылай өткізгіш, жартылай өткізгіш – жартылай өткізгіш түйісулерінде пайда болатын бірқатар құбылыстар негізделінген.
Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігін зоналық теория негізінде тек кванттық механика жан-жақты түсіндіріп бере алады. Орта мектепте ол кристалдардағы коваленттік байланыс моделінің, мысалы кремний немесе германий кристалдарындағы, көмегімен түсіндіріледі. Кристалдың әр атомы (мысалы, а- атомы) өзіне жақын орналасқан төрт атоммен сегіз электрон көмегімен байланысады: оның төртеуі – қарастырылып отырған атомның электрондары да, ал қалған төртеуі бір біреуден байланысқа түсіп отырған атомдардікі.
Бұл байланысты түсіндіру жеткілікті түрде оқу және әдістемелік әдебиеттерде келтірілгендіктен, модель көмегімен талқылау керек болатын басты мәселелерге ғана тоқталамыз:
а) Егер жартылай өткізгіштің температурасы абсолют нөлге жақындаса, онда кристалдағы барлық байланыстар бұзылмайды, сондықтан жартылай өткізгіш диэлектрикке айналады.
ә) Температура жоғарылағанда немесе сыртқы әсердің себебінен кейбір байланыстар бұзылып, кристалл ішінде электр өрісінде қозғала алатын «еркін» электрондар пайда болады.
б) Электроны кетіп, байланыстың үзілген орны «кемтік» деп аталады, оның заряды оң, сондықтан кемтіктер де электр өрісінде қозғала алады.
Электр өрісіндегі электрондар мен кемтіктердің қозғалысын оқушылар шын мәнінде түсінуі тиіс. Ол үшін көрермендер залындағы бос орындар ұқсастығын пайдалануға болады. Көрермендер ауысып отырғанда бос орындар да жылжиды.
в) Егер жартылай өткізгіштер ұщтарына кернеу берілсе, онда электрондар да, кемтіктер де қозғалысқа түседі. Жалпы ток электрондар мен кемтіктер жасайтын токтардың қосындысына тең. Таза жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі меншікті өткізгіштік деп аталады, олардағы электрондар саны мен кемтіктер саны өзара тең.
Жасанды жолмен жартылай өткізгіштегі еркін электрондардың санын не кемтіктердің санын көбейтуге болады. Ол үшін кремний кристалына бес валентті мышьяк атомдарын, болмаса үш валентті индий атомдарын ендіреді. Бірінші жағдайда кемтіктеріне қарағанда электрондары өте көп жартылай өткізгіш қоспа алынады, оны n –типті (negativus – теріс сөзінің бас әріпі) жартылай өткізгіш деп атайды. Ал, екінші жағдайда – кемтік саны көп болады, мұндай қоспаны р –типті (positivus – оң сөзінің бас әріпі) жартылай өткізгіш деп атайды. Ондай жағдайда n –типті жартылай өткізгіштердегі негізгі заряд тасымалдаушы – электрондар, ал р –типті жартылай өткізгіштерде – кемтіктер болып қалады.
Бұл мәселелерді оқушылардың терең түсінуі үшін «Жартылай өткізгіштер және олардың техникада қолданылуы» фильмінің сәйкес фрагменттерін көрсетуге болады.
р – n - ауысу. Жартылай өткізгіштерге тән қасиеттердің ең маңыздысы - әр типті екі жартылай өткізгіштердің түйісуі екендігі, оның р-n – ауысу деп аталатындығы айтылады. р-n – ауысу қасиетін түсіндіруді тәжірибеден бастаған тиімді. Жартылай өткізгішті диодтың бір бағытта токты жақсы өткізетіндігін, екінші бағытта өте нашар өткізетіндігі көрсетіледі.
Бұл құбылыстардың себебі жөнінде сыныпта проблемалық жағдай туғызуға болады. Алдымен әр типті өткізгіштерді түйістіргенде жүретін процесс түсіндіріледі. Дереу түйісу арқылы негізгі заряд тасымалдаушылардың nдиффузиясы басталады да, түйісу аймағында зарядтардың бейтараптануы нәтижесінде аймақтың кедергісі артып кетеді. Жартылай өткізгіштердің түйіскен жерінде пайда болған қосарланған электр қабаты зарядтар қозғалысына кедергі жасап, белгілі моментте диффузия процесін тоқтатып тастайды.
Міне осындай жартылай өткізгіштерді ток көзіне қосып көрейік. Егер ток көзінің электр өрісі р-n – ауысуда пайда болған қосарланған электр қабатының өрісіне қарама-қарсы бағытта болса, онда сыртқы электр өрісі негізгі заряд тасымалдаушыларды түйісуге қарай қозғап, ол аймақтың кедергісін азайтып жібереді. Мұндай жағдайда р-n – ауысу арқылы ток жүреді.
Егер ток көзінің электр өрісі р-n – ауысудағы электр өрісімен бағыттас болса, онда сыртқы электр өрісі негізгі заряд тасымалдаушыларды жан-жаққа тартып кетеді де, р-n – ауысу аймағындағы кедергі күрт өседі. Бұл жағдайда түйісу аймағында жапқыш қабат пайда болады деп айтады, өте аз ғана ток жүреді. Токты негізгі емес заряд тасымалдаушылар жасайды.
Қорыта келгенде, р- n – ауысудың токты бір бағытта өткізіп, екінші бағытта, практикалық тұрғыдан қарағанда, өткізбейтін қасиеті бар екен.
Жартылай өткізгішті диод. 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.
Транзистор. Екі р-n – ауысудан тұратын жартылай өткізгіштік құрылғыны транзистор деп атайды (transfer – тасу, resistor – кедергі) оны екі р- типті жартылай өткізгіштер қабатының арасына n- типті жартылай өткізгіш қабатын орналастыру арқылы, немесе екі n- типті жартылай өткізгіш қабатының ортасына p- типті жартылай өткізгіш орналастыру арқылы дайындайды. Екі шеткі жартылай өткізгіштердің бірі эмиттер деп, екіншісі – коллектор деп аталады, ортағы қабатты база дейді. Бұл алынған екі р-n – ауысулардың электр тогын өткізу бағыттары бір-біріне қарама-қарсы. Эмиттер база арасына ε1 , база коллектор арасына ε2 батареяларын қосамыз. Сол жақтағы р-n – ауысу арқылы ток өтеді – ол р-n – ауысу ашық, ал оң жақтағы р-n – ауысуға батарея ток өткізбейтіндей бағытта жалғанған.
База қабаты өте жұқа болады, оның ені әдетте электрондардың еркін жолының орташа ұзындығымен өлшемдес. База енінің мұншалықты жұқа болуы эмиттерден базаға өткен электрондардың түгел дерлік екінші р-n – ауысуға өтіп кетуіне мүмкіндік жасайды. Соның нәтижесінде база-коллектор тізбегінде ток пайда болады. Ол ток шамасы эмиттер – база тізбегіндегі ток шамасына тәуелді болатындығы өзінен өзі түсінікті. Егер эмиттер – база тізбегіндегі ток өзгеретін болса, онда синхронды түрде база-коллектор тізбегіндегі ток та өзгереді.
Міне, транзистордың осы айтылған қасиеті әлсіз электр сигналдарын күшейту мақсатында қолданылады. Ол үшін әлсіз сигнал көзін эмиттер-база тізбегіне тізбектеп қосады, ондай жағдайда R кедергісін үлкен етіп алу нәтижесінде, оған түсетін кернеудің мәнін де үлкейтіп алуға болады. Транзистор көмегімен әлсіз сигналды он мың есеге дейін күшейте аламыз.
Басқа жартылай өткізгіш приборлар тәріздес транзисторлардың да радиотехникада, автоматикада, телемеханикада және техниканың басқа да салаларында қолданылатындығы жөнінде мысалдар келтіруге болады.
Тақырыпты бекіту мақсатында, ең соңында жартылай өткізгіштердің электр өткізу қасиетін металдардың электр тогын өткізумен салыстыруға болады.
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. – М.:
Физматгиз, 1963.
2. Роуз А. Основы теории фотопроводимости. – М.: Мир, 1966.
3. Элементарный учебник физики. Т. 2. Электричество и магнетизм/Под ред.
Г.С. Ландсберга. – М.: Наука, 1967.
4. Сахаров Д.И., Блудов М.И. Физика для техникумов. – М.: Наука, 1967.
5. Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов ІІІ и V
групп. – М.: Мир, 1967.
6. Жданов Л.С., Маранджян В.А. Курс физики для средних специальных
учебных заведений. Ч. 2. Электричество. Оптика. Атомная физика. – М.:
Наука, 1968.
7. Блудов М.И. Физика жайлы әңгімелер. 2 бөлім. – Алматы: Мектеп, 1969.
8. Цидильковский И.М. Электроны и дырки в полупроводниках. – М.:
Наука, 1972.
9. Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М.: Наука, 1976.
10. Зеегер К. Физика полупроводников. – М.: Мир, 1977.
11. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. – М.: Наука, 1978.
12. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов. – М.-Л.: Наука,
1978.
13. Смит Р. Поупроводники. – М.: Мир, 1982.
14. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Мир, 1984.
15. Буравихин В.А., Егоров В.А. Биография электрона. – М.: Знание, 1985.
16. Мустафаев Р.А., Кривцов В.Г. Физика в помощь поступающим в вузы. –
М.: Высшая школа, 1989.
17. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. – М.:
Наука, 1990.
18. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10 класса
общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2001.
        
        МАЗМҰНЫ
Кіріспе.....................................................................
............................................ 2
1. Қатты дененің физика элементтері
.......................................................... ... ... ... ... ... туралы түсінік
............................. 6
1.2. Зоналар теориясы бойынша металдар, жартылай
өткізгіштер және диэлектриктер
.............................................................. 7
2. ... ... ... ... ... ... ... потенциалдар
айырымы...................................................................
10
2.2. Термоэлектрлік
құбылыс.....................................................................
........ 11
2.3. ... ... ... ... ... құбылыстарды
пайдалану................................................ 16
3. Негізгі қасиеттері бойынша өткізгіштердің, диэлектриктердің және
жартылай өткізгіштердің бір-бірінен
айырмашылықтары........................ ... ... ... ... және ... ... Жартылай өткізгіштердің меншікті кедергілерінің температураға
тәуелділігі
............................................................................
........................ ... ... ... ... ... Өзіндік жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі
............................. 22
4.2. Қоспалы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі
....................................... ... р - n ... ... ... өткізгіштік құралдар
................................................................ 36
5.1. Жартылай өткізгіштік диод
........................................................................
36
5.2. Транзисторлар
............................................................................
................. ... ... ... ... өткізгішті бір-біріне түйістірген кезде жылулық қозғалыстың
әсерінен электрондар бір өткізгіштен басқа өткізгішке өтеді. Егер ... ... ... ... ... ... олардың әртүрлі
нүктелеріндегі температуралары бірдей болмаса, онда ... екі ... ... бірдей болмайды, осының нәтижесінде ... оң, ал ...... ... қалады. Сондықтан өткізгіштің
ішінде және өткізгіштер арасындағы сыртқы кеңістікте электр өрісі ... ... ... ... ... диффузия ағындарының
айырмашылығын дәл компенсациялайтын өріс тұрақталанады. Осы ... ... ... ... ... ...... өткізгіш түйісулерінде пайда болатын ... ... ... ... өткізгіштігін зоналық теория негізінде
тек кванттық механика жан-жақты түсіндіріп бере алады. Орта мектепте ол
кристалдардағы ... ... ... ... кремний немесе
германий кристалдарындағы, көмегімен түсіндіріледі. Кристалдың әр ... а- ... ... ... ... төрт атоммен сегіз электрон
көмегімен байланысады: оның төртеуі – ... ... ... да, ал ... ... бір ... ... түсіп отырған
атомдардікі.
Бұл байланысты түсіндіру жеткілікті түрде оқу және ... ... ... ... ... керек болатын
басты мәселелерге ғана тоқталамыз:
а) Егер жартылай өткізгіштің температурасы абсолют нөлге ... ... ... байланыстар бұзылмайды, сондықтан жартылай өткізгіш
диэлектрикке айналады.
ә) Температура жоғарылағанда немесе сыртқы ... ... ... бұзылып, кристалл ішінде электр өрісінде қозғала алатын ... ... ... Электроны кетіп, байланыстың үзілген орны «кемтік» деп ... ... оң, ... ... де ... өрісінде қозғала алады.
Электр өрісіндегі электрондар мен кемтіктердің қозғалысын ... ... ... ... Ол үшін ... залындағы бос орындар
ұқсастығын пайдалануға болады. Көрермендер ауысып отырғанда бос ... ... Егер ... ... ұщтарына кернеу берілсе, онда
электрондар да, кемтіктер де қозғалысқа түседі. Жалпы ток ... ... ... ... ... тең. Таза жартылай өткізгіштердің
электр өткізгіштігі меншікті өткізгіштік деп аталады, олардағы электрондар
саны мен кемтіктер саны өзара тең.
Жасанды ... ... ... ... ... санын не
кемтіктердің санын көбейтуге болады. Ол үшін ... ... ... ... ... ... үш ... индий атомдарын ендіреді.
Бірінші жағдайда кемтіктеріне қарағанда электрондары өте көп жартылай
өткізгіш ... ... оны n ... ... – теріс сөзінің бас әріпі)
жартылай өткізгіш деп атайды. Ал, ... ...... саны көп ... ... р ... ... – оң сөзінің бас әріпі) жартылай
өткізгіш деп атайды. ... ... n ... ... ... заряд тасымалдаушы – электрондар, ал р ... ...... ... ... мәселелерді оқушылардың терең түсінуі үшін «Жартылай ... ... ... ... фильмінің сәйкес фрагменттерін көрсетуге
болады.
р – n - ауысу. Жартылай өткізгіштерге тән ... ең ... әр ... екі ... өткізгіштердің түйісуі екендігі, оның р-n – ауысу
деп аталатындығы айтылады. р-n – ... ... ... ... ... Жартылай өткізгішті диодтың бір бағытта токты жақсы
өткізетіндігін, ... ... өте ... ... ... ... ... жөнінде сыныпта проблемалық жағдай туғызуға
болады. Алдымен әр типті өткізгіштерді ... ... ... ... түйісу арқылы негізгі заряд тасымалдаушылардың
nдиффузиясы ... да, ... ... ... ... ... кедергісі артып кетеді. Жартылай өткізгіштердің
түйіскен жерінде ... ... ... ... қабаты зарядтар
қозғалысына кедергі жасап, белгілі ... ... ... ... ... ... ... ток көзіне қосып көрейік. Егер
ток көзінің электр өрісі р-n – ауысуда ... ... ... ... ... қарама-қарсы бағытта болса, онда сыртқы электр өрісі
негізгі заряд тасымалдаушыларды ... ... ... ол ... ... ... ... жағдайда р-n – ауысу арқылы ток
жүреді.
Егер ток ... ... ... р-n – ... ... өрісімен
бағыттас болса, онда сыртқы электр өрісі негізгі заряд ... ... ... де, р-n – ... ... ... күрт өседі.
Бұл жағдайда түйісу аймағында жапқыш қабат ... ... деп ... өте аз
ғана ток жүреді. Токты негізгі емес заряд тасымалдаушылар жасайды.
Қорыта келгенде, р- n – ... ... бір ... ... ... ... ... қарағанда, өткізбейтін қасиеті бар екен.
Жартылай өткізгішті диод. Диод деп бір р-n –ауысудан ... ... ... ... ... ... арнайы
дайындалған кесте көмегімен түсіндіріп, оның жұмысын ... ... ... ... ... ... сипаттамасы қарастырылады. Токты
өткізу бағытында кернеуге байланысты ток ... ... де, ... бағытта
ток аз және кернеуге айтарлықтай тәуелді емес. Графиктен р-n – ауысудағы
токтың Ом ... ... ... болады. Жартылай өткізгішті
диодтардың айнымалы токты түзету үшін қолданылатындығы ... ... әр ... ... ... ...... автоматикада,
телемеханикада, кеңінен қолдалынып келе жатқандығын айту ... Екі р-n – ... ... ... өткізгіштік
құрылғыны транзистор деп атайды (transfer – тасу, resistor – кедергі) оны
екі р- ... ... ... ... арасына n- типті жартылай
өткізгіш қабатын орналастыру арқылы, немесе екі n- типті жартылай өткізгіш
қабатының ... p- ... ... ... орналастыру арқылы
дайындайды. Екі шеткі жартылай ... бірі ... деп, ... ... деп ... ... қабатты база дейді. Бұл алынған екі р-n –
ауысулардың электр тогын өткізу ... ... ... ... арасына ε1 , база коллектор арасына ε2 ... ... ... р-n – ... ... ток өтеді – ол р-n – ауысу ашық, ал ... р-n – ... ... ток ... ... ... ... өте жұқа болады, оның ені ... ... ... ... ... өлшемдес. База енінің мұншалықты жұқа болуы
эмиттерден базаға өткен электрондардың түгел ... ... р-n – ... кетуіне мүмкіндік жасайды. Соның нәтижесінде база-коллектор тізбегінде
ток пайда болады. Ол ток шамасы эмиттер – база тізбегіндегі ток ... ... ... өзі ... Егер ... – база ... өзгеретін болса, онда синхронды түрде база-коллектор тізбегіндегі ток
та өзгереді.
Міне, транзистордың осы айтылған қасиеті әлсіз ... ... ... ... Ол үшін ... ... ... эмиттер-база
тізбегіне тізбектеп қосады, ондай жағдайда R кедергісін ... етіп ... оған ... ... мәнін де үлкейтіп алуға болады.
Транзистор көмегімен әлсіз сигналды он мың есеге ... ... ... ... ... приборлар тәріздес транзисторлардың да
радиотехникада, автоматикада, телемеханикада және техниканың ... ... ... ... ... ... ... бекіту мақсатында, ең соңында ... ... ... ... ... ... тогын өткізумен салыстыруға
болады.
1. ҚАТТЫ ДЕНЕНІҢ ... ... ... ... ... теориясы туралы түсінік
Еркін электрондар моделіне сәйкес металл атомдарының валенттілік
электрондары үлгінің шегінде ... орын ... ... ... ... нақ осы ... электрондар жасайды, осы себебтен оларды
өткізгіштік электрондар деп атайды.
Еркін электрондарды ... ... ... ... ... ... ... Бұл, рұқсат етілген
энергия ... өте көп ... ... ... деңгейлерден
тұратынын білдіреді. Шын ... ... ... электрондар
толығымен еркін қозғала алмайды – оларға тордың периодтық өрісі әсер етеді.
Бұл жағдай, валенттік ... ... ... ... спектрінің бір қатар, рұқсат етілген және тыйым салынған
зоналарға ... ... ... ... ... шегінде энергия
квазиүздіксіз өзгереді. Тыйым
салынған зоналардағы энергия мәндерін қабылдау мүмкін емес.
Зоналардың пайда болуын түсіну үшін ... ... ... ... ... ... алғашқыда кейбір заттың N оқшауланған
атомдары болсын. Атомдар бір-бірімен жеке – дара ... ... ... ... ... ... ... болады. Әрбір атомда энергетикалық
деңгейлердің электрондармен ... ... ... ... толықтырылуына тәуелсіз болады. Атомдар біріне-бірі
1 - сур.
жақындаған ... ... ... беретін өзара әсерлесу пайда ... ... ... ... ... алып ... ... N
атомға бірдей деңгейлердің орнына, N өте жақын орналасқан, бірақ ... дәл ... ... р ... ... Сонымен оқшау тұрған атомның
әрбір деңгейі кристалда ыдырап, N тығыз орналасқан деңгейлер ... ... ... деңгейлер үшін ыдыраудың шамасы бірдей емес. Атомда сыртқы
электрондармен ... ... ... ... 2 ... - сур.
деңгейлердің ыдырауының атомдар аралық қашықтыққа r ... ... ... ішкі ... орын алған
деңгейлерінің ыдырауы өте аз екендігі көрініп тұр. Тек ... ... ... ... ... ... негізгі
күйінде электрондармен толтырылмаған жоғарырақ деңгейлер де осындай
ыдырауға ұшырайды.
1.2. Зоналар теориясы бойынша металдар, жартылай
өткізгіштер және диэлектриктер
Энергетикалық зоналардың болуы, бір көзқарас ... ... ... және ... ... ... ... күйіндегі валенттік электрондар тұратын ... ... ... зона деп ... ... нольде валенттік
электрондар валенттік зонаның төменгі деңгейлерін ... ... ... етілген зоналар электрондардан бос болады. Валенттік
зонаның толу дәрежесіне қарай және тыйым ... ... ... ... 3 ... көрсетілгендей, үш жағдай болуы мүмкін. а жағдайында электрондар
валенттік
3 - ... ... ... Сондықтан, жоғары деңгейде тұрған
электрондарға өте аз энергия берілсе болды, олар жоғарғы ... ... ... ... әсерінен пайда болған қосымша энергия да,
электрондарды ... ... ... ... болады. Сондықтан,
электр өрісінен электрондар үдетіліп және, өріске қарсы бағытта, ... ... ... ... ... ... деңгейлері бар
кристалл металл болып саналады.
Валенттік зонаны жарым-жартылай толтыру (металл ... ... ... деп те ... атомдағы соңғы орын алған деңгейде тек
бір ғана ... ... ... ... ... ... бақыланады.
Бірінші жағдайда N өткізгіштік электрондар валенттік зонаның ... ... ... ... ... ... ... саны N-нен артық болады, егер де тіптен ... саы 2N ... да, олар ... барлық деңгейін толтыра
алмайды.
б және в ... ... ... ... деңгейлері
электрон электрондармен толық толтырылған – зона толған. ... ... ... оған ... салынған зонаның енінен ΔЕ кем емес
энергия мөлшерін беру керек. электр өрісі ... ... ... ... мұндай энергияны электрондарға бере алмайды. Мұндай
жағдайда кристалдың электрлік қасиеттері ... ... ... ΔЕ ... Егер бұл ен ... ... (оннан бір электроновольт), жылулық
қозғалыстың энергиясы, электрондардың бір ... ... ... ... ... ... Бұл ... металдағы валенттік
электрондар тұрған жағдайға ұқсас күйде болады. Еркін зона олар ... зона ... ... Бір ... ... ... ... босаған орындарға ауысу мүмкіндіктері туады. Мұндай
затты өзіндік жартылай ... деп ... ... ... ... ΔЕ ені үлкен болса (бірнеше
электроновольттай), жылулық ... ... ... едәуір электрондардың
санын лақтырып тастай алмайды. Бұл ... ... ... болып
саналады.
2. ӘРТҮРЛІ МАТЕРИАЛДАН ЖАСАЛҒАН ӨТКІЗГІШТЕРДЕГІ
ТҮЙІСУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫ
2.1. Түйісу потенциалдар айырымы
Екі металл ... ... ... ... электрондар хаосты қозғалыста болатындықтан, пластинкалардың жанасу
беттері арқылы электрондардың диффузиясы басталады. Егер жанасатын ... және олар бір ... ... онда тек ... ... ... ... электрондардың бір пластинкадан екінші пластинкаға
өту шарттары бірдей болады.
Әртүрлі металдан жасалынған екі ... ... ... көлем бірлігінде еркін электрондардың саны әртүрлі, яғни
еркін ... ... ... Айталық Б металында
электрондардың концентрациясы, А ... ... көп ... ... ... А ... қарама-қарсы бағытқа қарағанда, көп электрон өтеді.
Егер электрондардың зарядтары болмаса, онда бұлардың диффузиясы, екі
пластинкадағы электрондардың ... ... ... жүрер еді.
Электронда зарядтың болуы бұл кескінді өзгертеді.
Жанасқанға ... ... ... ... ... еді. ... ... Б металы электрондарын жоғалтып оң ... ал ... ... ... ... ... ие ... Сондықтан
пластинкалар арасында, электрондардың теңдей өтпеуі себептен, потенциалдар
айырымы ... ... ... ... ... кезде пайда болатын
потенциалдар ... ... ... айырымы деп атайды. Бұл
потенциалдар айырымы электрондардың Б ... А ... ... жасайды.
Металдар жанасқаннан кейін алғашқы қысқа уақыт аралығында,
электрондардың концентрацияларының айырмашылығы пайда болған электр өрісіне
қарағанда,электрондарға артық әсер етеді, ... ... ... ... А ... өтеді. Бұл кезде электрондардың ... ... ... ... ... ... Бұл ... металдардың
түйісу беті арқылы екі жақты өтетін электрондардың ... ... ... ... жүреді.
Әрбір екі металл үшін бірдей температурада динамикалық тепе-теңдік
кезінде түйісу потенциалдар ... ең ... ... ие ... ... ... ... сөз болғанда оның максимал мәні ... ... ... ... ... ... ... ғана потенциалдар айырымын жасай алады.
Температура артқан кезде, екі ... ... ... ... ... ... ... металда бұл жылдамдық артығырақ
болады. Ал бұл қарама-қарсы бағытта өтіп жатқан ... ... ... ... ... Б ... А металға өтіп
жатқан артық электрондар қайтадан пайда болады, бұл ... ... ... алып келеді. Мұндай арту келесі динамикалық тепе-теңдік
орнағанға ... ... ... түйісу потенциалдар айырымы
температураға тәуелді, жанасатын ... ... ... ... ... ... ... екі металдың әрбірінде берілген
температурада түйісу ... ... ... және ... ... ... барма, немесе тікелей жанаса ма, оған тәуелді емес (5-сур.).
5-сур.
2.2. Термоэлектрлік құбылыс
Енді түйісу потенциалдар айырымы электр қозғаушы ... ... ... ма, соны ... Егер ... ... ... тізбек жасап, оған
сезімтал гальванометр жалғастырсақ, онда оның ... ... ... ... ... күштің жоқ екендігін білдіреді.
Демек, жанасатын ... ... ... ... ... потенциалдар айырымы, электр қозғаушы күш жасай алмайды.
Бұл қорытындыға басқаша жолмен де ... ... В және ... ... екі А және Б ... ... тұйық тізбекті
қарастырайық (6-сур.). Егер А металы ... ... ... Б – ... онда түйісу потенциалдар айырымы электрондарды Д түйісуде
сағат ... ... ал В ... ... ... бағытына қарама-
қарсы орын ауыстырады. В және Д ... ... ... ... және ... ... ... ток жүрмейді.
Егер В және Д түйісулерде температуралар ... ... онда ... ... Д ... ... артуы, Д түйісу арқылы Б-
дан А-ға қарай электрондардың қосымша ауысуына алып келеді. Бұл ... ... Д ... ... ... В ... салыстырғанда
артық болады да, электрондар А металында ... В-ға ... ... ... Бұл А ... В ... ... тығыздығының артуына
алып келеді, ал Д ұшында электрондардың тығыздығының ... алып ... Б ... электрондар В-дан Д-ға қарай орын ауыстыра бастайды. Бұл
В түйісуіндегі динамикалық ... ... ... В түйісу
төңірегінде А ... ... ... ... ал Б металда –
кемиді. Бұл кезде электронда В түйісу арқылы А-дан Б-ға қарай өте бастайды.
Сонымен, егер ... ... ... ... бірдей
болмаса, онда оларда электрондардың бағытталынған ... ... ... ... тізбекте ток жүреді. Бұл тізбекте электр зарядтарына энергия
беретін электр қозғаушы күші пайда болатындығын көрсетеді. Бұл ... ... Д ... ... ... жұмсалынған энергияның
есебінен алынады.
Әртүрлі металдардан құрастырылған, олардың түйісулерінде ... ... ... ... болатын электр қозғаушы күшін,
термоэлектрлік қозғаушы күш деп ... ... ... ... жанасушы металдардың ... және ... ... айырымына байланысты. Тәжірибенің көрсетуі бойынша, ол
көрсетілген температуралар айырымына пропорционал.
Кейбір жағдайларда бұл ... ... ... мұны температура
аса жоғарылағанда электрондардың тығыздығының өзгеруімен түсіндіруге
болады. Термоэлектрлік ... ... ... өте аз, әртекті металдардың
бірігу температураларының айырымы бір градус болғанда вольттың бірнеше жүз-
мыңдаған ... ... ... ... металдардың ұштары дәнекерлеп жалғасқан және жылу берудің
есебінен электр энергиясын жасаушы аспапты термопара, немесе ... ... ... ... ... көзі ... ... Сыртқы
тізбекті бұл ток көзіне жалғастыру үшін металдарды бір нүктесінде ... бос ... ... ... Кейде металдардың ұштарының бір жұбын
ғана дәнекерлейді, ал екінші ұшын бос қалдырады. ... ... ... ... ... ... ... Пельтье эффектісі
Тәжірибенің көрсетуі бойынша, өткізгіштің көлемінде токтың бөліп
шығатын Джоуль-Ленц ... ... ... өткізгіштердің түйісуінде, егер
бұл өткізгіштер алғашында бірдей температурада тұрса да, олардың түйісу
аймағында ... ... ... Бұл ... ток ... кезде, токтың
бағытына байланысты жылудың бөлінуі ... ... ... ... ... не
қызады, не салқындайды. Бұл құбылыс Пельтье эффектісі деп аталынады.
Пельтье эффектісін 8 – ... ... ... ... ... Мұнда 1 және 2 – бір-бірімен жалғасқан ... ... ... ... шыны ... ішіне ауа
кірмейтіндей тығыз орналастырылған, ол баллон ... Т ... және ... ... су ... ендірілген. Шыны баллон
атмосферамен К краны арқылы жалғастырылып немесе онан ... ... ... бұл газ ... ... ... ... жері қызған кезде баллонның ішіндегі қысым артып, су ... ... ... ... орын ... кезде тамшы кері бағытқа
қарай қозғалады. Тәжірибе үшін сурьмадан (Sb) және ... ... ... ... ... Токтың бағыты Sb-дан Ві-ге қарай
болғанда дәнекерленген орын қызады.
Дәнекерленген орындағы Qn шығатын не ... ... ... ... ... ... толық зарядтың q шамасына пропорционал
Qn = Пq = ... ... ... өткізгіштердің тегіне және ... оны ... ... деп ... ... ... былай түсіндіріледі. Әрбір электрон өзінің
қозғалысында заряд қана тасымалдамай, өзіне тән энергия да ... ... тогы ... ... ... белгілі-бір энергия ағыны
пайда болады. Бұл мына ... да, ... ... ... ... және жылу ... ... энергия ағыны жоқ
кезде де, пайда болады. Энергия ... ... ... ... ... яғни ток тығыздығының бағытына қарама-қарсы.
Өзгермейтін ток тығыздығында әртүрлі өткізгіштерде энергия ағыны
әртүрлі. ... 1 ... ... ... келетін энергия
ағыны, 2 өткізгіштегі түйісу жазықтығынан кететін энергия ... ... Осы ... ... Пельтье жылуы болады.
2.4. Томсон эффектісі
Термоэлектрлік құбылыстарды зерттей отырып, Томсон ... ... егер ... ... ... да және ол ... бұл ... ток жүрген кезде жылу шығару немесе жұтылу
болады, ол Джоуль-Ленц жылуына ... ... одан ... Бұл ... эффектісі деп аталынады, дәлірек айтсақ түйісу құбылысына жатпайды.
Алайда оның пайда болуы ... ... ... ... ... эффектісін бақылау үшін 9-сур. қызмет ... ... ... 1 және 2 ... ток ... ... ұштары әртүрлі температураларда ұсталынып тұрады (мысалы, 100
және 00 С). Өзектерде температура градиенті ΔТ / Δх ... ... және ... ... Бір өзекте токтың бағыты және температура градиенті
бірдей, ал басқасында – қарама-қарсы. Тәжірибеде, ток ... ... ... ... ... ... ... үшін термопара түйісу
ұшы орналастырылады. Ток жүрген кезде а және б ... ... ... ... бір ... ... жылуына
қосымша жылу бөлінетіндігін, ал басқа өзекте жылу жұтылатынын ... ... ... ... ... ... үшін әртүрлі. Мысалы,
висмут және цинкте, егер жылу ағыны мен ток бағыты сәйкес келгенде, ... ... ... дәл ... ... ... ... сурьмада
жылу жұтылу бақыланады.
Томсон эффектісі өткізгішті ... ... оның ... ... ... біртекті өткізгіш біртекті қыздырылмаған
кезде біртекті болмай қалады және сондықтан Томсон эффектісі мәні ... ... ... ... саналады, тек мұнда өткізгіштердің біртекті
еместігі өткізгіштердің химиялық ... ... ... ... ... ... құбылыстарды пайдалану
Термоэлектрлік құбылыс температураны өлшеу үшін кең ... Бұл үшін ... ... қызмет етеді.
Техникалық термопараның ... 10 – ... ... Ол
әртүрлі
металдан жасалынған екі өткізгіштен 1 және 2 тұрады, олардың ұштары ... ... (1 ... Екі өткізгіште, түйіскен жеріне химиялық
әсерден сақтау үшін, фарфор түтікшеге Т орналастырылған. Екінші ... (ІІ) ... ... ... ... а және б ұштарын
милли вольтметрге жалғастырады. Температуралардың ... өте ... өте ... температураларды да өлшей алады.
ЭҚК-ті арттыру үшін термоэлементтер тізбектей жалғастырылып, батареяға
біріктіреді ... Бұл ... ... жұп ... ал ... тақ ... басқа температурада ұсталынып
тұрады. Мұндай батареяның ЭҚК-і, олардың ... ... ... ... ... әртүрлі өте жұқа металдардан ... ... ... ... ... үшін ... ... термоэлектрлік қабылдағыштарды сезімтал гальванометрмен жалғастырған
кезде сезгіштігі өте ... ... ... ... метр қашықтықта
тұратын, адам қолынан бөлінетін көрінбейтін жылулық сәуле ... ... аз ... электр тогының генераторы ретінде
пайдалануға болады. Бұл генераторлар өте қарапайым және ... ... ... НЕГІЗГІ ҚАСИЕТТЕРІ БОЙЫНША ӨТКІЗГІШТЕРДІҢ,
ДИЭЛЕКТРИКТЕРДІҢ ЖӘНЕ ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШТЕРДІҢ
БІР-БІРІНЕН АЙЫРМАШЫЛЫҚТАРЫ
3.1. Жартылай өткізгіштердің металдардан және
диэлектриктерден айырмашылығы
Электр тогын өткізу ... ... ... ... ... және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді.
Бұлардың электрлік қасиеттерін ... ... өте көп ... ... ... болады. Қатты өткізгіштердің көпшілігін
металдар құрайды. ... ... ... ... ... ... ... түсіндіріледі.
Металдарда барлық кезде өте көп еркін электрондар болады, олар ... ... ... ... ... ... ... Заттардың
электр өткізгіштігі еркін зарядты тасымалдаушылардың концентрациясына ... яғни ... ... ... ... ... электр
өткізгіштік n-нің мәнімен ғана ... ... ... ... ... өрісінің әсерінен кристалдық тордың ішінде
қозғалғанда, сол заттың торы тарапынан ... ... де ... заттағы осы тасымалдаушылардың қозғалғыштығымен де анықталады.
Өткізгіште қоспаның ... ... ... ... зарядты
тасымалдаушылардың концентрациясын елеулі шамада өзгерте алмайды, бірақ
олардың ... ... әсер ... ... ... ... ... болуының арқасындағы бүлінуі, әдетте электрондардың
қозғалғыштығын едәуір азайтып ... ... ... таза ... ... ... бар мыстың өткізгіштігіне салыстырғанда
едәуір ... ... ... ... ... ... болмайды.
Олардың барлық электрондары белгілі бір атомдармен байланысқан болады, және
электронды атомнан бөліп алу үшін ... ... ... керек болады.
Жылулық қозғалыстың әсерінен кейбір ... ... ... ... ... ондай электрондардың саны диэлектриктерде өте аз болады.
Диэлектриктердің электр өткізгіштігі негізінен онда бөгде қоспалардың
барлығымен анықталады. Диэлектрикте, электронын ... ... ... ... онда ... ... тасымалдаушылар пайда болады, яғни ... n ... ... ... қоспа ендіру әдетте
оның электр өткізгіштігінің едәуір артуына алып ... ... ... мен ... ... жағдайын
алып жатады. Таза жартылай өткізгіштерде диэлектриктерден принципиалдық
айырмашылығы жоқ. Себебі бұл екеуінде де еркін ... ... ... ... ету үшін ... ... жұлып алу үшін) кейбір
энергия жұмсау керек. Бірақ егер бұл энергия диэлектриктер үшін өте ... ал ... ... үшін ол аз ... өткізгіштердің электр өткізгіштігі олардың тазалығына өте
күшті тәуелді. Диэлектриктердегі сияқты, жартылай өткізгіштерде ... ... ... ... ... аздаған атомының болуы, оның
электр өткізгіштігін едәуір арттырады.
3.2. Жартылай өткізгіштердің ... ... ... меншікті кедергісі ρ бойынша ... ... ( ρ = 10-7 – 10-8 Ом.м) және ... (ρ > 1∙ 108 ... ... ... кедергі бағанасында, кейбір металдардың, жартылай
өткізгіштердің және диэлектриктердің ... орны 12– ... ... ... ... бойынша заттарды топтау едәуір шартты ... ... ... ... әсерінен (температура, сәулелену,
қоспалар) көптеген заттардың ... ... ... ал оның ... ... ол ... ... Сондықтан, жартылай өткізгіштерді
металдардан ажырату үшін жалпы белгілер ... ... ... ... температураға байланысты меншікті ... ... ... ... ... температура өскен сайын меншікті кедергі
азаяды (13-сур.), ал металдарда температура артқан сайын ... ... ... - ... - сур.
Енді температураның зттардың электр өткізгіштігіне әсерінің табиғатын
қарастырайық.
Температура артқанда металдарда еркін зарядты ... ... ал ... ... ... өйткені
тордың түйіндерінде тұрған иондардың жылулық тербелісінің ... ... ... ... ... әсерінен қозғалатын электрондар
ағынының шашырауы артады. Сондықтан, температура ... ... ... ал ... – артады, және температура 00 К-
ге жақындағанда, яғни тордың ... ... ... ... ... ... осы ... кейбір металдардың электр өткізгіштігі
секірмелі түрде кенет артады (төтенше өткізгіштік құбылысы).
Температура ртқанда диэлектриктердің электр өткізгіштігі нашар ... ... ... ... ... пайда болу үшін қажетті
энергия өте жоғары, сондықтан диэлектрикті қыздырған кезде, онда ... ... ... ... ... ... оның термиялық
бүлінуі басталады.
Жартылай өткізгіштің температурасы артқанда оның атомдарының ... жеке ... ... ... ... энергия қабылдап,
онан бөлініп шығып, еркін электрондарға ... ... ... ... ... ондағы еркін электрондардың саны артады
және электр өткізгіштігі ... ... ... ... ... еркін зарядты
тасымалдаушылар саны күрт төмендеп, төменгі ... ... іс ... ... тең ... Жартылай өткізгіштерде, төменгі
температураларда өткізгіштіктің жоқ ...... ... ... тағы да бір сипатты айырмашылығы болып саналады және ол
өткізгіштерде еркін ... ... ... ... ... бар ... ... өткізгіштердің өткізгіштігі температураға күшті байланысты.
Бұл ... ... ... әртүрлі термо сезімтал құралдардың
құрылысында пайдаланылады. Жартылай ... ... ... тек қана ... ... ... болмайды екен. Олар жартылай
өткізгішке түскен сәуленің де әсерінен пайда болады. ... ... ... және де ... ... ... ... ӨТКІЗГІШТЕРДІҢ ТҮРЛЕРІ
Жартылай өткізгіштерде Менделеев кестесінің орта тұсындағы он ... ... ... ... бор (В), ... (С), кремний (Si),
германий (Ge), қалайы (Sn), ... (Р), ... (As), ... (Sb), ... ... (Se), телмур (Те), йод (І). Мұнан басқа ... ... ... ... ... қосындысы, көптеген
металдардың оксидтері мен сульфидтері, бір қатар химиялық қоспалар, кейбір
органикалық ... ... мен ... ең көп ... ... ... және кремний Sі жатады.
Жартылай өткізгіштер өзіндік (яғни қоспасыз) және қоспалы ... ... ... ... өз ... ... және акцепторлық
болып бөлінеді.
4.1. Өзіндік жартылай өткізгіштердің электр ... ... ... ... ... ... немесе кремнийдің монокристалының мысалында қарастыру қолайлы,
оның құрылымының сұлбасы (бір ... 15 – ... ... ... кең ... жартылай өткізгіштер Ge және Sі
15 - сур.
сыртқы электрондық қабатта төрт электроны болады, яғни ... ... тең. ... ... ... торында (алмаз типті тор деп
аталынатын) германийдің Ge ... ...... ... ... орналасқан, көрші төрт атоммен қоршалған.
Атомның ең орнықты күйі, оның сыртқы электрондық ... ... ... ... ... ... Сондықтан Ge және Sі ... ... ... ... дейін толтырып, көрші атомдармен
жалпы электрондық жұп құрайды (коваленттік байланыс).
Әрбір екі көрші атомдар екі ... ... ... ... Сонымен, әрбір атом сыртқы қабатында сегіз электроннан ... ... ... ... ... да ... ... Алмаз типті торды шартты
түрде жазық етіп бейнелеуге болады, өйткені мұнда да ... атом ... ... қоршалған. Төменгі температурада жартылай өткізгіштің кристалында
барлық электрондар атомдармен байланысқан және ... ... жоқ, ... ... болып саналады. Жартылай өткізгіштің ... ... ... электрондар атомнан бөлініп, жылжымалы күйге түсіп,
оған кернеу түсіргенде, кристалда ток ... ... ... ... ... кристалында жылжымалы
электрондардың біраз сандары болады және температураның артуына байланысты
олардың саны тез көбейеді. Германий Ge ... ... ... ... ... ... алу үшін энергия аз жұмсалады.
Сондықтан таза германийдің Ge ... ... Si ... аз (ρGe ≈ 0,5 Ом.м, ал ρSi ≈ 2 ∙ 103 ... ... бөліп шығарған кезде атомның қабатшасында бос орын
пайда болады, ол ... ... деп ... ... ... бар көрші
атомдар, электрондармен үнемі алмасып тұратындықтан, бұл кемтік басқа
электронмен толтырылуы ... және бұл ... енді ... ... бір ... ... ... үзіліп шыққанға дейін атом ... ... онда ... ... ... оң ... ... Сондықтан,
электронның бос орны – кемтіктің зарядын оң деп санайды. Бұл бос орын –
кемтік – ... ... ... және ... орын ... болады, бұл
заряды сандық жағынан электрон зарядына тең оң зарядтық осылай ... ... ... бос ... және ... ... бойынша, қандай да
бір еркін ... атом ... ... кездескенше, ретсіз орын
ауысып отырады (бос орынға тап ... Бұл ... ... ... тасымалдаушылар жоқ болады: бос электрон және кемтік, ... ... ... ... жұптың пайда болуының «электрон-
кемтік» (генерация) және олардың жойылуының (рекомбинация) ... ... ... ... ... жоғары болған сайын,
солғұрлым «электрон – ... ... ... ... ... ... олардың бір мезгілде болуының саны артады.
Егер осындай кристалды электр тізбегіне қосса, онда оның ... ... ... оң ... ... ... қозғала бастайтын
болады. Өрістің әсерінен байланысқан электрондар да көбінесе ... ... ... ... атомдардан бос орындарға көше ... ал ... ... осы ... бойымен қарсы жаққа қарай орын ауыстыра
бастайды.
Сонымен, өрістің әсерінен кемтіктер де оң зарядты алып жүре отырып
реттелген ... ... Шын ... бір ... тек бос ... ... (валенттілік) электрондар орын ауыстыратындықтан, бос
электрондарды бір ... ... ал оң ... ... ... ... ... қозғалады деп санауға болады.
Бос электрон кемтікпен кездескенде олар ... ... ... ... Бос ... мен ... рекомбинацияға
дейінгі орташа еркін жол жүру ұзындығы өте аз (0,1 ... ... ... ... генерация жаңадан «электрон – кемтік» жұбының пайда
болуына алып келеді, олар қайтадан ... ... ... ... ... ... ... еркін зарядты тасымалдаушылардың
үздіксіз реттелген қозғалысы жүреді, яғни ток ағады. ... ... ... ... ... деп ... ... бойынша өзіндік жартылай өткізгіштің өткізгіштігі
валенттік зонаның жоғары ... ... ... ... ... ... Бұл ... өткізгіштік зонада ток тасымалдаушылардың
бірнеше саны – зонаның ... ... ... ... электрондар
пайда болады; валенттік зонаның жоғары деңгейлерінде бір мезгілде осынша
саны бар бос ... ... ... ... ... ... пайда
болады. Керісінше рекомбинация процесіне электронның өткізгіштік зонадан
валенттік зонаның бір бос деңгейіне ауысуы сәйкес келеді.
Жеткілікті ... ... ... ... ... барлық жартылай өткізгіштердің түрлерінде байқалады. Алайда,
қоспасы бар жартылай өткізгіштерде, электр өткізгіштік өзіндік және ... ... ... 2. ... ... ... ... балқытылған таза германийге немесе кремнийге Менделеев
кестесіндегі үшінші топтың элементтерінің атомдарының (Іn, Al, Ga, B ... ... ... ... мысалы Іn, онда қатайғаннан кейін Іn
атомдары кристалдық ... ... ... орын ... ... ... In ... кристалда төрт көрші Ge атомдарымен ортақ
электрондық жұп құрайды. Алайда индий Іn ... ... ... үш қана ... ... ... электроннан тұратын орнықты
қабат құру үшін, оған бір ортақ электрон жетіспейді. Іn ... ... ... германийдің Ge атомынан қамтып алуы ... ... ... ... да, ал ... да бір орында жылжымалы кемтік пайда
болады.
Кристалл электронейтраль болып қала ... ... ... ... In атомдары тормен байланысқан (локалданылған), ал ... ... ... ... ... мүмкін (16-сур.).
Мұндай
16 - сур.
кристалдың өткізгіштігі негізінен кемтік ... ... ... ... ... саны, аздаған қоспаны ендіргеннің өзінде (10-4 – ... ... ... ... ... жұбының санынан
едәуір көп болады.
Егер жартылай өткізгіште ... ... ... ... ... ІІ ... элементтердің қоспасы болса, онда мұндай
қоспаны р-типті қоспа деп ... ... - оң ... сөз) немесе
акцепторлық (аламан) қоспа, ал кристалл ... ... ... деп
аталынады.
р- типті жартылай өткізгіштерде негізгі электр өткізгіштіктің рөлін –
жылжымалы зарядтардың негізгі тасымалдаушылары – ... ... ... Менделеев кестесінің V тобының атомдарын ендірсе
(As, Sв, Р және басқалар), мысалы ... Аs, ... ... ... (қоспа атомының сыртқы қабатшасындағы бес электрондардың төртеуі)
көрші төрт германий Ge ... ... ... жұптар құрады, және
де әрбір ... ... ... ... As атомында да, ортақ электрондардың
арқасында сыртқы электрондық ... ... ... санға жетеді (сегіз
электрон). Мышьяк As атомының бесінші сыртқы электроны ... ... Ол, ... ... ... ... нашарырақ байланысқан,
және де оны аздаған энергия шығындап, ... ... бос ... ... Бұл кезде мышьяк As атомы оң ... ... ... ... ... V ... атомдарын ендірген
кезде тордың түйіндерінде оң зарядталған «қозғалмайтын» қоспаның ... ... ... ... болады (17-сур.). Мұндай ... ... ... электрондық болады. ... ... ... ... деп ... («негатив» - теріс деген
сөз), ал қоспаны ... ... ... ... ... деп ... ... жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігіне негізінен
электрондар роль ... ... онда ... ... жылулық
17 - сур.
генерациясы жүріп жатқанымен (таза жартылай өткізгіштегі сияқты), ... ... ... ... бос ... саны ... негізгі тасымалдаушылары) едәуір көп болады. Оның үстіне n-
типті жартылай өткізгіште ... таза ... ... ... ... ... таза ... өткізгішке салыстырғанда, кемтіктердің
электрондармен кездесу ықтималдығы жоғары (электрондар саны өте көп) және
рекомбинация ... ... ... ... ... ... ... үшін,
жартылай өткізгіштің өзінің атомдарын иондау үшін қажет энергиядан да аз,
энергия шығыны жұмсау ... ... ... ... ... ... ... өткізгіштігінің өзгерісін бақылау көңіл
аударарлық. Қоспасы жартылай өткізгіштің кристалының температурасы ... ... ... ... ... ... өйткені мұндай жағдайда оның
атомдарының электрондарының энергиясы минимал ... ... ... қоспаның атомдарына жататын
электрондардың энергиясы, олар атомдардан ... ... болу ... ал ... қоспа атомдары электрондарды қамтып алмайды,
себебі мұндай қамтып алу электрондар энергиясының ... қоса ... ... ... болу үшін ... да ... энергия керек
болғандықтан, мұндай жұптардың генерациясы тіптен жүрмейді, яғни жартылай
өткізгіштердің өзіндік өткізгіштігі нольге тең.
Температураны ... ... ... ... ... атомдарынан
бөлінуге мүмкін болатын немесе р-типті ... ... ... ... ... ... ... яғни температура артқан ... ... ... ... біткенше, тез өсетін электр өткізгіштік пайда
болады. ... ... ... зарядты тасымалдаушылар концентрациясы
қоспаның атомдарының концентрациясына тең болғанша, бұл практика жүзінде
00 С-де ... ... ... ... ... ... ... болғанымен, олар өткізгіштікке мәнді әсер ете алмайды.
Сондықтан, қоспасы ... ... ... кезде,
металдардағы сияқты, жылжымалы зарядты тасымалдаушылар концентрациясы
орташа температура интервалында, өзгермей ... деп ... ... Бұл
кезде қоспасы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі, ... ... ... өйткені өрістің әсерінен еркін зарядты
тасымалдаушылардың реттелген ... ... ... ... ... ... есебінен, қозғалғыштығы азаяды.
Алайда жеткілікті жоғары температурада жартылай өткізгіштің ... ... ... өте көп ... ... сондай артып, енді оны ... ... ... зарядты
тасымалдаушылар концентрациясы тұрақты қалады деп санауға болмайды. Демек,
қоспасы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі ... ... Көп ... ... ... ... ... қыздыру кезінде
100 – 2000 С-де басталады.
Жартылай өткізгіштің кристалына бір мезгілде акцепторлық ... ... ... егер ... ... ... болса, онда кристалл
р-типті, ал донорлық қоспа артық болса n-типті болып ... ... да ... ... р-типті және n-типті қоспалар бірін-бір
теңгеретіндей шамада ендірілген. Сонда, ... ... ... ... ... ... бос ... р-типті қоспаның атомдары қамтып
алып, «қозғалмайтын» n-типті атомның оң заряды, және ... ... ... ... ал кристалдағы еркін зарядты тасымалдаушылар,
қоспасыз жартылай өткізгіштегімен бірдей ... Бұл ... ... ... Мұндай жартылай өткізгіштің өткізгіштігі, қоспасыздығыдай аз
болады.
n-типті жартылай өткізгіштердің өткізгіштігінің электрондық сипаты
және ... ... ... ... ... сипаты
эксперимент жүзінде Холл эффектісін зерттегенде дәлелденеді. Холл ... ток ... ... ... металл өткізгішті, пластинаға перпендикуляр
магнит өрісін орналастырған кезде, оның ені ... екі ... ... пайда болу құбылысын айтады. n-типті жартылай
өткізгіштегі бақыланатын холл потенциалдар ... ... ... ... ал ... ... өткізгіштерде – оң
тасымалдаушыларға сәйкес ... ... ... ... ... ... салынған зонасында
орналасқан, қоспалық деңгейлердің энергетикалық сұлбасының пайда ... ... Бұл ... ... ... ... ... донорлық (18-сур.,а), ал р-типті жартылай өткізгіш жағдайында
акцепторлық деп аталады (18-сур.,б).
18 - сур.
n – ... ... ... ... деңгейі тыйым салынған зонаның
жоғарғы жартысына орналасса, ал p – типті жартылай өткізгіште – тыйым
салынған зонаның төменгі жартысында орналасады. Температура ... ... ... екі ... ... деңгейі тыйым салынған зонаның
ортасына ығысады.
Егер донорлық деңгейлер валенттік зонаның төбесінен алыс орналаспаса,
олар кристалдың ... ... ... әсер ете ... ... өткізгіштік зонаның түбінен қашықтығы, тыйым салынған зонаның
енінен едәуір аз болған жағдайда басқаша болады. Бұл ... ... ... ... ... ... ... деңгейден
өткізгіштік зонаға ауыстыру үшін жеткілікті болады (18-сур.а). Бұл ... ... ... валенттік электронды бөліп алу сәйкес келеді. Қоспа
атомының бос электронды қамтып алуына 18 – ... аз ... ... бір донорлық деңгейге көшуі сәйкес келеді.
Акцепторлық деңгейлер кристалдың электрлік қасиетіне, егер ... ... ... ... орналасса мәнді әсер етеді (18-сур.,б).
Кемтіктің пайда болуына электронның валенттілік ... ... ... ... келеді. Кері процесс қоспа атомының төрт коваленттік
оның көршілерімен байланысының үзілуіне және бұл кезде ... ... мен ... рекомбинациясына сәйкес келеді.
Температура жоғарылаған кезде токтың қоспалы тасымалдаушыларының
концентрациясы тез өзінің ... ... Бұл, іс ... ... ... ... шығатынын немесе барлық ... ... ... ... Мұнымен бірге температура өскен сайын,
тікелей валенттік зонадан өткізгіштік зонаға ... ... ... өткізгіштің өзіндік өткізгіштігі басым бола бастайды.
Сонымен, жоғары температурада ... ... ... ... өзіндік өткізгіштіктен тұрады. ... ... - ... ... ... р - n ... ... бөліктен тұратын жартылай өткізгіштің кристалын алайық: оның
біреуі ... ... және ... ... қоспалы болсын. Бұл
екеуінің шекарасы р-n ауысуы деп ... ... ... бұл екі ... енді ғана ... ... бұл бір ... екі бөлігі, оның біреуінде р-типті қоспа
басым болады). Сонда бірден электрондары көп n-типті ... ... ... саны аз ... жартылай өткізгішке ауысады, ал
кемтіктер кері бағытқа қарай орын ... Бұл ... ... ... екі ... ... газдармен өзара диффузиясына
ұқсас, бірақ бұл процестерден айырмашылығы, электрондар мен ... өте ... ... мен ... зарядтарды тасымалдамайтын болса, олардың
диффузиясы кемтіктер мен ... ... ... ... ... еді. ... n - ... р - аймаққа көшкен электрондар
теріс заряд алып ... ... n - ... оң ... ал р – ... ... Қарама-қарсы бағыттағы кемтіктердің диффузиясы да р ... ... ... ал n – аймақты оң зарядтайды, яғни р - және n
– аймақтары арасында ... ... ... пайда болады.
Пайда болған электр өрісі кері ауысуға алып келеді: кемтіктерді n –
аймақтан ... және ... ... n- ... ...... ... р-аймақта тұрған еркін электрон хаосты қозғалыс ... ... А ... ... ... онда өріс күштері n-аймаққа тартып
алып кетеді. n – ... ... ... де ... күйге ұшырайды. Ал р-
аймақта тұрған кемтіктер АБ ауысу қабатына енетін ... егер ... ... жеткіліксіз жағдайда өрістің әсерінен кері р-аймаққа
тебіледі, сөйтіп ... ... ... АБ ... ... тек
жеткілікті кинетикалық энергиясы бар кемтіктер ғана өте асады ... ... ... ... да ... АБ ... қабатында, р-аймақтан n-аймаққа келетін
кемтіктердің ... ... АБ ... ... ... ... ... теңгеріледі (19-сур.,в). Бір мезгілде
электрондардың да қарсы ағындары теңгеріледі.
19 – суретте көрсетілген ... ... ... а) р ... n – ... ... ... тасымалдаушылар саны тіптен
азайған, АБ қабаты пайда болды, онда барлық электр өріс ... ... ... ... ... топталып тұр, ал БО аймағында n-
типті қоспаның ... ... тұр; б) ... арқылы негізгі
тасымалдаушылардың диффузиялық ағынының пайда болуының ... ... 1
- ... ... ... жеңе ... ... мен кемтіктер, ал 2 ... ... ... ... ... энергиясы бар электрондар мен
кемтіктер; в) АБ аймағындағы өрістің әсерінен ауысу ... ... ... ағынының пайда болуының көрсетілуі.
Қалыңдығы өте аз (бірнеше микроннан артық емес) АБ ауысу аймағында,
жылжымалы зарядты тасымалдаушылар ... тұра ... ... онда ... ... ... ... иондары, ал БО ... ... ... ... ... ... электр өрісі А және Б
беттерінің арасында жинақталады да зарядтарға конденсатордың өрісі ... ... ... ... ... өрісті жасайтын зарядтар бет
бойынша орналаспайды, олар А және Б аралығындағы барлық ... ... ... ... ... өрісі болмағандықтан, сол және оң
жағындағы зарядтар хаосты ... оның ... ... өтіп
кете алады, бұл туралы жоғарыда айтылды. Кемтіктердің кету және n-аймақтан
электрондардың келу ... ... ... р – аймағындағы артық
зарядтар АО ... ... ал р – ... ... қалған бөлігі
электрлік нейтраль күйінде қалады. n – аймағына да осы қатысты. Жылжымалы
зарядтар қалмаған АБ ... өте ... ... кедергісі болады, бұл
кезде кристалдың қалған бөліктеріндегі кедергі аз болады. Бұл, р-n ... ... ... ... ... АБ қабатымен жасалынады.
р- n ауысуының пайда болуын энергетикалық ... ... ... р-n ... ... зарядты тасымалдаушылардың тепе-теңдікте
болуы, олардың күйлері бірдей деңгейде болғанда іске ... ал ... ... ... алып ... ... аймағындағы энергетикалық зоналардың иілуінің себебі, ... ... ... ... ...... ... Валенттік зонаның төменгі шекарасы электронның потенциалдық
энергиясына Ерэ, ... ... ... жол ... ... заряды электронның зарядына қарама-қарсы, сондықтан олардың
потенциалдық энергиясы Ерк, Ерэ-нің аз ... көп ... және ...... ... ... тасымалдаушылардың кейбір мөлшері
потенциалдық бөгеттен өтіп кете алады, ... ... ... ... ток ... жүреді (21-сур.,а). Бұл ток ... ... ... Ін.емес тогымен компенсацияланады.
Ін.емес ... ... ... ... болып жатқан негізгі ... ... ... және ... ... ... ... болмайды. Керісінше, Інег шамасы бөгеттің биіктігіне күшті
тәуелді. Тепе-теңдік потенциалдық бөгеттің, екі Інег және ... ... ... ... ... ... р – ... ал минусы - n – аймаққа жалғасқан
бағытта, сыртқы кернеу берейік (мұндай ... тура деп ... Бұл р ... ... ... (яғни Ерк артады, Ерэ кемиді) және
n-
Аймақтағы потенциалдың төмендеуіне (яғни Ерк ... Ерэ ... ... ... Мұның нәтижесінде потенциалдық бөгеттің биіктігі
кішірейеді де Інег ток өседі. Ал ток ... іс ... ... ... ... ол бөгеттің биіктігіне тіптен ... ... ... ток нольге тең ... ... ... ... түсірілген кернеуге пропорционал (ол еU-ға тең). ... ... ... негізгі тасымалдаушылар тогы, демек, қорытқы
ток, тез өседі. Сонымен, р – аймақтан n – ... ... ... ток
өткізеді, оның күші түсірілген кернеу артқанда тез ... Бұл ... ... ...... р-n ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы берілген. Тура
кернеуде ... ... ... ... ... ... – сур.
аймақтар арасындағы шекараға «сығады», осы себептен тасымалдаушылары жоқ
ауысу қабатының ені қысқарады. ... ... ... де ... бұл кернеу
неғұрлым үлкен болған сайын, ... көп ... ... ... ... сипаттама түзу болып келмейді (22 – суретте оң
тармақ).
Енді кристалға n – аймаққа плюс, ал р – ... ... ... кернеу түсірейік (бұл кернеу кері деп аталынады). Бұл потенциалдық
бөгеттің ... және ... ... ток ... ... алып ... (21-сур.,в). Бұл кезде пайда болған қорытқы ток (кері
ток деп аталынатын) қанығу мәніне тез ... ... ... U ... және ... токқа тең болады. Сонымен n – аймақтан р – ... ... ... ток) р-n ... ... емес ... ... әлсіз ток өткізеді. Тек өте ... кері ... ... ... ... ток күші бірден арта бастайды (22 ... сол ... ... р-n ... оның ... ... ... өзінің кері кернеуінің шекті мәнімен сипатталады.
22 – суреттен көрініп тұр, р-n ... тура ... ... ... ... ... кедергіге ие болады. Бұл ... ... ... ... өріс кері ... ... ... аймақтар арасындағы
шекарадан негізгі тасымалдаушыларды кері «тартып» ... ... ... ауысу қабатының енін ұлғайтады. Осыған сәйкес
ауысудың кедергісі де артады.
5. ... ... ... ... ... ... р-n ауысуы бар кристалға сыртқы кернеу түсірсе не болатынын
қарастырайық. 23 – суретте а) ... жоқ ... АБ ... ... ... ... ... Бұл жағдайда, АБ ... ... ... n – ... ... ... ағыны, р – аймақтағы
кемтіктердің қарсы ағынына тең. Бұл айтылғандар қарсы ағатын электрондарға
да ... ... ... ток ... р – ... потенциалы n – аймағындағы потенциалға
қарағанда жоғары сыртқы кернеу берейік (23-сур.,б). АБ ... ... ... ... 1 ... ... бұл барлық кернеу, тікелей осы
қабатқа түседі, ал кристалдың басқа бөліктерінде ... ... ... ... Бұл ... АБ аймағында өріс, сыртқы өріс ішкі өріске қарсы
бағытталғандықтан, әлсірейді, ал аймақтың өзі жіңішкереді.
Бұл р-n ... ... ... мен ... ... ағындарының
арасындағы жылжымалы тепе-теңдікті бұзады. АБ аймағындағы ... ... оңға ... ... және ... солға қарай
электрондардың диффузиялық ағындары артады, сол ... ... ... ... ... ... ... кристалл
арқылы р – аймақтан n – аймақ ... ток ... Бұл ... ... және ... ... тура деп ... кету керек, тура ток кемтіктер тогы мен электрондар тогының
қосындысынан тұратындықтан, бұл ... ... ... ...... ... Ауысу арқылы өтетін, кемтіктер жасаған ток, электрондар
жасаған токтан ондаған және ... есе ... ... ... және ... Егер n – аймақта n-типті қоспаның концентрациясы үлкен болмаса
(яғни жартылай өткізгіш айқын ... ал р – ... ... үлкен болса, онда токтың кемтіктік бөлігі, оның электрондық
бөлігінен әлде ... ... ... ... ... ... ... арттырта берсе, онда оның
шамасы түйісу потенциалдар айырымына жақындаған сайын ... ... түзу ... өсуі ... бастайды. Мысалы, германий кристалының р-
n ауысуындағы ... 0,5 В ... тура ... ... 104 ... болады.
Енді р-n ауысуға кері полярлы сыртқы кернеу түсірілген жағдайды
қарастырайық: n – ... оң ... ... ... Бұл ... ... АБ ... кеңейеді, ал АО аймақтағы теріс заряд және
БО ... оң ... ... яғни р-n ауысуында өріс күшейеді.
Демек, кемтіктер мен ... ... ... ... р-n ауысуының тежеуші әсерін жеңу үшін енді ... ... ... және ... ... бар ... мен ... аздап қана
кездеседі. Электрондар мен кемтіктердің қарсы ағындары бұл кезде ... және олар ... ... ... бола ... ...... р – аймаққа бағытталған қорытқы ток пайда болады.
Қарастырылып отырған жағдайдағы р-n ауысуға түсірілген ... ... ... ... ток кері деп ... ... n – ... кемтіктер
және р – аймақтағы электрондар өте аз, ... ... ... ... ... ... емес тасымалдаушылар. Сондықтан кері токтың
тығыздығы өте аз. ... ... ... ... ол сыртқы кернеу
жүздеген вольт болғанда бір квадрат метрге бірнеше миллиампер келеді.
Кернеу артқан сайын кері ток ... ... және ... ... ол ... оған тәуелді болмай қалады (қанығу тогы). Бұл ... ... ... кері кернеуде (германий үшін 0,1 – 0,2 В)
кемтіктер мен электрондардың диффузиялық ... ... ... ... негізгі емес тасымалдаушылардың қарсы ағындары ... ... ... кернеу әрі қарай артқанда кері ток өзгермей ... егер р-n ... тура ... ... ... ... ол арқылы өтетін токтың шамасы ампердің бөлігімен өлшенеді (орташа
қуатты түзеткіштер үшін). Егер кері ... ... ... ... кезде
де, онда р-n ауысуы ... ... ... ... ... ... ... бөліктерімен өлшенеді. Демек, р-n ауысуы бар кристалл
диодқа ұқсас; р-n ... ... ... қызмет атқарады: токты бір бағытта
өткізеді (ауысу ашық) және оны кері бағытта ... ... ... ... тізбектей жүктік кедергі жалғап және оларға айнымалы кернеу
беріп (24-сур.), біз іс ... ... ... бағыты бойынша тұрақты
ток аламыз.
24 – ...... диод пен ... ток ... берілген, айнымалы
токтың графигі бейнеленген. Айталық ток көзі ... ... ...... периодында (25-сур.,а) диод өткізетін бағытта жалғассын. Бұл кезде
диодтағы кернеу өте аз (25-сур.,б), және тура токты кедергісіз ... ... ... кернеу жүктемеге түседі (25-сур.,в). Бұл ... ... ... диод пен ... ... ... ... Өткізетін бағытта қосылған диодтың ... ... ... бірінші жартысының барлығында барлық түсірілген
кернеу жүктемеге келеді.
Периодтың келесі жартысында диод жабық, оның ... өте ... ... ... ... түсірілген болып шығады, ал тізбекте ... Бұл ... ... ... ... жартылай өткізгіштік
диодты тізбекке жүктемелі кедергісіз ... ... ... диодтардың ең бір мәнді кемшілігі – температура
артқан ... ... ... ... ... ... Бұл температура
көтерілгенде «электрон-кемтік» жұбтарының генерациясының ... Бұл ... ... емес ... ... ... ... алып келеді; n – ... және р – ... ... ... диодтың температурасы
көтерілгенде кері ток артады, яғни диодтың түзеткіштік сапасы ... іс ... ... ... ... диод үшін оның жұмысының
температуралық шегі болады, бұл шек жартылай ... ... ... ... ... энергияға тәуелді (яғни «электрон-кемтік»
жұбын жасауға қажетті энергия). Кремнийлік диод үшін оның ... ... 2000 ... ... кем, ал ... диод үшін ... да кем.
Кремний карбид негізінде жасалынған диодтар 500 – 6000 С ... де ... ... ... ... ... жұлып алу үшін өте үлкен
энергия ... ... ... ... ... ... ... 9000 С
шамасындай температурада жұмыс атқара алады. Алайда, алмазға қоспа ендіру
кезіндегі қиыншылықтар, яғни р-n ... алу ... ... ... ретінде пайдалануға кедергі жасайды.
Жартылай өткізгіштік диодтардың артықшылықтары мыналар: жоғары ... және ... ... ... 90%-ға ... ... токтың үлкен қуатында аз габаритті (ауысу ауданы 25 мм2 ... ... ... ... ... ... алады) және шамдық диодтарға
қарағанда, едәуір механикалық беріктігі ... және ... ету ... ... айта ... нәрсе, екі әр текті металдардың түйісуінен
болатын түйісу потенциалдар айырымы шоғырланған ... ... ... ... ие бола ... және ... ... түзету үшін
пайдалануға болмайды. Бұл, біріншіден, ауысу ... екі ... ... зарядты тасымалдаушылар тек электрондар болып саналады және,
екіншіден, ауысу қабатының қалыңдығы өте аз ... ... ... екі ... да ... ... ... өте алады.
5.2. Транзисторлар
Жоғарыда айтылған р-n ауысудың қасиетін, жартылай өткізгіштік триод
немесе транзистор деп аталынатын, ... ... ... үшін ... ... кристалдың екі р – аймағы жіңішке n – ... ... ... ... р-n-р деп шартты белгілейді. n- р-
n – типті транзистор да жасауға болады, яғни кристалдың екі n – ... р – ... ...... n- р – ... транзистор негізінде жасалынған жартылай өткізгіштік
күшейткіштердің ... ... ... түсіндірейік. Бұл транзистор үш
аймақтан тұрады, шеткілері ... ... ал ... ... ие. Транзистордың бұл үш аймағына өзбетінше
контактілер жасалынады, ... ... ... ... сол ... р-n
ауысуына а және б ... және оң ... n-р ... б ... ... ... ... болады.
Егер оң жақтағы ауысуға кері кернеу берсе ол жабық болады және ол
арқылы өте аз кері ток ... Енді сол ... р-n ... тура ... сонда ол арқылы едәуір тура ток жүре бастайды.
Транзистордың р – аймағының бірі, мысалы сол жақтағы, n – ... ... ... ... ... қоспаның мөлшері
әдетте жүздеген есе артық болады. Сондықтан, р-n ... ... тура ... оңға ... қозғалатын, тек кемтіктер ағынынан тұрады. ... n – ... ... ... қозғалыс жасай отырып, n-р
ауысу бағыты бойынша диффузияланады, бірақ жарым-жартылай n – ... ... ... ... Бірақ егер n – аймағы
жіңішке болса және онда еркін электрондар тіптен көп болмаса ... ... ... емес), онда көптеген кемтіктер екінші ауысуға жетеді және
оған еніп, оның өрісінің арқасында оң жақтағы р – ... ... ... оң ... р – ... ... кемтіктер ағымы, сол жақтан
n – аймаққа ... ... 99%-ын ... а және б ... ... ... жоқ болса, n-р
ауысуындағы ток өте аз ... а және б ... ... ... кейін бұл ток, сол жақтағы ауысудағы тура ток ... ... ... әдіспен, сол жақтағы р-n ауысуының көмегімен, оң жақтағы
(жабық) n-р ауысуындағы ток күшін басқаруға ... Сол ... ... ... оң ... ... ... тоқтатамыз; сол жақтағы ауысуды аша
отырып, оң жақтағы ... ... ток ... Сол ... ... тура
кернеуді өзгерте отырып, сол арқылы оң ... ... ток ... р-n-р ... транзисторды күшейткіш ретінде пайдалану осыған
негізделген.
Транзистордың жұмысында (27-сур.) оң ауысуға ... ... ... Б ... ... ауысуды жабатын, кері кернеу беріледі
(ондаған вольт). Бұл кезде ауысу арқылы өте аз кері ток ... ... Б ... ... n-р ауысуына түседі. Жүктемеде кернеу
нольге тең болады. Егер сол ... ... енді ... тура ... онда ол ... – сур.
аздаған тура ток жүре бастайды. Дәл осындай ток, жүктеменің R кедергісіне
кернеудің түсуін жасай отырып, оң ... ... ... да аға ... ... n-р ... ... кеми бастайды, өйткені батареяның кернеуінің
бір бөлігі енді жүктеме кедергісіне түседі.
Сол жақтағы ауысудағы тура кернеуді арттырған кезде оң ... ... ... ток көбейіп, жүктеменің R кедергісіндегі кернеу ... ... р-n ... ашық ... ... оң жақтағы n-р ауысуынан өтетін
ток, батареяның Б ... ... ... ... R ... ... ... ие болады.
Сонымен, сол жақтағы ауысуға, вольттің бөлігіне тең тура кернеу бере
отырып, жүктеме арқылы үлкен ток алуға болады, және де оған ... ... Б ... ... ... ... яғни ... вольт. Сол
жақтағы ауысуға берілген кернеуді ... ... бір ... ... ... ... ондаған вольтқа дейін өзгертеміз. Осындай
әдіспен кернеу ... ... ... ... ... ток ... күшейтуді алуға
болмайды, өйткені оң жақтағы ауысу арқылы ... ток, сол ... ... ... ... оның ... аздап аз болады. Бірақ кернеудің
күшеюіне байланысты мұнда қуаттың күшеюі ... Ең ... қуат ... ... көзінің Б есебінен болады.
Транзистордың жұмысын плотинаның әсерімен салыстыруға болады. Тұрақты
көздің (өзеннің ағысы) және плотинаның ... су ... ... ... вертикаль орын ауыстыруына өте аз энергия жұмсай
отырып, біз үлкен қуатты су ... ... ... яғни ... ... энергиясын басқарамыз.
n-p-n типті транзистордың ... p-n-p ... ... ... ... тек ауысудағы кернеу кері полярлығы болады (28-
сур.) және транзистордағы ток негізінен электрондардан тұрады.
28 – сур.
Өткізу бағытында қосылған ... ... – сол ... ... ... ... ... – оң жағы) – коллекторлық деп аталынады.
Ортаңғы аймақ база, сол жақтағы – эмиттер, ал оң ... ... ... Базаның қалыңдығы миллиметрдің тек бірнеше жүздеген немесе
мыңдаған бөлігін құрайды.
Транзистордың қызмет ету мерзімі және оның ... ... ... көп есе ... ... ... сөз, trasfer – ... resistor – кедергі деген ағылшын сөздерінен құралған.
Қазіргі техникада транзисторлар ерекше кең таралды. Олар көптеген
ғылыми, ... және ... ... ... ... шамдарды алмастырады. Осындай ... ... ... күнделікті өмірде
транзисторлар деп атайды. Мұндай транзисторлардың ... ... ... ең ... көп ... ... және ... үшін уақыттың қажет болатын жарқырап қызатын катодтың болмауы. Мұнан
басқа бұл құралдар өлшемдері және массасы ... ... ... ондаған және жүздеген есе кіші. Олар төменірек ... ... ... жартылай өткізгіштік диодтардың кемшілігімен
бірдей. Олар температураның көтерілуіне, электрлік асқын ... және ... ... ... өте сезімтал.
Енді n-p-n – типті транзистордың жұмысын зоналар теориясы бойынша
түсіндірейік. 29 – ... ... ... жалғасқан осындай транзистор
көрсетілген. Эмиттер – база ... тура ... ......... ал база – ... ... кері бағытта тұрақты
ығыстырушы кернеу Uк ... ... ... ... Uкір аз
шамадағы кіріс ... Rкір ... Осы ... ... ... таңбасында, эмиттер – база ауысуының ... ... ал ... база – ... ... ... өте үлкен.
Бұл Rшығ шамасын өте ... етіп ... ... ...... ығыстырушы кернеулер және кіріс сигналы жоқ жағдайдағы,
электрондардың (тұтас сызық) және ... ... ... потенциалдық
энергияларының жолы көрсетілген. Тура кернеуді Uэ қосу, бірінші ауысудағы
потенциалдық ... ... ал кері ... қосу ... ... бөгеттегі потенциалдық бөгетті өсіреді (30-сур.,б). Эмиттер
тізбегіндегі токтың жүруі электрондардың база ... қоса ... ... еніп ... ... ... ... еріксіз диффузияланады. Егер базаның қалыңдығы үлкен болмаса, барлық
30 – сур.
дерліктей электрондар, рекомбинация жасауға ... ... база – ... тұрған потенциалдық төбешіктен «дөңгелеп» түседі де, коллектор
тізбегіне келеді.
Эмиттер тізбегіндегі кіріс кернеуге тәуелді Іэ ... ... ... электрондар санының өзгеруіне алып ... ... ... Ік ... дәл ... өзгеріске ұшыратады.
Айталық,
Ік ≈ Іэ болсын. Бұл токтарды ... ... және ... ... мына ... ... Uкір / Rкір ≈ Uшығ / Rшығ. Мұнан
.
Rшығ >> Rкір болғандықтан, Uшығ ... ... ... Uкір едәуір
артық болады. Сонымен, транзистор кернеу мен қуатты арттырады. ... ... ... ... ... ... ток көзінің
есебінен болады.
ҚОРЫТЫНДЫ
Өткізгіштер мен диэлектриктерден ... ... ... жататын бір топ заттар бар. Бұл ... ... ... ... ... ... ... ең басты
айырмашылығы, олардың ... ... ... ... арқылы. Өлшеулердің көрсетуі ... ... ... ... ... және ... және қоспалардың (РвS, CdS және
басқалар) меншікті кедергісі температура артқан сайын, металдардағы ... ... ... ... ... ... ... механизмін, оның ішкі
құрылысы ... ... ... ... кремний – төрт валенттік
элемент. Бұл атомның сыртқы қабатшасында, ядромен әлсіз байланысқан, ... бар ... ... ... ... ... ... саны да төртке тең. Көрші атомдар ... ... ... ... ... ... іске асады, мұны ... деп ... ... ... ... жеткілікті түрде берік және
төменгі ... ... ... Сондықтан кремний төменгі
температурада ... ... ... ... қыздырған кезде
бөлшектердің кинетикалық энергиясы артады да, жеке байланыстардың ... ... ... ... байланыста тұрған кезіндегі
орбитасынан ауытқып ... ... ... ... ... олар ... ... қозғалып, электр тогын тудырады.
Жартылай өткізгіштердің, онда еркін электрондарының болуы салдарынан
өткізгіштігін, электрондық өткізгіштік деп ... ... ... электрон жетіспейтін бос орын пайда болады. Оны кемтік деп атайды.
Кемтікте, басқа қалыпты байланыстарға салыстырғанда ... оң ... ... ... орны ... болып қалмайды. Атомдардың байланысын
қамтамасыз ететін бір электрон, ... ... ... ... ... ал ол ... ... орнында жаңа кемтік пайда болады.
Сонымен, кемтіктер бүкіл кристалл ... орын ... ... ... ... ... кемтіктердің реттелген орын ауыстыруы болады, сонымен
еркін электрондардың электр тогына, кемтіктердің орын ... ... тогы ... ... ... ... ... бағытына қарама қарсы. ... ... ... тасымалдаушылардың екі типі болады: электрондар ... ... ... өткізгіштер электрондық өткізгіштікпен ... ... ие ... Бұл ... механизмі таза
жартылай өткізгіштер үшін. Мұндай ... ... ... ... өткізгіштігі деп атайды.
Жартылай өткізгіштердің маңызды ерекшелігі, онда қоспалар болғанда,
өзіндік өткізгіштікпен бірге қосымша – қоспалық өткізгіштік ... ... ... өзгерте отырып, оң және теріс таңбалы зарядты
тасымалдаушылардың санын едәуір өзгертуге болады. Мысалы, төрт ... бес ... ... атомдарын ендірсе, онда бір электронның
атоммен байланысы нашарлайды. Ол атомнан оңай ... ... ... айналады.
Электрондарын жеңіл беретін, яғни еркін электрондардың санын
көбейтетін қоспаларды донорлық қоспалар деп ... ... ... ... ... ... көп ... ие болатындықтан, оларды n-
типті жартылай өткізгіштер деп атайды. n- ... ... ... ... ... ... ал кемтіктер – негізгі емес
зарядты тасымалдаушыларға жатады.
Егер енді төрт валенттік элементке үш валенттік элемент ... онда ... ... ... электронды жұптық байланыс түзу үшін
бір электрон жетіспей қалады. Осының нәтижесінде кемтік пайда ... ... саны ... ... ... тең. ... текті
қоспаны акцепторлық деп атайды.
Электр өрісі болған кезде кемтіктер өріс бойымен орын ... ... ... ... Электрондық өткізгіштіктен кемтіктік
өткізгіштігі артық жартылай ... р- ... ... ... ... р- ... жартылай өткізгіштерде ... ... ... ал негізгі емес тасымалдаушыларға электрондар
жатады.
р – және n- типті жартылай ... ... ... ... деп ... р-n ... ... қасиеті бар. Түйіскен кезде
электрондар жарым-жартылай n- ... ... ... р- ... ... өтеді, ал кемтіктер – кері бағытта өтеді. Мұның
нәтижесінде n- ... ... ... оң, ал р- ... ... ... мен кемтіктердің мұнан әрі орын ауыстыруларын жалғастыра
беруіне ауысу аймағында ... ... ... ... ... жасағанда
диффузия тоқталады.
Егер р-n ауысуға, р- типті жартылай өткізгіштің потенциалы оң, ал
n- типті жартылай ... ... ... ... етіп ... онда р-n ... ... ток негізгі тасымалдаушылар есебінен
жүреді : n- аймақтан р- аймаққа – электрондармен, ал р- ... ...... Осының салдарынан, барлық үлгіде өткізгіштік
жоғары, ал ... аз ... Бұл ... ... тура деп ... ... кері ... түсірсе, онда тізбектегі ток едәуір аз
болады. Бұл кезде электрондар р- ... n- ... ... ал ... n- аймақтан р- аймаққа қарай жүреді. Алайда р- ... ... ... ... аз, ал n- ... жартылай өткізгіште кемтіктер
саны аз. Бұл кезде ауысу арқылы жүретін ток, сандары аз, ... ... ... іске ... ... ... үлгінің өткізгіштігі
мәнсіз, ал кедергісі үлкен болады. Бұл ауысуды кері деп атайды.
р-n ауысудың қасиетін айнымалы ... ... үшін ... ... жасалған құралдарды жартылай өткізгіштік диод деп аталынады.
Екі р-n ауысудан ... ... ... деп ... ... ... ... күшейту үшін пайдаланады,
оларды аз габаритті қабылдағыштарда, ... ... ... ... ... тағы бір ... онда ... сәулесінің
әсерінен электр қозғаушы күштердің пайда болуы ... Оның бұл ... ... ... үшін пайдаланады.
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. – ... ... Роуз А. ... ... фотопроводимости. – М.: Мир, 1966.
3. Элементарный ... ... Т. 2. ... и ... ... Ландсберга. – М.: Наука, 1967.
4. Сахаров Д.И., Блудов М.И. Физика для техникумов. – М.: ... ... ... О. ... полупроводниковых соединений элементов ІІІ и V
групп. – М.: Мир, 1967.
6. Жданов Л.С., Маранджян В.А. Курс ... для ... ... ... Ч. 2. Электричество. Оптика. Атомная физика. –
М.:
Наука, 1968.
7. Блудов М.И. Физика жайлы әңгімелер. 2 ...... ... ... ... И.М. ... и дырки в полупроводниках. – М.:
Наука, 1972.
9. Тамм И.Е. Основы теории ... – М.: ... ... ... К. ... ... – М.: Мир, ... Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. – М.: Наука, 1978.
12. Пикус Г.Е. ... ... ... приборов. – М.-Л.: Наука,
1978.
13. Смит Р. Поупроводники. – М.: Мир, 1982.
14. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Мир, ... ... В.А., ... В.А. ... ... – М.: ... 1985.
16. Мустафаев Р.А., Кривцов В.Г. Физика в помощь поступающим в вузы. –
М.: Высшая школа, 1989.
17. ... В.Л., ... С.Г. ... ... – М.:
Наука, 1990.
18. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10 класса
общеобразовательных учреждений. – М.: ... 2001.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Көлемі: 48 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 900 теңге









Ұқсас жұмыстар
Тақырыб Бет саны
Тауарлы-материалды қорларды түгендеу және оларды есеп беруде ашып көрсету31 бет
Егін алқабын есептеу құрлымы7 бет
Жылуаккумуляторлық материалдар12 бет
Макарон өнімдерін өндіру желісіндегі таспалы кептіру жабдығын жөндеу7 бет
Психикалық құбылыстардың («жан қуаттарының») пайда болу4 бет
Қоршаған орта жағдайын бағалау критерийлері және әдістері8 бет
"әртүрлі шет елдердегі жұмысшыларды ынталандыру және қызметтерін жетілдіру реформалары"13 бет
«Жан күйзелісі жағдайында жасалған кісі өлтіру»61 бет
Айнымалы сыйымдылықты конденсаторлар: ауа және сегнеторэлектрикті керамикадан жасалған конденсаторлар14 бет
Аналитикалық тәсіл арқылы жасалған етістіктер22 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