Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі

Жартылай өткізгішті аспаптарды әзірлеу үшін жай заттар – германий, кремний, селен және құранды заттар – галлийдің фосфиды және т.б.қолданады. Таза жартылай өткізгішті заттардың меншікті электр кедергелері 0,65 Ом. (германий) бастап (селен) жетеді.

Таза жартылай өткізгіштерде заря тасышылардың шоғырлануы заттың тек тең. Жартылай өткізгіштің меншікті кедергісін төмендету үшін және оған белгілі электр өткізгіштік түрлі беру үшін – электронды, еректі электрондар басым болғанда немесе кемтікті, кемтіктер басым болғанда – таза жартылай өткізгішке белгілі қоспаны еңгізеді.

Қоспа ретінде периодикалық кестенің III және V топтардық элементтері қолданады. III топтың элементтері кемтікті электр өткізгіштікті құрады да акцепторлы қоспалар деп аталады, V топтың элементтері – электронды электр өткізгіштікті құрады да донорлы қоспалар деп аталады.

Жартылай өткізгіштің меншікті кедергісі қоспаның шоғырлауынан едәуір тәуелді. Қоспаның шоғыр болғанда оны германий үшін , ал кремний үшін дейін төмендетуге болады. Соның өзінде жартылай өткізгіште қоспаның бір атомы жартылай өткізгіштің атомына келеді.

Жартылай өткізгішті аспаптардың жұмысына негізгі мәнді электронды – кемтікті өткел орындайды. Бұл өткелді өткел деп атайды. әдетте өткелді құру үшін жартылай өткізгішке қоспаны кіргізу арқылы орындайды. Мысалы, жартылай өткізгіштің бір бөлігіне донорлы қоспаны кіргізгенде түрлі жартылай өткізгіштің, түрлі жартылай өткізгішпен, саласы құрылады.

Әртүрлі электр өткізгіштік түрлері бар екі жартылай өткізгіш, шектесінде өткелдің құрылуын қарап шығайық. Шектесуге дейін екі жартылай өткізгіштікте электрондар, кемтіктер және қозғалмай тұрған иондар біркелкі таратылған (7.35,а-сурет).

Жартылай өткізгіштер шектескен кезде шекара қабатта электрондардың және кемтіктердің рекомбинациясы (қосылуы) өтеді.

а) б) в)

7.35-сурет. өткелдің құрылуы

түрлі жартылай өткізгіштің зонасынан еркін электрондар түрлі жартылай өткізгіштердің валенттік зонасында бос деңгейлерінде орын алады. Сондықтан екі жартылай өткізгіштердің шекарасында жылжымалы заряд тасушылар жоқ қабат пайда болады, ол сол себептен жоғары электр кедергімен ие болатын бекіту қабат деп аталады. (7.35,б-сурет). Бекіту қабаттың қалыңдығы бірнеше микроннан аспайды.

Бекіту қабаттың үлкеюіне жартылай өткізгіштердің шекарасында қос электр қабатты құратын донорлы және акцепторлы қоспаларды жылжымайтын иондар кедергі салады. Бұл қабат потенциалдардың жалғасу айырымын (потенциалды тосқауыл) белгілейді (7.35,в-сурет). Пайда болған потенциалдар айырымы бекіту қабатта электр өрісті құрады. Бұл өріс түрлі жартылай өткізгіштен электрондардың түрлі жартылай өткізгішке және кемтіктердің түрлі жартылай өткізгішке өтуге бөгет салады. Сонымен бірге, электрондарға түрлі жартылай өткізгіштен түрлі жартылай өткізгішке, ал кемтіктерге түрлі жартылай өткізгіштен түрлі жартылай өткізгішке еркін жылжуға болады, яғни потенциалдардың жалғасу айырымы негізгі зарядтардың қосғалысына бөгет салмайды. Бірақ та өткел арқылы негізгі емес тасушылар потенциалдардың жалғасу айырымы төмендейді, ал сол себептен энергиясы жеткілікті негізгі тасушылардың кейбір бөлігі потенциалды тосқауылды жеңіп алады. дрейфті тоққа қарсы бағытталған диффузиялық ток пайдалы болады, яғни динамикалық тепе-теңдік құралады .

Егер де өткелге, кернеулікті электр өрісті бекіту қабатта құратын сыртқы кернеуді ынта салсақ (7.36, а-сурет), онда бекіту қабат кеңійді, себебі-болымды және теріс заряд тасушылар (кемтіктер және электрондар) жалғасу зонадан шығарады.

а)

7.36-сурет. Сыртқы электр өрісте электронды – кемтікті өткел.

Бұл жағдайда өткелдің кедергісі өте үлкен, ал ток өте кішкентай – ол негізгі емес заряд тасушылармен ғана құрылады. Бұл ток - кері, ал өткел жабық деп аталады.

Кернеу көзінің қарама-қарсы полярлық кезінде сыртқы электр өрістің бағыты қос электр қабаттың өрісіне қарсы болады, бекіту қабат жоқ болады. Бұл кездегі ток-тік, ал өткел-ашық деп аталады. өткелдің кедергісі тек жартылай өткізгіштің кедергісімен белгіленеді.

7.36 - суретте ашық және жабық өткелдердің толық вольтампарлі сипаттамалары көрсетілген.

Сипаттамалы сызықты емес. 1

участікте , тік ток кішкентай. 2 участікте , бекіту қабат жоқ, ток тек жартылай өткізгіштің кедергісімен белгілінеді. 3 участікте бекіту қабат негізгі тасушылардың қозғалысына қарсыласады, шамалы ток негізгі емес заряд тасушылардың қозғалысымен белгіленеді. Ақырында, 4 участікте өткелдің тесілуі өтеді де кері ток тез өседі.

Егер де өткелде кернеуді азайтсақ, онда өткелдің басты қасиеттері қайтадан орына қайтады, ал сол себептен тесілу жартылай өткізгіш диодтарда жұмыс ережеде пайдаланады.

Егер де өткелдің, кері токпен қыздыру арқылы, температурасы өсіп кетсе, онда заряд тасушылардың саны үлкейеді. Бұл жағдай кері токты одан сайып үлкейтеді және өткеледі одан сайын қыздырады да өткелді бұзады. Мұндай процесс жылулық тесілу деп аталады. Жылулық тесілу өткелді бұзады.

Жартылай өткізгішті резистор

Электр кедергісі кернеуден, температурадан және жарықталғандықтан тәуелділі екі шықпасы бар аспап жартылай өткізгішті резистор деп аталады.