YARIM O‘TKAZGICHLARDA TERMOELEKTRIK XODISALAR Текст научной статьи по специальности «Естественные и точные науки»

JffiTALQINVA 1

\-/TADQIQOTLAR No4 2022

ilmiy-uslubiy JumaH

VA Ш\1 П'ТЪГАУ/УГГТГТ ARFIA TFRlVfOFT FI^TRTI^ YOnTSAT AR

YARIM O'TKAZGICHLARDA TERMOELEKTRIK XODISALAR

#

>

¡ Я*

Naziraliyeva Umidaxon Marifov Salohiddin

J > j > JL;

Farg'ona Davlat Universiteti fizika fani magistratura 1-kurs talabasi https://doi.org/10.5281/zenodo.7257010

Annotatsiya: ushbu maqolada yarimo'tkazgichlar turi va ularning vazifasi hamda yarimo'tkazgichlarda termoelektrik hodisalar haqida batafsil bayon qilinadi.

Kalit so'zlar: yarimio'tkazgichlar, termoelektrik, elektr toki, o'tkazgichlar, rezina, delielektrik va h.k.

Абстракт: В данной статье подробно описаны виды полупроводников и их функции, а также термоэлектрические явления в полупроводниках.

I/ Т¥¥Л¥*ЛГ»¥ ТА ЛПАПП ' ЕТ/Л ТТТ ГТТ1ЛГ*Е1 Г\ TTTTTI1

Ключевые слова: полупроводники, термоэлектрики, электрический ток,

>

*

J J^y. .

проводники, резина, делиэлектрик и др.

Annotation: This article describes in detail the types of semiconductors and

their functions, as well as thermoelectric phenomena in semiconductors.

Keywords: semiconductors, thermoelectric, electric current, conductors, rubber, delielectric, etc.

)>j* >

1+4 > Cj

Moddalarning elektr o'tkazuvchanlik xususiyatlarini tekshirib, ularni uch xilga ajratish mumkin: Elektr tokini yaxshi o'tkazuvchi moddalar - bular o'tkazgichlar deb ataladi. O'tkazgichlarga asosan metallar kiradi.

Elektr tokini o'tkazmaydigan moddalar - bular dielektriklar deb ataladi. Rezina, plastmassa, toza suv kabilar dielektriklardir. O'tkazuvchanligi o'tkazgichlar bilan dielektriklar orasida bo'lgan moddalar ham bor. Bu moddalarni o'tkazgich deb bo'lmaydi, chunki ular elektr tokini yaxshi o'tkazmaydi. Shuning uchun bunday moddalar yarimo'tkazgichlar deb ataladi. Mendeleyev davriy jadvalining IV gruppasiga kiruvchi germaniy - Ge, kremniy Si, selen Se shuningdek, III va V gruppasidagi elementlarning kimyoviy birikmasidan hosil bo'lgan murakkab

J-jt

A W n I ri-l" rl /"V n 1 1 1T 7 A n iVvnTrv-r rrnlllTr /^lnT)r> T rn f1Mll«rtn n o m s~\ n I ni*

moddalar: arsenid-galliy - GaAs, fosfor-galliy - GaPa va shunga o'xshash moddalar

ш

yarimo'tkazgichlardir. Yarimo'tkazgichlarning solishtirma elektr qarshiligi 10-6±1010

Omm atrofida bo'ladi. Odatda yarimo'tkazgichlarning xususiy elektr

j "1 > ^^ ^ 1 ">.

o'tkazuvchanligi uncha katta bo'lmaydi, chunki ularda erkin elektronlar soni juda oz,

iw-

! K*

13 3

masalan uy haroratsida germaniyda erkin elektronlar kontsentratsiyasi « 3 10 sm-atrofida bo'ladi. Tajribalarning ko'rsatishicha yarimo'tkazgichning haroratsi 1oC ko'tarilganda uning elektr qarshiligi 3-5% ga kamayadi va ularning xususiy elektr

„с________j* u^uu i______^ Юг

o'tkazuvchanligi ortadi. Metallarda bu holning teskarisi bo'lib, harorati 1oC

¡¿-i

——^ > Г

34 Щ

L> * j J ■

JffiTALQINVA 1

\-#TADOIOOTLAR Nod 2022

№4 2022

ilmly-uslubly juniali

miiif-iwuuif juman

ko'tarilganda qarshiligi 0,3 % ga ortadi. Issiqlik ta'sirida elektr qarshiligini

#

>

o'zgartiradigan elementlarga termistorlar deyiladi.

Elektronning metalldan vakuumga ajralib chiqib ketishi uchun sarflanadigan energiyasini elektronning chiqish ishi deyiladi. U bilan bog'liq ikkita sabab mavjud.

1. Agar elektron qandaydir sabab bilan metalldan chiqib ketsa, o'sha joyda ortiqcha musbat zaryad hosil bo'ladi va elektron unga tortiladi.

2. Ayrim elektronlar metallni tark qilib chiqgach uning sirtida t o'planib,

J 1 lo O r-

manfiy zaryadli «elektron buluti»ni yaratadi. Bu bulut sirtqi qatlamdagi kristall panjaraning musbat ionlari bilan birgalikda, maydonni yassi kondensator maydoniga mos keluvchi, ikkilanma elektrik qatlam hosil qiladi.

Shuning uchun elektron, metalldan ajralib chiqish jarayonida uni ushlab qoluvchi, o'sha qatlamlar orasidagi elektrostatik maydon kuchlariga qarshi ish bajarishga majbur b o'ladi: A = eA,

bundagi A9 -potensiallar farqini sakrab o'zgaruvchi sirt potensiali deyiladi. Qatlamlar tashqarisida elektr maydoni mavjud emasligi uchun, muhitning potensiali nolga teng b o'ladi. Metall ichidagi elektronning potensial

energiyasi vakuumga nisbatan manfiy bo'lib, uning miqdori -eA^ ga teng. CHiqish ishi elektron volt (eV)larda ifodalanadi:

1eV=1,6-10-19KIV=1,6-10-19J

Chiqish ishi metallarning kimyoviy tabiatiga va ular sirtining tozaligiga bog'liq bo'lib, u turli metallar uchun bir necha elektron-volt qiymati chegarasida o'zgaradi (masalan, qalay uchun 2,2eV). Agar metall sirtini ishqoriy yer metallari (Sa, Sr, Ba) bilan qoplansa, unda chiqish ishi 2eV gacha kamayadi.

Qizdirilgan metalldan elektronlarning ajralib chiqish hodisasini termoelektron emissiya hodisasi deb aytiladi. Oddiy, ikki elektrodli lampa, vakuumli diod yordamida termoelektron emissiya qonunlarini o'rganish mumkin. Havosi so'rib olingan bu lampa ichida K katod va A anod deb ataluvchi ikkita elektrod joylashgan (1.1 -rasm).

Agar diodni zanjirga ulab, katod qizdirilsa va anodga musbat kuchlanish berilsa, elektr toki hosil b o'ladi.

j:K¡>

>1> >

:>q> q >■:>

• > >

>q ] - > >

«i

!J>* ^ №

я*

>>

Ы ] =

ой*-Ы>

#<Ь> i >p Ы j>

1> >

j>q r> >>>

>3» Ы y! J>i> >j*

Ы>

Ы )> Ы*

Ы>

! >S> >>>

Ы )>

] >4>

\ й:> Щ

Ш

TALQIN VA TADQIQOTLAR

tlmly-usJubtv JumaU

Р-ТИП

№4 2022

К-тип

© © i © ©

© r ©

© © : © ©

Анод

Катод

Rasm. p-n o'tish sxemasi.

Bu bo g'lanish vakuumli diodning volt-amper xarakteristikasi deyiladi. Bu holda, anod toki va kuchlanishi orasidagi bo g'lanish diagrammasi egri chiziqdan iborat b o'ladi, ya'ni mazkur bog'lanish Om qonuniga bo'ysunmaydi.

U ning kichik musbat qiymatlari sohasida termoelektron tok va anod kuchlanishi orasidagi bog'lanishni Boguslavskiy - Lengmyur qonuni yoki ba'zi hollarda «uch taqsim ikki» qonuni deb ham yuritiladi.

Catbode (-)

— » z У

q >3*

q

q Ж*:

Ы >

q

q

Ыз>

1>5*:

А

■й*

акз

1

tu

>

! >i>

Ы > Ы>

*q i>

А но tle

1.2.-rasm. Yarimo'tkazgichli diodning tuzilishi.

3/

I = BU32

Bunda B - elektrodlarning shakli, o'lchamlari va o'zaro joylashuvigagina bog'liq b o'luvchi koeffitsient.

Agar anod kuchlanishi oshirilib borilsa, dastlab zanjirdagi tok kuchi ham o'sib boradi. S o'ngra esa, uning miqdori to'yinish toki deb ataluvchi maksimal qiymatga etgach, o'sishdan t o'xtaydi. Bu jarayon, haroratsi o'zgarmas b o'lgan katoddan ajralib chiquvchi barcha elektronlarning to'liq holda anodga etib borishi r o'y bergunga qadar davom etadi. Bu esa t o'yinish tokining zichligi katod materialining emissiya qobiliyatini xarakterlaydi degan xulosaga olib keladi.

36

q

Ш >

Ш >

q

>

Ш >

m > *

им >

q ><:>

Щз>

q > >

Ы >

q ж** q

! > ] ^I^TALOIN VA >

%#TADQIQOTLAR No4 2022

^^ ¡ImlyuHuOiy jumali i»--r

To'yinish tokining zichligi Richardson-Deshman formulasi bilan aniqlanadi:

m.

>

¿ = ст2«"да) ¡»f >

Bunda, A - elektronning katoddan chiqish ishi, T- termodinamik harorat, C -

Korr>bo mAfollor îinbim Kir vil Kac1 rroti Ялтилг T^ii ÍArmnloHon Va'rintK +1 inKrl 1 \гл Vo+Arl

barcha metallar uchun bir xil bo'lgan doimiy. Bu formuladan ko'rinib turibdiki, katod

>

haroratsi qanchalik yuqori bo'lsa va katoddan elektronlarning chiqish ishi qanchalik kichik bo'lsa, to'yinish tokning zichligi shunchalik katta bo'ladi. Xaqiqatdan xam, sof volframdan yasalgan katod haroratsini 1000 К dan 3000 К gacha ko'tarilishi natijasida to'yinish tokning zichligi deyarli I016 marta ortadi.

Diodning asosiy xususiyati elektr tokini faqat bir y o'nalishda o'tkazishidir. Diodda anod katodga nisbatan musbat potensialga ega bo'lgandagina katoddan anod tomon elektronlar oqimi o'tadi. Dioddan o'zgaruvchan toklarni t o'g'rilash maqsadida foydalanish mumkin.

^k yarim davrlarda anodning potensiali musbat, katodniki esa manfiy bo'ladi. Shuning uchun lampa orqali tok o'tadi. Juft yarim davrlarda esa

#

»

uo ladi. Shuning uchun lampa orqali tok o iaui. Juft yarim uavuaiua esa

anodning potensiali manfiy, katodniki musbat b o'lganligi uchun lampa berk bo'ladi, ya'ni elektr tokini o'tkazmaydi. Demak, diod orqali faqat bir yo'nalishdagina elektr toki o'tadi. Uchta elektrodi b o'lgan lampani triod deb ataladi. Uchinchi elektrod katod bilan anod orasida (katodga yaqin masofada)

joylashtirilgan t o'rdan iborat bo'ladi.

„ , , . , , . ....... „ . , . ....... ,

Bu lampada katod bevosita qizdiriladi. Katod atrofidagi spiral to'r vazifasini o'taydi. Katod va t o'rni o'rab turgan metall silindr esa anod b o'lib xizmat qiladi. To'rga musbat kuchlanish berilganda to'r va katod orasida vujudga kelgan elektr maydon termoelektronlarga tezlashuvchi ta'sir ko'rsatadi. To'r anodga qaraganda katodga ancha yaqin bo'lganligi uchun to'rdagi kuchlanishning ozgina o'zgarishi anod tokining ancha o'zgarishiga sababchi bo'Iadi. Demak, tokga beriladigan kuchlanishini o'zgartirish yo'li bilan triodning anod zanjiridagi tokni boshqarish mumkin. Umuman

» 1 >

#

elektronlar oqimi hosil qilish lozim b o'lgan qurilmalarda keng q o'llaniladi.

Kontakt potensallar farqi 1797- yilda A.Volta ikki metall o'zaro kontaktlashsa, ulardan biri musbat ikkinchisi esa manfiy zaryadlanishini aniqladi. Natijada metallar orasida kontakt potensiallar farqi deb yuritiluvchi potensiallar farqi vujudga keladi. Agar Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Ch, Ag, Au, Pt, Pd kabi metallar, k o'rsatilgan ketma- ketlikda kontaktlashtirilsa, unda bar bir metall o'zidan keyingi istalgan metall bilan musbat zaryad namoyon etib kontaktlashadi. Bu qatorni Volta qatori deb yuritiladi. Volta tajribaga tayanib quyidagi ikki qonunni aniqladi:

Kontakt potensiallari farqi o'zaro tegishuvchi metallami faqat kimyoviy tarkibiga va haroratsiga bog'liq bo'ladi.

taikimga va naioiaisiga bog liq uo ladi.

>q ] \ ]> *

-^Xa- . f . en r^i

JffiTALQINVA 1

\-/TADQIQOTLAR No4 2022

¡ImlyuHuOiy jumali i»--r

M3

Miiiif-iwuuif juiiian

j Jm ^Irv

O'zaro ketma-ket ulangan bir xil haroratli turli o'tkazgichlardan tasbkil topuvchi

_

tizimning kontakt potensiallari ayirmasi oraliq o'tkazgichlarning kimyoviy tarkibiga bog'liq emas, balki faqatgina ikki chetdagi metallarning bevosita ulanishidan hosil bo'luvchi kontakt potensiallar ayirmasigagina teng bo'ladi. Turli metallarda chiqish ishining turlicha b o'lishi buning birinchi bosh sababi hisoblanadi. Elektronlarning, chiqish ishi kichik bo'lgan metalldan chiqish ishi katta bo'lgan metallga o'tishi oson bo'lgani uchun birinchi metall musbat, ikkinchisi esa manfiy zaryadlanib qoladi. Ularning chegarasida-ichida kuchli

J J 1 о о

elektr maydoni bo'lgan, turli ishorali zaryadlarning qo'sh qatlami hosil bo'ladi.

Bu maydon elaktronlarning bundan buyon, birinchi metalldan ikkinchisiga o'tishiga to'sqinlik qilib, teskari jarayonga esa yordamlasha boshlaydi. Natijada bu ikki jarayon orasida dinamik muvozanat yuzaga keladi, qo'sh qatlam orasidagi kuchlanganlik (potensiallar farqi) o'zining maksimal qiymatiga erishadi.

Agar 1-metalldan chiqish ishi Ai, 2-metalldan chiqish ishi Ai (A2>Ai) bo'lsa,

A - A A - A

toki potensiallar farqi: = —-- = —-- ga tenglashmaguncha 1-metalldan 2-

»

siga o'taveradi.

Endi elektronlar chiqish ishlari bir xil (A1=A2) bo'lgan, ammo erkin elektronlar kontsentratsiyasi har xil b o'lgan (n2< n1) metallar kontaktini ko'rib chiqaylik. Ravshanki, n2<n1 bo'lsa, erkin elektronlarning birinchi metalldan ikkinchi metallga ortiqcha o'tishi (diffuziyasi) boshlanadi. Natijada birinchisi musbat, ikkinchisi manfiy zaryadlanib, ular orasida yana potensiallar farqi hosil bo'ladi. Uning qiymati erkin elektronlar konsentratsiyasiga bo'g'liq bo'ladi:

"T, n1

Àç>n = — ln-^

e -

2

Ko'rib o'tilgan ikki sababning natijaviy ta'siri ostida birinchi va ikkinchi

metallar orasidagi kontakt potensiallar farqi quyidagicha ifodalanadi:

1 • л A - a2 ктл n1 ÀÇ12 =Àç[2 +Àç';2 yoki À^12 = ^-2- +—ln-^

e en

»

e e -

m

Olinagan ifodani kontaktlangan uch xil metall uchun umumlashtirib ko'raylik. Kirxgofning II qoidasiga binoan, tizimning to'liq kontakt potensiallar ayirmasi kontaktlangan qismlardagi kontak potcntsiallar

j>*

ayirmalarining yi g'indisiga teng:

j 1^г , j

' é i

A - A kT. - A - A kT, —

(P1 -Ç2 =- A1-1 + "T ln --2-3 + kT ln ^

e e n2 e e n3

I > Щ >

>q ] q ]> >

---M- ^ >

^^^^ 38

M *4j>

JffiTALQINVA 1

\-/TADQIQOTLAR No4 2022

ilmiy-uslubiy JumaH

A - A kT n

Ъ-ъ =-AL-Ai + kT ln --

Demak, uch va undan ortiq xildagi metallar kontaktga keltirilsa, tizimning t o'liq kontakt potensiallar ayirmasi, oraliqdagi metallarning tabiatiga bo g'liq

»

#

emas ekan. Bu farq ikki chekkadagi metallarning tabiati bilan belgilanar ekan.

Voltaning ikkinchi qonuniga binoan, bir xil haroratli, bir nechta metalldan tashkil topuvchi berk zanjirda EYuK vujudga kelmaydi, ya'ni elektr toki hosil

V

! И*

bo'lmaydi. Lekin, kontaktlar haroratli turlicha bo'lsa, zanjirda termoelektrik tok

deb ataluvchi, tok paydo bo'ladi. Metallarda, yarimo'tkazgichlarda issiqlik

ta'siri ostida elektr hodisasi, elektr ta'sirida issiqlik hodisalari ro'y berishi

i j

mumkin. Buni termoelektrik hodisalar deb ataladi. Uning hosil b o'lish tabiati bilan bo g'liq bo'lgan quyidagi effekt bilan tanishamiz.

Yarim o'tkazgichli asboblarning ko'pchiligi bir jinsli bo'lmagan yarim o'tkazgichlardan tayyorlanadi. Xususiy xolatda bir jinsli bo'lmagan yarim

/-»'■fl^nr/m/^U Kit* frvUnm +nt*/4nm ilrl п m ûon n +iit*/1nrvi m r\n/-»l rfi nfnl ri nn 1

o'tkazgich bir sohasi p-turdagi, ikkinchisi esa n-turdagi monokristaldan tashkil

topadi.Bunday bir jinsli bo'lmagan yarim o'tkazgichning p va n - sohalarining ajralish chegarasida hajmiy zaryad qatlami hosil bo'ladi, bu sohalar chegarasida ichki elektr maydoni yuzaga keladi va bu qatlam elektron - kovak o'tish yoki p-

»

m?

n o'tish deb ataladi. Ko'p sonli yarim o'tkazgichli asboblar va integral mikrosxemalarning ishlash printsipi p-n o'tish xossalariga asoslangan. P-n o'tish hosil bo'lish mexanizmini ko'rib chiqamiz. Soddalik uchun, n- sohadagi elektronlar va p- sohadagi kovaklar sonini teng olamiz. Bundan tashqari, har bir sohada uncha katta bo'lmagan asosiy bo'lmagan zaryad tashuvchilar miqdori mavjud. Xona haroratsida p-turdagi yarim o'tkazgichda akseptor manfiy ionlarining kontsentratsiyasi Na kovaklar kontsentratsiyasi pr ga, n-turdagi yarim o'tkazgichda donor musbat ionlarining kontsentratsiyasi Nd elektronlar kontsentratsiyasi nn ga teng bo'ladi. Demak, p- va n-sohalar o'rtasida elektronlar va kovaklar kontsentratsiyasida sezilarli farq mavjudligi tufayli, bu sohalar birlashtirilganda elektronlarning p -sohaga, kovaklarning esa n-sohaga diffuziyasi boshlanadi. Diffuziya natijasida n-soha chegarasida elektronlar kontsentratsiyasi musbat donor ionlari konsentratsiyasidan kam bo'ladi va bu soha musbat zaryadlana boshlaydi. Bir

J-jt

vaqtning o'zida p-soha chegarasidagi kovaklar kontsentratsiyasi kamayib boradi va u akseptor kiritmasi bilan kompensatsiyalangan ion zaryadlari hisobiga manfiy zaryadlana boshlaydi. Musbat va manfiy ishorali aylanalar mos ravishda donor va akseptor ionlarini tasvirlaydi. Hosil bo'lgan ikki hajmiy zaryad qatlami p-n o'tish deb

i J>:*-

ataladi. Bu qatlamharakatchan zaryad tashuvchilar bilan kambag'allashtirilgan.

Shuning uchun uning solishtirma qarshiligi p- va n-soha qarshiliklariga nisbatan juda katta. Ba'zi adabiyotlarda bu qatlam kambag'allashgan yoki i - soha deb ataladi.

>> ¡>

>q ] q ]> >

39 Щ

L> * j J ■

JffiTALQINVA 1

%#TADQIQOTLAR No4 2022

^^ ¡ImlyuHuOiy jumali i»--r

Asosiy zaryad tashuvchilar uchun bu maydon tormozlovchi bo'lib ta'sir

#

ko'rsatadi va ulami p-n o'tish bo'ylab erkin harakat qilishlariga qarshilik ko'rsatadi.

Ы>

p-type

Ar!od¡ I si,iHm

O-

Anode

Ы j

|<и>

-о

Cathode

i 1> л!>

—О

Cathode

1.3 - rasm.

Termoelektr hodisalar - ket maket ulangan turli qattiq o'tkazgichlardan iborat elektr toki zanjirida elektr va issiqlik jarayonlari orasidagi o'zaro bog'lanishga asoslangan fizik hodisalar. Zeyebek, Pelt'ye va Tomson effektlari termoelektr hodisalar bo'lib, ular asosida bu hodisalarning miqdoriy kattaliklari aniqlanadi. Har xil tarkibli va ulanish nuqtalarida harorat turlicha bo'lgan ikki o'tkazgichda elektr yurituvchi kuch (e.yu.k.) — termo e.yu.k. hosil bo'lishini nemis fizigi T.I. Zeebek 1821 yilda kashf etgan.

1953 yilda termo e.yu.knmg yana Ыг manto — etekfronlarnmg fononlarga

л

ergashish effekti ochildi.

Agar qattiq jismda haroratlar o'zgarishi yuz bersa, u holda issiq tomondan sovuq

»

tomonga harakat qilayotgan fononlar soni teskari tomonga harakatlanayotganlarga nisbatan ko'proq bo'ladi. Natijada fononlar elektronlar bilan to'qnashib, ularni ham o'ziga ergashtiradi va sovuq tomonda manfiy (issiq tomonda musbat) zaryad to'plana boshlaydi. Bu jarayon hosil bo'layotgan potensiallar ayirmasi fononlar harakatini muvozanat holatga keltirguncha davom etadi. Metallarda elektronlar konsentratsiyasi

katta va u haroratga bog'liq emas. Elektronlar energiyasi ham haroratga bog'liq emas, shuning uchun metallarda termo e.yu.k. kichik. Yarimo'tkazgichlarda va ularning qotishmalarida termo e.yu.k. katta qiymatga erishadi. Chunki ularda tok tashuvchilar

i > :>¡

konsentratsiyasi kichik va u haroratga bog'liq bo'ladi. Tok tashuvchilar oqimida issiqlik muvozanatining buzilishi barcha termoelektr hodisalarga sabab bo'ladi. W-Barcha termoelektrik koeffitsiyentlarning mutloq qiymati tok tashuvchilar konsentratsiyasi kamayishi bilan kattalashadi; shuning uchun ular yarimo'tkazgichlarda metallar va ularning qotishmalaridagiga nisbatan o'n va, hatto,

7 matH-Q Voffo 1л/лc 1 o rl 1 Т^гтгч^»! p\r\-v or Qf/^rot! o-mi л та icci/m1iV

yuz marta katta bo'ladi. Termoelektr hodisalar haroratlarni o'lchashda va issiqlik

ш

energiyasini elektr energiyasiga aylantirishda qo'llaniladi.

Yarimo'tkazgichlar - o'tkazgichlar va dielektriklar o'rtasidagi moddalardir. mt Ularga juda ko'p kimyoviy moddalar (germaniy, kremniy, selen, tellur, va boshq.) va

i и*

juda ko'p turdagi kimyoviy birikmalar kiradi. Bizning tevarak - atrofimizni o'rab turgan deyarli barcha neorganik moddalar yarimo'tkazgichlardir. Tabiatda eng ko'p tarkalgan yarimo'tkazgich kremniy bo'lib, u yer qobig'ining 30% ni tashkil qiladi. Yarimo'tkazgichlarning asosiy belgilaridan biri shundan iboratki, ularning fizik * : j*

^■.-fft^-ífí

i Js * ÍJ

JffiTALQINVA 1

\-/TADQIQOTLAR No4 2022

¡ImlyuHuOiy jumali i»--r

M3

Miiiif-iwuuif juiiian

4 M "ifb

xossalari tashqi ta'sirga - haroratning o'zgarishi yoki kirishmalar kirishiga kuchli

#

>

bog'langan. Yarimo'tkazgichlar haroratsini maqsadli o'zgartirib yoki uni legirlab (kirishma kiritib), uning fizik xossalarini, jumladan, elektrik o'tkazuvchanligini boshqarish mumkin.Bundan 180 yil ilgari odamlarga turli o'tkazgichlar elektr tokini turlicha o'tkazishi ma'lum edi.

1821- yilda ingliz kimyogari Hemfri Devi harorat ortishi bilan metallning elektr o'tkazuvchanligi kamayishini aniqlagan. Uning shogirdi Maykl Faradey 1833 -yilda tajribalarni davom ettirib, oltingurgut va kumush birikmasi elektrik o'tkazuvchanligi

harorat ortishi bilan pasayishini emas, aksincha ko'tarilishini kuzatgan. So'ngra, u o'tkazuvchanligi haroratga g'ayrioddiy bog'langan yana bir necha moddalarni kashf qildi. Lekin, o'sha paytlarda bu dunyo ilm ahlini qiziqtirmadi. 1873- yili selenning (Se) qarshiligi yorug'lik nuri ta'sirida o'zgarishi aniqlangandan so'ng, bu ishlarga qiziqish ortdi. Selen fotoqarshiliklar tezda turli optik asboblarda qo'llanila boshladi. Oddiy selen ustunidan qilingan fotoqarshilik birinchi yarimo'tkazgichli asbob bo'ldi. Uning elektrik o'tkazuvchanligi yoritilganda qorong'ulikdagisiga nisbatan kattalashar

edi.Avval, 1948-yili nuqtaviy, keyin 1951-yili yassi tranzistorlar kashf qilinishi, yarimo'tkazgichli elekronikaning jadal rivojlanishiga olib keldi. Tranzistorlar ishlash qonuniyatini tushuntirish uchun yarimo'tkazgichlarda kechadigan qator fizik jarayonlarni ko'rib chiqish zarur bo'ladi. Dast avval ulardagi elektrik o'tkazuvchanlik mexanizmiga to'xtalib o'tamiz.

Elektrik o'tkazuvchanlik.Ma'lumki, barcha moddalar turli kimyoviy bog'lar hosil qilgan atomlardan tuzilgan bo'lib, bu bog'lar ularning ko'plab fizik va

Virrn7m/nr vAccolarim mm1 aHan ^Vtri\r nHbdvinzpbanlimni m1 1\/Гаеа1ст +n?

kimyoviy xossalarini, jumladan, elektrik o'tkazuvchanligini belgilaydi. Masalan, tuz va yog' dielektriklar guruhiga mansub bo'lib, elektr tokini o'tkazmaydi, metaldan qilingan sim esa juda yaxshi o'tkazgichdir. Metalning yuqori elektrik o'tkazuvchanligi sababi nimada? Metallarning elektrik o'tkazuvchanligi. Kristal panjarada metal atomlari juda zich joylashgan - har bir metal atomi o'n ikkitagacha qo'shni atom bilan bevosita bog'langan bo'lishi mumkin. Shuning uchun metal atomining tashqi elektron qobig'idagi valent elektronlar "erkin" bo'lib, metal ichida tartibsiz issiqlik harakatidagi "elektronlar gazi" ni hosil qiladi. Kristal panjara tugunlaridagi metal ionlari esa, shu elektron gaz ichiga botirilgandak joylashgan. J-jt

it^rt Irvi n4r» I мтл1лгл 1 m i n I n fi /~l n 1 /л т ri n n l-ч rr n n 1 n I n 14 l-ч n m rwln-M /л I /л I л n I

^toUammg kristal panjara tugunlarida joylashgan ionlari ham, erkm dddroriari

ham betartib issiqlik xarakatida ishtirok etadi. Ionlar kristal panjara tugunlarida tebranma harakat qiladi, erkin elektronlar esa kristal bo'ylab betartib ilgarilanma

harakatda bo'ladi (1.4 -rasm)

Sw-s У Л J^Sw-

Ш >

й> Щ >

I > >

>q ] q ]> >

---M- ^ >

i^Ä^^t^ 41

M *4j>

J"

}Ж<\ Ъ - i

JffiTALQINVA 1

%#TADQIQOTLAR No4 2022

^^ ¡ImlyuHuOiy jumali i»--r

iM ¿ %?!n>

1.4 - rasm metalning kristal panjarasidagi erkin elektronlar harakati. Erkin elektronlar o'zlarining betartib issiqlik harakati davomida kristall panjara tugunlaridagi metal ionlari bilan to'qnashib turadi. Metal sirtiga yaqin biror elektron shu to'qnashishlar natij asida metaldan chiqib ketishi ham mumkin. Buning uchun uning energiyasi potensial to'siq deb nomlanuvchi energiyadan yuqori bo'lishi zarur.

Л Л 1 i «л+лмги'г»! -fz-^ni/ni Unln^/^lirri /лмаггм'т-п Ul чЛ i ГГ1 T 1i 1S /Ч1Г(1л 1п1л1 /4/^1-4

амэг

Metalning potensial to'siq balandligi (energiya birligida) uning chiqish ishi deb

ataladi. Xona haroratsida ko'p erkin elektronlarning issiqlik xarakat energiyasi potensial to'siqni yengib chiqish uchun yetarli bo'lmaydi. Metal o'tkazgich chetlariga potensiallar farqini (kuchlanishni) qo'ysak, erkin elektronlarning betartib issiqlik

»

harakatidan tashqari, tartiblangan (bir tomonga yo'nalgan) harakati paydo bo'ladi, ya'ni elektr toki hosil bo'ladi. Aynan erkin elektronlarning metallardagi yuqori zichligi ularing yuqori elektrik o'tkazuvchanligini belgilaydi.

>

Yarimo'tkazgichlarning elektr o'tkazuvchanligi. Endi yarimo'tkazgich kristali

panjarasini ko'rib chiqamiz. Yarimo'tkazgich atomlari kovalent bog'langan bo'ladi.

Misol sifatida to'rt valent elektronli germaniy (Ge) kristalini ko'rib chiqamiz.

Kovalent bog'larning mustahkamligi tufayli germaniy kristalidagi elektronlar

metalldagilarga nisbatan ancha mustahkam joylashib olgan. Shuning uchun oddiy

sharoitlarda erkin ya'ni yaxshi joylasha olmagan bog'lanmagan, erkin elektronlar ■JiL \ ] > i 1 > '

kam bo'lganligi uchun ularning o'tkazuvchanligi metalarnikidan ko'p marta

kichikdir. Bunday kristal bo'lagi chetlariga elektrik kuchlanish bersak nima bo'ladi?

Biz kristallga О0 K da katta kuchlanish qo'yib unda kuchli elektrik maydon hosil

qilganimizda ham, u maydon atomlarning elektron orbitalarini ozgina

deformatsiyalaydi xolos, atomlar orasidagi elektronlarni uzib tashlay olmaydi.

Natijada erkin elektronlar hosil bo'lmaydi, tok ham ortmaydi. Shunday qilib toza

germaniy О0 K da (past haroratlarda) bu dielektrikdir.

Germaniy kristalida erkin elektronlar hosil bo'lishi uchun qandaydir yo'l bilan

atomlar orasidagi kovalent bog'larni uzish kerak. Bunga turli yo'llar bilan erishish

mumkin. Ulardan biri bu kristallni qizdirishdir. Unda bir qism valent elektronlar

qo'shimcha issiqlik energiya ta'sirida kovalent bog'lanishdan uzilib chiqib ketadi.

Faraz qilaylik, qizdirish natijasida atomlar orasidagi bir bog'lanish uzildi, urib

chiqarilgan elektron esa erkin elektronga aylanadi. Bunda uzilgan bog' (kovak)

bilan nima sodir bo'ladi?

_____

! JS * ! J ■

>ж 2 т 2т5>

*

. jÇ^taloin VA m. !

!>

♦1 >

^¿fTADQIOOTLAR N„4 2022

ilmiy-uslubiy jumali

i 1> ï> \ / a \ / уч 4 / i 1>

AL.3H \\ //\\ //\\ /V ^TV

Ж

>

/«L jmL aîK

#<n>

f^Tf !* t

Ge Ge

Ю2 ili *

то?

-

1.5 - rasm. Germaniy kristalidagi juft elektron bog'lari

Natijada "kovak" qo'shni atomga siljiydi. U atom o'z navbatida boshqa atomdan

I V^^V^J j S^

elektronni tortib oladi va x.k. Natijada bitta elektroni yetishmaydigan chala bog' kristal bo'ylab tartibsiz erkin ko'chib yurishi mumkin. Uzilgan bog'larning (kovaklarning) ko'chib yurishi qo'shni bog'lardagi elektronlarni tortib olish hisobiga sodir bo'ladi, shuning uchun har safar bir atom o'zining uzilgnan bog'i uchun elektron tortib olganda, u bilan birga bog'ning kompensatsiyalanmagan musbat zaryadi ham ko'chib yuradi. Bu holatni xuddi yarimo'tkazgichda yangi musbat zaryadli zarracha paydo bo'lganidek qabul qilish mumkin. Ushbu zarraning zaryadi

»

w-

elektron zaryadiga teng bo'lib, ishorasi esa musbatdir. Bunday kvazi zarralar ("kvazi" - deyarli degan ma'noni bildiradi) "kovak"lar deb nomlanadi.

Bog'dan uzilib chiqqan erkin elektron va uning o'rnida hosil bo'lgan kovak m> cheksiz uzoq vaqt turaolmaydi. Ma'lum bir vaqtdan so'ng (10-12 dan 10-2 sek gacha) ular bir biri bilan yana uchrashib qoladilar va ikkalasi ham yo'q bo'lib ketadi, buni rekombinatsiya deb ataladi. Rekombinatsiya paytida energiya ajralib chiqadi, uning qiymati elektron-kovak juftligini hosil qilish uchun sarf bo'lgan energiyaga tengdir. Ba'zan bu energiya nurlanish ko'rinishida ajralib chiqadi, ko'p xollarda esa bu energiya kristal panjaraga berilib, uni qizdiradi. Erkin elektronlar va kovaklar hosil qilgan o'tkazuvchanlik yarimo'tkazgichlarning xususiy o'tkazuvchanligi deb ataladi.

]<i г\лтп\г\ or л/а prVm &\rtirr\-rA ar m-fi- 111 ft c 111л т-чал/т^гч 1л гчс 1 a rl 1 о linn 1 n rr плЬпп fn^a

Kovaklar va erkin elektronlar juft juft bo'lib paydo bo'ladi, shuning uchun toza

#

yarimo'tkazgichlarda ularning zichligi teng bo'ladi: p = n

M ^

Diffuziya natijasida n soxa chegarasida elektronlar kamayib, musbat zaryadli qatlam, p soxa chegarasida kovaklar kamayib manfiy zaryadlangan qatlam hosil bo'ladi. Shunday qilib p - n o'tish chegarasida ikki xil zaryadlangan qatlam hosil » DM* bo'ladi. Bu qatlam berkituvchi qatlam deb nomlanib, unda shakllangan elektrik maydon diffuziyani davom ettirishga yo'l qo'ymaydi. Bunda berkituvchi qatlam hosil qilgan maydon kuchlanganligi kamayib, kontakt qatlam orqali tok o'tishi osonlashadi. Kuchlanish oshgani sari p - n o'tishdan o'tayotgan tok kuchi ham ortadi. Bu to'g'ri kuchlanish deb ataladi.

>q ] q i> >

_____

43

Ш -

Шг

m )>

1 w

. vjTALOIN VA • ^TADOIOOTLAR

ilmiy-uslubiy jurnali

№4 2022

3>> #ф>

Ы )>

j J> >

Ы ] >

Ы >

>3»

Ы >

j>>'

*Ф:

< >S#

зй

Р-ТИП

Нтш

ТГ

******

* - ■ « ÎT

• « • *

Et

+ 1

© © g к Pi ©

® 0, в и Г

® ® Ss A © ©

Анод

Катод

1.8 - rasm.

_ loop

П

"1

-1

Л

+

•> Py.

Ы i

I 1><CK.

)

J>

] >j> Ы >

Щ »

ш

-иф #ф>

i >p pi J>

Ы >

1 >4»

рч*'

Ы >

"YHT X

ы>

•и»

»sn>

aeaae&ia

1.9.rasm. P-n o'tishning sxematik ko'rinishi.

Termomagnit hodisalar - harorat gradiyenti mavjud bo'lgan o'tkazgich va yarimo'tkazgichlarni magnit maydoniga kiritilganda hosil bo'ladigan hodisalar. Bunda magnit maydoni elektron (kovak)lar harakatini o'zgartirishi natijasida o'tkazgich uchlarida elektr potensiallar va qo'shimcha haroratlar farqi vujudga keladi. Magnit maydoni kuchlanganligi, harorat gradiyenti, issiqlik oqimining zichligi va bu hodisa o'lchanadigan yo'nalishga parallel vektorlarning o'zaro vaziyatiga qarab, Termomagnit hodisalar har xil bo'ladi. Harorat gradiyentiga perpendikulyar yo'nalishda o'lchanayotgan termomagnit hodisalar ko'ndalang, parallel yo'nalishda o'lchanayotgani esa bo'ylama termomagnit hodisalar deb ataladi. Yarimo'tkazgichlarni elektr o'tkazuvchanligini faqatgina haroratni o'zgartirib emas, balki yorug'lik ta'sir ettirib ham o'zgartirish mumkin.

Yorug'lik ta'siri ostida yarimo'tkazgichlarning aktiv qarshiligi keskin kamayadi, elektr o'tkazuvchanligi esa oshadi. Yorug'lik ta'siri ostida o'z qarshiligini o'zgartiradigan elementlar fotorezistorlar yoki fotoqarshiliklar deyiladi.

Foydalanilgan adabiyotlar:

1. S. Zaynobiddinov, Teshaboyev A. T. 'Yarimo'tkazgichlar fizikasi' Т. «O'qituvchi» 2001 yil.

2. Mamatkarimov O.O, Vlasov S.I, Nazirov D.I. Yarim o'tkazgich materiallar va asboblar fizikasi praktikumi. Toshkent. 2006 y. Str. 165-173

*

Ы>

:H >

i > > wi >

Л ) J

Ыз>

Ы >

ч >2*'

Wç.ï

Ы >

*ф>

: >о*

Ъ4>

44

Ы ]>

g >: >

Ы >

q ж** йи >

о

Шу

1 ч>

. vjTALOIN VA • ^TADOIOOTLAR

ilmiy-uslubiy jumali

№4 2022

>>

Ы J> 1 >J>

b>4r> Ы >

! J>i>

)>j*

*ф>

Ы>

! >i>

i ]><#•

)

)Wvj J>

+И >

! Й> Щ

ш

-иф

>

p>M *ф>

Ы p ] й> Ы >

i >i>

рч*'

* - ]>

3. A.Azimov "Yarimo'tkazgichlar fizikasi" Toshkent. O'qituvchi

4. Mamatkarimov O.O, Vlasov S.I, Nazirov D.I. Yarimo'tkazgich materiallar va asboblar fizikasi praktikumi. Toshkent. 2006 y. Str. 165-173

5. A.Azimov "Yarimo'tkazgichlar fizikasi". Toshkent. O'qituvchi

6. "Yarim o'tkazgichli asboblar fizikasi" o'quv qo'llanma O.O.Mamatkarimov, B.X.Qo'chqorov Namangan 2019y

7. С. Зайнобиддинов, А.ТешабоевЯримутказгичлар физикаси кулланма. Toshkent "O'qituvchi " 1999 yil.

8.Яримутказгичасбоблар физикаси А.Тешабоев ва бошкалар. Кулланма хаёт нашриёти.Андижон 2002 йил

9. А.Тешабоев, С. Зайнобиддинов ва б. Яримутказгичлар ва яримутказгичли асбоблар технологияси. Т. Узбекистон, 2005.

10. Ю.М.Тоиров, В.Ф.Цветков Технология полупроводникових и диэлектрические материалов, М. 1990

11. М.Набиев, Я.Усмонов Термо електр параметрларни улчаш, Фаргона 2013йил.

12.К.В.Шалимовой Практикум по полупроводникам и полупроводникым приборам.Москва - 1968.

13. В.В.Пасинков, В.С.Соронкин Материали электронной техники, М. 1986.

14.Э.Н.Назиров, Д.Э.Назиров ва б. Яримутказгичлар физикаси лугати, Т. 2008.

15.Ю.Готра Технология микроэлектронних устройств. М, 1991

16."Яримутказгич термоелектрик материллар олиш технологияси" илмий-услубий кулланма.

17.S.D.Nurmurodov, A.X.Rasulov, K.G.Baxadirov Materialshunoslik va konstruksion materiallar texnologiyasi. Toshkent 2015, Darslik.

jW^ У

q ж**

!> О

i

Щ>

\Ж

45

Q>

Ы >

q

V>^ *ф>

*Ф>

Ш >

q щщ

Pi >

q>j{>: Ш>

q Ж*: >

ym*

m > *

>

*Ф>

Ц >p

q > >

q щъ q