ნახევარგამტარებში თავისუფალი ელექტრონები და ხვრელები ქაოტურ მოძრაობაშია. მაშასადამე, თუ ჩვენ ვირჩევთ თვითნებურ განყოფილებას ნახევარგამტარის მოცულობის შიგნით და დავთვლით მუხტის მატარებლების რაოდენობას, რომლებიც გადიან ამ მონაკვეთზე დროის ერთეულზე მარცხნიდან მარჯვნივ და მარჯვნიდან მარცხნივ, ამ რიცხვების მნიშვნელობები იგივე იქნება. ეს ნიშნავს, რომ ნახევარგამტარის ამ მოცულობაში არ არის ელექტრული დენი. როდესაც ნახევარგამტარი მოთავსებულია E სიმძლავრის ელექტრულ ველში, მიმართულების მოძრაობის კომპონენტი ედება მუხტის მატარებლების ქაოტურ მოძრაობას. მუხტის მატარებლების მიმართული მოძრაობა ელექტრულ ველში იწვევს დენის გამოჩენას, რომელსაც ეწოდება დრიფტი (ნახ. 1.5).

მაღალ ტემპერატურაზე ელექტრონებისა და ხვრელების კონცენტრაცია მნიშვნელოვნად იზრდება კოვალენტური ბმების რღვევის გამო და, მიუხედავად მათი მობილურობის შემცირებისა, ნახევარგამტარის ელექტრული გამტარობა ექსპონენტურად იზრდება.

სურათი 1.5 დრიფტის დენი ნახევარგამტარში

1.2.2 დიფუზიური დენი

გარდა თერმული აგზნებისა, რაც იწვევს მუხტების წონასწორული კონცენტრაციის გამოჩენას, რომელიც თანაბრად ნაწილდება ნახევარგამტარის მოცულობაზე, ნახევარგამტარის გამდიდრება ელექტრონებით n p კონცენტრაციამდე და ხვრელებით p n კონცენტრაციამდე შეიძლება განხორციელდეს მისი განათება, დამუხტული ნაწილაკების ნაკადით დასხივება, მათი შეყვანა კონტაქტით (ინექციით) და ა.შ. ამ შემთხვევაში აგზნების ენერგია პირდაპირ გადადის მუხტის მატარებლებზე და ბროლის გისოსის თერმული ენერგია პრაქტიკულად მუდმივი რჩება. . შესაბამისად, ჭარბი მუხტის მატარებლები არ არიან თერმულ წონასწორობაში გისოსთან და ამიტომ უწოდებენ არაწონასწორობას. წონასწორობისგან განსხვავებით, ისინი შეიძლება არათანაბრად გადანაწილდეს ნახევარგამტარის მოცულობაზე (ნახ. 1.6).

ელექტრონებისა და ხვრელების რეკომბინაციის გამო აგზნების მოქმედების შეწყვეტის შემდეგ, ჭარბი მატარებლების კონცენტრაცია სწრაფად მცირდება და აღწევს წონასწორობის მნიშვნელობას.

მუხტის მატარებლები კვლავ გაერთიანებულია ნახევარგამტარის დიდ ნაწილსა და მის ზედაპირზე. არათანაბარი მუხტის მატარებლების არათანაბარი განაწილებას თან ახლავს მათი დიფუზია უფრო დაბალი კონცენტრაციისკენ. მუხტის მატარებლების ეს მოძრაობა იწვევს ელექტრული დენის გავლას, რომელსაც ეწოდება დიფუზია (ნახ. 1.6).

სურათი 1.6 დიფუზიური დენი ნახევარგამტარში

1.3 კონტაქტური ფენომენი

ელექტრონულ ხვრელში გადასვლა წონასწორობის მდგომარეობაში

ნახევარგამტარული მოწყობილობების უმეტესობის მოქმედების პრინციპი ემყარება ფიზიკურ მოვლენებს, რომლებიც ხდება მყარი ნივთიერებების შეხების არეალში. ამ შემთხვევაში ძირითადად გამოიყენება კონტაქტები: ნახევარგამტარ-ნახევარგამტარი; ნახევარგამტარული ლითონი; ლითონ-იზოლატორ-ნახევარგამტარი.

თუ შეერთება იქმნება n-ტიპის და p-ტიპის ნახევარგამტარებს შორის, მაშინ მას უწოდებენ ელექტრონულ ხვრელს ან p-n შეერთებას.

ელექტრონულ ხვრელში გადასვლა იქმნება ერთ ნახევარგამტარ კრისტალში რთული და მრავალფეროვანი ტექნოლოგიური ოპერაციების გამოყენებით.

განვიხილოთ p-n გადასვლა, რომელშიც დონორების N d და მიმღებების N კონცენტრაციები მკვეთრად იცვლება ინტერფეისზე (ნახ. 1.7, ა). ასეთ p-n გადასვლას მკვეთრი ეწოდება. ხვრელების წონასწორული კონცენტრაცია p-რეგიონში () მნიშვნელოვნად აღემატება მათ კონცენტრაციას n-რეგიონში (). ანალოგიურად, ელექტრონებისთვის, პირობა დაკმაყოფილებულია. კრისტალში ერთი და იგივე მუხტის მატარებლების კონცენტრაციების არათანაბარი განაწილება (ნახ. 1.7, ბ) იწვევს ელექტრონების დიფუზიას n-რეგიონიდან p-რეგიონში და ხვრელების p-რეგიონიდან n-რეგიონამდე. მუხტების ეს მოძრაობა ქმნის ელექტრონებისა და ხვრელების დიფუზიურ დენს.

ელექტრონები და ხვრელები, რომლებიც გადიან ერთმანეთთან კონტაქტში (დიფუზიის გამო), რეკომენდირებულია და იქმნება მიმღები მინარევების უარყოფითი იონების არაკომპენსირებული მუხტი ხვრელების ნახევარგამტარის ახლო კონტაქტურ რეგიონში, ხოლო ელექტრონულ ნახევარგამტარში არაკომპენსირებული მუხტი. დადებითი დონორის იონები (ნახ. 1.6, გ). ამრიგად, ელექტრონული ნახევარგამტარი დამუხტულია დადებითად, ხოლო ხვრელის ნახევარგამტარი უარყოფითად დამუხტულია. სხვადასხვა ტიპის ელექტრული გამტარობის მქონე უბნებს შორის არის საკუთარი ელექტრული ველი E inc სიძლიერით (ნახ. 1.7, ა), რომელიც შექმნილია კოსმოსური მუხტების ორი ფენით.

შინაგანი ელექტრული ველი აფერხებს მუხტის უმეტესობის მატარებლებს და აჩქარებს მცირეს. p-რეგიონის ელექტრონები და n-რეგიონის ხვრელები, რომლებიც ახდენენ თერმულ მოძრაობას, ხვდებიან დიფუზიური ელექტრული ველის საზღვრებში, ატარებენ მას და გადადიან საპირისპირო რეგიონებში, ქმნიან დრიფტის დენს ან გამტარ დენს.

სურათი 1.7 p-n შეერთების წონასწორული მდგომარეობა

ახლო კონტაქტის რეგიონს, სადაც არის საკუთარი ელექტრული ველი, ე.წ გვ- ნგარდამავალი. ამ სფეროში ნახევარგამტარს ახასიათებს საკუთარი ელექტრული გამტარობა და აქვს გაზრდილი წინააღმდეგობა დანარჩენ მოცულობასთან შედარებით. ამასთან დაკავშირებით მას ბარიერულ ფენას ან კოსმოსური დამუხტვის რეგიონს უწოდებენ.

ბარიერის ფენის სიგანეზე მნიშვნელოვნად მოქმედებს მინარევების ატომების კონცენტრაცია. მინარევების ატომების კონცენტრაციის მატება ავიწროებს ბარიერის ფენას, კლება კი აფართოებს მას. ეს ხშირად გამოიყენება ნახევარგამტარულ მოწყობილობებს საჭირო თვისებების მისაცემად.

ნახევარგამტარები არის ნივთიერებები, რომლებიც შუალედურია ელექტროგამტარებლობაში კარგ გამტარებსა და კარგ იზოლატორებს შორის (დიელექტრიკები).

ნახევარგამტარები ასევე არის ქიმიური ელემენტები (გერმანიუმი Ge, სილიციუმი Si, სელენი Se, ტელურუმი Te) და ქიმიური ელემენტების ნაერთები (PbS, CdS და სხვ.).

სხვადასხვა ნახევარგამტარებში დენის მატარებლების ბუნება განსხვავებულია. ზოგიერთ მათგანში მუხტის მატარებელია იონები; სხვებში მუხტის მატარებლები ელექტრონებია.

ნახევარგამტარების შინაგანი გამტარობა

ნახევარგამტარებში არსებობს ორი სახის შინაგანი გამტარობა: ელექტრონული გამტარობა და ხვრელების გამტარობა ნახევარგამტარებში.

1. ნახევარგამტარების ელექტრონული გამტარობა.

ელექტრონული გამტარობა ხორციელდება თავისუფალი ელექტრონების ატომთაშორის სივრცეში მიმართული მოძრაობით, რომლებმაც დატოვეს ატომის ვალენტური გარსი გარე გავლენის შედეგად.

2. ნახევარგამტარების ხვრელების გამტარობა.

ხვრელის გამტარობა ხორციელდება ვალენტური ელექტრონების მიმართული მოძრაობით წყვილ-ელექტრონულ ბმებში - ხვრელების ვაკანტურ ადგილებზე. ნეიტრალური ატომის ვალენტური ელექტრონი, რომელიც მდებარეობს პოზიტიური იონის (ხვრელის) სიახლოვეს, იზიდავს ხვრელს და ხტება მასში. ამ შემთხვევაში, ნეიტრალური ატომის ნაცვლად წარმოიქმნება დადებითი იონი (ხვრელი), ხოლო დადებითი იონის (ხვრელი) – ნეიტრალური ატომი.

იდეალურად სუფთა ნახევარგამტარში ყოველგვარი უცხო მინარევების გარეშე, თითოეული თავისუფალი ელექტრონი შეესაბამება ერთი ხვრელის წარმოქმნას, ე.ი. ელექტრონებისა და ხვრელების რაოდენობა, რომლებიც მონაწილეობენ დენის წარმოქმნაში, იგივეა.

გამტარობას, რომლის დროსაც ხდება მუხტის მატარებლების იგივე რაოდენობა (ელექტრონები და ხვრელები), ეწოდება ნახევარგამტარების შინაგანი გამტარობა.

ნახევარგამტარების შინაგანი გამტარობა ჩვეულებრივ მცირეა, რადგან თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობა მცირეა. მინარევების ოდნავი კვალი რადიკალურად ცვლის ნახევარგამტარების თვისებებს.

ნახევარგამტარების ელექტრული გამტარობა მინარევების არსებობისას

ნახევარგამტარში მინარევები არის უცხო ქიმიური ელემენტების ატომები, რომლებიც არ შეიცავს მთავარ ნახევარგამტარს.

მინარევების გამტარობა- ეს არის ნახევარგამტარების გამტარობა, მათ ბროლის გისოსებში მინარევების შეყვანის გამო.

ზოგიერთ შემთხვევაში, მინარევების გავლენა გამოიხატება იმაში, რომ გამტარობის "ხვრელის" მექანიზმი პრაქტიკულად შეუძლებელი ხდება, ხოლო ნახევარგამტარში დენი ძირითადად თავისუფალი ელექტრონების მოძრაობით ხორციელდება. ასეთ ნახევარგამტარებს ე.წ ელექტრონული ნახევარგამტარებიან n ტიპის ნახევარგამტარები(ლათინური სიტყვიდან negativus - უარყოფითი). მთავარი მუხტის მატარებლები ელექტრონებია და არა მთავარი ხვრელები. n ტიპის ნახევარგამტარები არის ნახევარგამტარები დონორის მინარევებით.

1. დონორის მინარევები.

დონორი მინარევები არის ის, რომელიც ადვილად სწირავს ელექტრონებს და, შესაბამისად, ზრდის თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობას. დონორის მინარევები ამარაგებს გამტარ ელექტრონებს იმავე რაოდენობის ხვრელების გაჩენის გარეშე.

დონორის მინარევების ტიპიური მაგალითი ოთხვალენტიან გერმანიუმში Ge არის ხუთვალენტიანი დარიშხანის ატომები As.

სხვა შემთხვევაში თავისუფალი ელექტრონების მოძრაობა პრაქტიკულად შეუძლებელი ხდება, დენი კი მხოლოდ ხვრელების მოძრაობით ხორციელდება. ამ ნახევარგამტარებს ე.წ ხვრელების ნახევარგამტარებიან p-ტიპის ნახევარგამტარები(ლათინური სიტყვიდან positivus - დადებითი). მთავარი მუხტის მატარებლები ხვრელებია და არა მთავარი ელექტრონები. . p-ტიპის ნახევარგამტარები არის ნახევარგამტარები მიმღები მინარევებით.

მიმღები მინარევები არის მინარევები, რომლებშიც არ არის საკმარისი ელექტრონები ნორმალური წყვილი-ელექტრონული ბმის შესაქმნელად.

გერმანიუმის Ge-ში მიმღები მინარევების მაგალითია გალიუმის სამვალენტიანი ატომები Ga

ელექტრული დენი p-ტიპის და n-ტიპის p-n შეერთების ნახევარგამტარების შეხებით არის p-ტიპის და n-ტიპის ორი მინარევის ნახევარგამტარის საკონტაქტო ფენა; p-n შეერთება არის საზღვრის გამყოფი რეგიონები ხვრელით (p) გამტარობით და ელექტრონული (n) გამტარობით იმავე ერთ კრისტალში.

პირდაპირი p-n შეერთება

თუ n ნახევარგამტარი დაკავშირებულია დენის წყაროს უარყოფით პოლუსთან, ხოლო დენის წყაროს დადებითი პოლუსი დაკავშირებულია p ნახევარგამტართან, მაშინ ელექტრული ველის მოქმედებით ელექტრონები n-ნახევარგამტარში და ხვრელები p-ნახევარგამტარში გადაინაცვლებს ერთმანეთისკენ ნახევარგამტარული ინტერფეისისკენ. ელექტრონები, რომლებიც კვეთენ საზღვარს, "ავსებენ" ხვრელებს, დენი pn შეერთების გავლით ხორციელდება ძირითადი მუხტის მატარებლების მიერ. შედეგად, მთელი ნიმუშის გამტარობა იზრდება. გარე ელექტრული ველის ასეთი პირდაპირი (გამტარი) მიმართულებით, ბარიერის ფენის სისქე და მისი წინააღმდეგობა მცირდება.

ამ მიმართულებით დენი გადის ორი ნახევარგამტარის საზღვარზე.

საპირისპირო pn შეერთება

თუ n-ნახევარგამტარი დაკავშირებულია დენის წყაროს დადებით პოლუსთან, ხოლო p-ნახევარგამტარი დაკავშირებულია ენერგიის წყაროს უარყოფით პოლუსთან, მაშინ ელექტრონები n-ნახევარგამტარში და ხვრელები p-ნახევარგამტარში მოქმედების ქვეშ. ელექტრული ველი მოძრაობს ინტერფეისიდან საპირისპირო მიმართულებით, დენი p-n-გადასასვლელში ახორციელებს მცირე მუხტის მატარებლებს. ეს იწვევს ბარიერის ფენის გასქელებას და მისი წინააღმდეგობის მატებას. შედეგად, ნიმუშის გამტარობა აღმოჩნდება უმნიშვნელო, წინააღმდეგობა კი დიდი.

იქმნება ე.წ. ბარიერული ფენა. გარე ველის ამ მიმართულებით, ელექტრული დენი პრაქტიკულად არ გადის p- და n- ნახევარგამტარების კონტაქტში.

ამრიგად, ელექტრონულ ხვრელში გადასვლას აქვს ცალმხრივი გამტარობა.

დენის დამოკიდებულება ძაბვა - ვოლტი - დენი p-n შეერთების მახასიათებელზე ნაჩვენებია ნახატზე (ვოლტი - პირდაპირი p-n შეერთების დამახასიათებელი დენის მახასიათებელი ნაჩვენებია მყარი ხაზით, ვოლტ - ამპერი ნაჩვენებია საპირისპირო p-n შეერთების წერტილოვანი ხაზით).

ნახევარგამტარები:

ნახევარგამტარული დიოდი - ალტერნატიული დენის გასასწორებლად, იგი იყენებს ერთ p - n - შეერთებას სხვადასხვა წინააღმდეგობით: წინა მიმართულებით, p - n - შეერთების წინააღმდეგობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე საპირისპირო მიმართულებით.

ფოტორეზისტორები - სუსტი სინათლის ნაკადების აღრიცხვისა და გაზომვისთვის. მათი დახმარებით განსაზღვრეთ ზედაპირების ხარისხი, აკონტროლეთ პროდუქტების ზომები.

თერმისტორები - დისტანციური ტემპერატურის გაზომვისთვის, ხანძარსაწინააღმდეგო სიგნალიზაციისთვის.

გაკვეთილი No41-169 ელექტრული დენი ნახევარგამტარებში. ნახევარგამტარული დიოდი. ნახევარგამტარული მოწყობილობები.

ნახევარგამტარი არის ნივთიერება, რომლის წინაღობა შეიძლება განსხვავდებოდეს ფართო დიაპაზონში და ძალიან სწრაფად იკლებს ტემპერატურის მატებასთან ერთად, რაც ნიშნავს, რომ იზრდება ელექტრული გამტარობა. იგი შეინიშნება სილიციუმში, გერმანიუმში, სელენში და ზოგიერთ ნაერთში. გამტარობის მექანიზმი ნახევარგამტარებში ნახევარგამტარ კრისტალებს აქვთ ატომური კრისტალური ბადე, სადაც გარე ელექტრონები მეზობელ ატომებს უკავშირდება კოვალენტური ბმებით. დაბალ ტემპერატურაზე, სუფთა ნახევარგამტარებს არ აქვთ თავისუფალი ელექტრონები და ის იქცევა როგორც დიელექტრიკი. თუ ნახევარგამტარი სუფთაა (მინარევების გარეშე), მაშინ მას აქვს საკუთარი გამტარობა (პატარა).არსებობს ორი სახის შინაგანი გამტარობა: 1) ელექტრონული (გამტარობა" პ"-ტიპი) ნახევარგამტარებში დაბალ ტემპერატურაზე ყველა ელექტრონი დაკავშირებულია ბირთვებთან და წინააღმდეგობა დიდია; ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია, იშლება ბმები და ჩნდება თავისუფალი ელექტრონები - წინააღმდეგობა მცირდება. თავისუფალი ელექტრონები მოძრაობენ საპირისპიროდ. ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორამდე ნახევარგამტარების ელექტრონული გამტარობა განპირობებულია თავისუფალი ელექტრონების არსებობით. 2) ხვრელი (გამტარობის „p“-ტიპი) ტემპერატურის მატებასთან ერთად ნადგურდება ატომებს შორის ვალენტური ელექტრონების მიერ განხორციელებული კოვალენტური ბმები და იქმნება ადგილები დაკარგული ელექტრონით - "ხვრელი". მისი ადგილი შეიძლება შეიცვალოს ვალენტური ელექტრონებით. "ხვრელის" მოძრაობა უდრის დადებითი მუხტის მოძრაობას. ხვრელის მოძრაობა ხდება მიმართულებით. ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორი.კოვალენტური ბმების რღვევა და ნახევარგამტარების შინაგანი გამტარობის წარმოქმნა შეიძლება გამოწვეული იყოს გათბობით, განათებით. m (ფოტოგამტარობა) და ძლიერი ელექტრული ველების მოქმედება. R(t) დამოკიდებულება: თერმისტორი
- დისტანციური გაზომვა t; - ხანძრის სიგნალიზაცია

სუფთა ნახევარგამტარის მთლიანი გამტარობა არის "p" და "n" ტიპების გამტარებლობის ჯამი და ეწოდება ელექტრონულ ხვრელ გამტარობას. ნახევარგამტარები მინარევების არსებობისას მათ აქვთ საკუთარი და მინარევის გამტარობა. მინარევების არსებობა მნიშვნელოვნად ზრდის გამტარობას. როდესაც იცვლება მინარევების კონცენტრაცია, იცვლება ელექტრული დენის მატარებლების - ელექტრონებისა და ხვრელების რაოდენობა. დენის კონტროლის უნარი საფუძვლად უდევს ნახევარგამტარების ფართო გამოყენებას. არსებობს შემდეგი მინარევები: 1) დონორი მინარევები (დონატი) - დამატებითია ელექტრონების მიმწოდებლები ნახევარგამტარულ კრისტალებს, ადვილად აძლევენ ელექტრონებს და ზრდიან თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობას ნახევარგამტარში. ესენი არიან დირიჟორები n "- ტიპი, ანუ ნახევარგამტარები დონორის მინარევებით, სადაც მთავარი მუხტის მატარებელია ელექტრონები, ხოლო უმნიშვნელო მუხტი არის ხვრელები. ასეთ ნახევარგამტარს აქვს ელექტრონული მინარევის გამტარობა (მაგალითად არის დარიშხანი). 2) მიმღები მინარევები (მიმღები) ქმნიან "ხვრელებს", იღებენ ელექტრონებს საკუთარ თავში. ეს არის "p" ტიპის ნახევარგამტარები, ე.ი. ნახევარგამტარები მიმღები მინარევებით, სადაც არის მუხტის მთავარი მატარებელი ხვრელები, ხოლო უმცირესობა - ელექტრონები. ასეთი ნახევარგამტარი აქვს ხვრელის მინარევის გამტარობა (მაგალითად არის ინდიუმი). ელექტრული თვისებები "p- ნ"გადასვლები."p-n" გადასვლა (ან ელექტრონულ ხვრელზე გადასვლა) - ორი ნახევარგამტარის საკონტაქტო არე, სადაც გამტარობა იცვლება ელექტრონულიდან ხვრელამდე (ან პირიქით). AT შესაძლებელია ასეთი უბნების შექმნა ნახევარგამტარულ კრისტალში მინარევების შეყვანით. სხვადასხვა გამტარობის მქონე ორი ნახევარგამტარის კონტაქტურ ზონაში მოხდება ელექტრონებისა და ხვრელების ურთიერთდიფუზია და წარმოიქმნება დამბლოკავი ბარიერი. ელექტრო ფენა. ბარიერის ფენის ელექტრული ველი ხელს უშლისელექტრონებისა და ხვრელების შემდგომი გადასვლა საზღვარზე. ბარიერის ფენას აქვს გაზრდილი წინააღმდეგობა ნახევარგამტარის სხვა უბნებთან შედარებით. AT გარე ელექტრული ველი გავლენას ახდენს ბარიერის ფენის წინააღმდეგობაზე. გარე ელექტრული ველის პირდაპირი (გადაცემის) მიმართულებით დენი გადის ორი ნახევარგამტარის საზღვარზე. იმიტომ რომ ელექტრონები და ხვრელები ერთმანეთისკენ მოძრაობენ ინტერფეისისკენ, შემდეგ ელექტრონები, საზღვრის გადაკვეთა, შეავსეთ ხვრელები. ბარიერის ფენის სისქე და მისი წინააღმდეგობა მუდმივად მცირდება.

პ ბლოკირებით (გარე ელექტრული ველის საპირისპირო მიმართულებით), დენი არ გაივლის ორი ნახევარგამტარის საკონტაქტო ზონას. იმიტომ რომ ელექტრონები და ხვრელები მოძრაობენ საზღვრიდან საპირისპირო მიმართულებით, შემდეგ ბლოკირების ფენა სქელდება, იზრდება მისი წინააღმდეგობა. ამრიგად, ელექტრონულ ხვრელში გადასვლას აქვს ცალმხრივი გამტარობა.

ნახევარგამტარული დიოდი- ნახევარგამტარი ერთი "rn" შეერთებით.პ
ნახევარგამტარული დიოდები არის AC rectifers- ის ძირითადი ელემენტები.
ელექტრული ველის გამოყენებისას: ერთი მიმართულებით, ნახევარგამტარის წინააღმდეგობა მაღალია, საპირისპირო მიმართულებით, წინააღმდეგობა დაბალია.
ტრანზისტორები.(ინგლისური სიტყვებიდან transfer - transfer, resistor - წინააღმდეგობა) განვიხილოთ გერმანიუმის ან სილიკონისგან დამზადებული ტრანზისტორების ერთ-ერთი სახეობა მათში შეყვანილი დონორი და მიმღები მინარევებით. მინარევების განაწილება ისეთია, რომ ძალიან თხელი (რამდენიმე მიკრომეტრის რიგის მიხედვით) n-ტიპის ნახევარგამტარული ფენა იქმნება ორ p-ტიპის ნახევარგამტარულ ფენას შორის (იხ. ნახ.). ამ თხელ ფენას ე.წ საფუძველიან ბაზა.კრისტალს აქვს ორი რ-n-შეერთებები, რომელთა პირდაპირი მიმართულებები საპირისპიროა. სხვადასხვა ტიპის გამტარობის მქონე უბნებიდან სამი გამოსავალი საშუალებას გაძლევთ ჩართოთ ტრანზისტორი ნახატზე ნაჩვენები წრეში. ამ ჩართვით, მარცხენა რ-n-jump არის პირდაპირიდა გამოყოფს ფუძეს p-ტიპის რეგიონისგან, რომელსაც ე.წ გამომცემელი.თუ უფლება არ იყო რ-n-შეერთება, ემიტერ-ბაზის წრედში იქნება დენი, რაც დამოკიდებულია წყაროების ძაბვაზე (ბატარეები B1და AC ძაბვის წყარო) და მიკროსქემის წინააღმდეგობა, პირდაპირი ემიტერ-ბაზის შეერთების დაბალი წინააღმდეგობის ჩათვლით. ბატარეა B2ჩართულია ისე, რომ მარჯვენა რ-n-შეერთება წრედში (იხ. ნახ.) არის საპირისპირო.ის გამოყოფს საფუძველს მარჯვენა p-ტიპის რეგიონისგან, რომელსაც ეწოდება კოლექციონერი.თუ აღარ დარჩა რ-n-შეერთება, დენი კოლექტორის წრეში ახლოს იქნება ნულთან, რადგან საპირისპირო შეერთების წინააღმდეგობა ძალიან მაღალია. მარცხნივ დენის არსებობისას რ-n-შეერთების დენი ასევე ჩნდება კოლექტორის წრეში და კოლექტორში დენი მხოლოდ ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე დენი ემიტერში (თუ უარყოფითი ძაბვა გამოიყენება ემიტერზე, მაშინ მარცხენა რ-n-შეერთება შებრუნებული იქნება და პრაქტიკულად არ იქნება დენი ემიტერის წრეში და კოლექტორის წრეში). როდესაც ემიტერსა და ფუძეს შორის ძაბვა იქმნება, პ-ტიპის ნახევარგამტარის ძირითადი მატარებლები - ხვრელები შეაღწევენ ბაზაში, სადაც ისინი უკვე მცირე მატარებლები არიან. ვინაიდან ფუძის სისქე ძალიან მცირეა და მასში უმრავლესობის მატარებლების (ელექტრონების) რაოდენობა მცირეა, მასში ჩავარდნილი ხვრელები ძნელად ერწყმის (არ ერწყმის) ბაზის ელექტრონებს და შეაღწევს კოლექტორში დიფუზიის გამო. უფლება რ-n-შეერთება დახურულია ფუძის ძირითადი მუხტის მატარებლებისთვის - ელექტრონებისთვის, მაგრამ არა ხვრელებისთვის. კოლექტორში ხვრელებს ელექტრული ველი ატარებს და ხურავს წრეს. ფუძიდან ამოფრქვევის წრეში დენის განშტოების სიძლიერე ძალიან მცირეა, ვინაიდან ფუძის განივი კვეთის ფართობი ჰორიზონტალურ (იხ. ნახ. ზემოთ) სიბრტყეში გაცილებით მცირეა, ვიდრე განივი კვეთის ფართობი ვერტიკალურ სიბრტყეში.

კოლექტორში დენი, რომელიც თითქმის უტოლდება დენის დინებას, იცვლება ემიტერში დენთან ერთად. რეზისტორის წინააღმდეგობა R მცირე გავლენას ახდენს კოლექტორში არსებულ დენზე და ეს წინააღმდეგობა შეიძლება იყოს საკმარისად დიდი. ემიტერის დენის კონტროლით AC ძაბვის წყაროსთან, რომელიც შედის მის წრეში, ვიღებთ ძაბვის სინქრონულ ცვლილებას რეზისტორზე R-ზე. .

რეზისტორის დიდი წინააღმდეგობით, მასზე ძაბვის ცვლილება შეიძლება იყოს ათობით ათასი ჯერ მეტი, ვიდრე სიგნალის ძაბვის ცვლილება ემიტერის წრეში. ეს ნიშნავს გაზრდილ ძაბვას. ამიტომ, დატვირთვაზე რ შესაძლებელია ელექტრული სიგნალების მიღება, რომელთა სიმძლავრე მრავალჯერ აღემატება ემიტერის წრეში შემავალ სიმძლავრეს.

ტრანზისტორების გამოყენებაᲗვისებები რ-n-შეერთებები ნახევარგამტარებში გამოიყენება ელექტრული რხევების გასაძლიერებლად და წარმოქმნისთვის.

3

ნახევარგამტარები იკავებენ შუალედურ ადგილს ელექტრული გამტარობის (ან წინაღობის) გამტარებსა და დიელექტრიკებს შორის. ამასთან, ყველა ნივთიერების ეს დაყოფა მათი ელექტრული გამტარობის თვისების მიხედვით არის პირობითი, რადგან მრავალი მიზეზის გავლენის ქვეშ (მინარევები, დასხივება, გათბობა) მნიშვნელოვნად იცვლება მრავალი ნივთიერების ელექტრული გამტარობა და წინააღმდეგობა, განსაკუთრებით ნახევარგამტარებისთვის.

ამ თვალსაზრისით, ნახევარგამტარები გამოირჩევიან ლითონებისგან მთელი რიგი მახასიათებლებით:

1. ნახევარგამტარების წინაღობა ნორმალურ პირობებში გაცილებით მეტია, ვიდრე ლითონებისა;

2. სუფთა ნახევარგამტარების სპეციფიკური წინააღმდეგობა მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად (ლითონებისთვის ის იზრდება);

3. როდესაც ნახევარგამტარები განათებულია, მათი წინააღმდეგობა მნიშვნელოვნად მცირდება (სინათლე თითქმის არ მოქმედებს ლითონების წინააღმდეგობაზე):

4. მინარევების უმნიშვნელო რაოდენობა ძლიერ გავლენას ახდენს ნახევარგამტარების წინააღმდეგობაზე.

ნახევარგამტარები მოიცავს 12 ქიმიურ ელემენტს პერიოდული ცხრილის შუა ნაწილში (ნახ. 1) - B, C, Si, P, S, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, I, მესამე ჯგუფის ელემენტების ნაერთები. მეხუთე ჯგუფის ელემენტებით, მეტალების მრავალი ოქსიდი და სულფიდი, რიგი სხვა ქიმიური ნაერთები, ზოგიერთი ორგანული ნივთიერება. გერმანიუმ Ge-ს და სილიკონის Si-ს უდიდესი გამოყენება აქვთ მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში.

ნახევარგამტარები შეიძლება იყოს სუფთა ან დოპირებული. შესაბამისად, განასხვავებენ ნახევარგამტარების შინაგან და მინარევის გამტარობას. მინარევები, თავის მხრივ, იყოფა დონორად და მიმღებად.

თვითელექტრული გამტარობა

ნახევარგამტარებში ელექტრული გამტარობის მექანიზმის გასაგებად, მოდით განვიხილოთ ნახევარგამტარული კრისტალების სტრუქტურა და ობლიგაციების ბუნება, რომლებიც ატარებენ კრისტალების ატომებს ერთმანეთთან ახლოს. გერმანიუმის და სხვა ნახევარგამტარების კრისტალებს აქვთ ატომური კრისტალური ბადე (ნახ. 2).

გერმანიუმის სტრუქტურის ბრტყელი დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 3.

გერმანიუმი ოთხვალენტიანი ელემენტია, ატომის გარე გარსში არის ოთხი ელექტრონი, რომლებიც უფრო სუსტია დაკავშირებული ბირთვთან, ვიდრე დანარჩენი. გერმანიუმის თითოეული ატომის უახლოესი მეზობლების რიცხვი ასევე არის 4. გერმანიუმის თითოეული ატომის ოთხი ვალენტური ელექტრონი დაკავშირებულია მეზობელი ატომების იმავე ელექტრონებთან ქიმიური წყვილი ელექტრონებით ( კოვალენტური) კავშირები. ამ ბმის ფორმირებაში, თითოეული ატომიდან მონაწილეობს ერთი ვალენტური ელექტრონი, რომლებიც იშლება ატომებიდან (კრისტალით კოლექტივირდება) და მათი მოძრაობის დროს დროის უმეტეს ნაწილს მეზობელ ატომებს შორის სივრცეში ატარებს. მათი უარყოფითი მუხტი ინარჩუნებს დადებით გერმანიუმის იონებს ერთმანეთთან ახლოს. ამ სახის კავშირი შეიძლება პირობითად გამოსახული იყოს ბირთვების დამაკავშირებელი ორი ხაზით (იხ. სურ. 3).

მაგრამ ელექტრონების მოძრავი წყვილი მხოლოდ ორ ატომზე მეტს ეკუთვნის. თითოეული ატომი აყალიბებს ოთხ კავშირს მეზობლებთან და მოცემული ვალენტური ელექტრონი შეიძლება მოძრაობდეს რომელიმე მათგანის გასწვრივ (ნახ. 4). მიაღწია მეზობელ ატომს, მას შეუძლია გადავიდეს შემდეგზე, შემდეგ კი მთელ ბროლის გასწვრივ. კოლექტივიზებული ვალენტური ელექტრონები მიეკუთვნება მთელ კრისტალს.

გერმანიუმის კოვალენტური ბმები საკმაოდ ძლიერია და არ იშლება დაბალ ტემპერატურაზე. ამიტომ, გერმანიუმი არ ატარებს ელექტროენერგიას დაბალ ტემპერატურაზე. ატომების შეერთებაში მონაწილე ვალენტური ელექტრონები მყარად არის მიბმული ბროლის ბადეში და გარე ელექტრული ველი არ ახდენს შესამჩნევ გავლენას მათ მოძრაობაზე. სილიკონის კრისტალს მსგავსი სტრუქტურა აქვს.

ქიმიურად სუფთა ნახევარგამტარის ელექტრული გამტარობა შესაძლებელია, როდესაც კრისტალებში კოვალენტური ბმები იშლება და ჩნდება თავისუფალი ელექტრონები.

დამატებით ენერგიას, რომელიც უნდა დაიხარჯოს კოვალენტური ბმის გასაწყვეტად და ელექტრონი თავისუფალი გახდეს, ეწოდება აქტივაციის ენერგია.

ელექტრონებს შეუძლიათ მიიღონ ეს ენერგია კრისტალის გახურებით, მაღალი სიხშირის ელექტრომაგნიტური ტალღებით დასხივებით და ა.შ.

როგორც კი ელექტრონი, რომელმაც შეიძინა საჭირო ენერგია, ტოვებს ლოკალიზებულ კავშირს, მასზე ჩნდება ვაკანსია. ეს ვაკანსია ადვილად შეიძლება შეივსოს მეზობელი ბმის ელექტრონით, რომელზედაც, შესაბამისად, ვაკანსიაც იქმნება. ამრიგად, ბმის ელექტრონების მოძრაობის გამო, ვაკანსიები მოძრაობენ მთელ ბროლში. ეს ვაკანსია ზუსტად ისე იქცევა, როგორც თავისუფალი ელექტრონი - ის თავისუფლად მოძრაობს ნახევარგამტარის უმეტეს ნაწილზე. უფრო მეტიც, იმის გათვალისწინებით, რომ როგორც მთლიანი ნახევარგამტარი, ისე მისი თითოეული ატომი ელექტრულად ნეიტრალურია უწყვეტი კოვალენტური ბმებით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ელექტრონი, რომელიც ტოვებს ბმას და წარმოიქმნება ვაკანსია, ფაქტობრივად ექვივალენტურია ჭარბი დადებითი მუხტის გამოჩენაზე. ეს ობლიგაცია. ამიტომ, წარმოქმნილი ვაკანსია ფორმალურად შეიძლება ჩაითვალოს დადებითი მუხტის მატარებლად, რომელსაც ე.წ ხვრელი(ნახ. 5).

ამრიგად, ელექტრონის გამგზავრება ლოკალიზებული ბმიდან წარმოქმნის თავისუფალი მუხტის მატარებლების წყვილს - ელექტრონს და ხვრელს. მათი კონცენტრაცია სუფთა ნახევარგამტარში იგივეა. ოთახის ტემპერატურაზე თავისუფალი მატარებლების კონცენტრაცია სუფთა ნახევარგამტარებში დაბალია, დაახლოებით 10 9 ÷ 10 10-ჯერ ნაკლები ატომების კონცენტრაციაზე, მაგრამ ის სწრაფად იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.

• შეადარეთ ლითონებს: იქ თავისუფალი ელექტრონების კონცენტრაცია დაახლოებით ტოლია ატომების კონცენტრაციას.

გარე ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში, ეს თავისუფალი ელექტრონები და ხვრელები შემთხვევით მოძრაობენ ნახევარგამტარ კრისტალში.

გარე ელექტრულ ველში ელექტრონები მოძრაობენ ელექტრული ველის სიძლიერის მიმართულების საპირისპირო მიმართულებით. დადებითი ხვრელები მოძრაობენ ელექტრული ველის სიძლიერის მიმართულებით (სურ. 6). ელექტრონებისა და ხვრელების გადაადგილების პროცესი გარე ველში ხდება ნახევარგამტარის მთელ მოცულობაში.

ნახევარგამტარის მთლიანი ელექტრული გამტარობა არის ხვრელისა და ელექტრონის გამტარობის ჯამი. ამ შემთხვევაში, სუფთა ნახევარგამტარებში, გამტარ ელექტრონების რაოდენობა ყოველთვის ტოლია ხვრელების რაოდენობაზე. ამიტომ, ამბობენ, რომ სუფთა ნახევარგამტარებს აქვთ ელექტრონის ხვრელის გამტარობა, ან საკუთარი გამტარობა.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება კოვალენტური ბმების რღვევების რაოდენობა და იზრდება თავისუფალი ელექტრონების და ხვრელების რაოდენობა სუფთა ნახევარგამტარების კრისტალებში და, შესაბამისად, იზრდება ელექტრული გამტარობა და მცირდება სუფთა ნახევარგამტარების წინაღობა. სუფთა ნახევარგამტარის წინაღობის ტემპერატურაზე დამოკიდებულების გრაფიკი ნაჩვენებია ნახ. 7.

გათბობის გარდა, კოვალენტური ბმების გაწყვეტა და, შედეგად, ნახევარგამტარების შინაგანი გამტარობის გამოჩენა და წინააღმდეგობის დაქვეითება შეიძლება გამოწვეული იყოს განათებით (ნახევარგამტარის ფოტოგამტარობა), ასევე ძლიერი ელექტრული ველების მოქმედებით. .

ნახევარგამტარების მინარევის გამტარობა

ნახევარგამტარების გამტარობა იზრდება მინარევების შეყვანისას, როდესაც, შინაგან გამტარობასთან ერთად, წარმოიქმნება დამატებითი მინარევის გამტარობა.

მინარევების გამტარობანახევარგამტარებს უწოდებენ გამტარობას, ნახევარგამტარში მინარევების არსებობის გამო.

დაბინძურების ცენტრები შეიძლება იყოს:

1. ქიმიური ელემენტების ატომები ან იონები, რომლებიც ჩართულია ნახევარგამტარულ გისოსებში;

2. ჭარბი ატომები ან იონები ჩადგმული გისოსების შუალედებში;

3. ბროლის გისოსის სხვადასხვა დეფექტი და დამახინჯება: ცარიელი კვანძები, ბზარები, ძვრები, რომლებიც წარმოიქმნება ბროლის დეფორმაციების დროს და ა.შ.

მინარევების კონცენტრაციის შეცვლით, შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს ამა თუ იმ ნიშნის მუხტის მატარებლების რაოდენობა და შექმნას ნახევარგამტარები ნეგატიურად ან დადებითად დამუხტული მატარებლების უპირატესი კონცენტრაციით.

მინარევები შეიძლება დაიყოს დონორად (დონორად) და აქცეპტორად (მიმღებად).

დონორის მინარევები

• ლათინურიდან "დონარე" - გაცემა, ჩუქება.

განვიხილოთ ნახევარგამტარის ელექტრული გამტარობის მექანიზმი დარიშხანის დონორის ხუთვალენტიანი მინარევით, რომელიც შეყვანილია კრისტალში, მაგალითად, სილიციუმში. ხუთვალენტიანი დარიშხანის ატომი აძლევს ოთხ ვალენტურ ელექტრონს კოვალენტური ბმების შესაქმნელად, ხოლო მეხუთე ელექტრონი არ არის დაკავებული ამ ობლიგაციებში (ნახ. 8).

სილიციუმში დარიშხანის მეხუთე ვალენტური ელექტრონის გამოყოფის ენერგია (იონიზაციის ენერგია) არის 0,05 eV = 0,08⋅10 -19 J, რაც 20-ჯერ ნაკლებია სილიციუმის ატომიდან ელექტრონის გამოყოფის ენერგიაზე. ამიტომ, უკვე ოთახის ტემპერატურაზე, დარიშხანის თითქმის ყველა ატომი კარგავს ერთ ელექტრონს და დადებით იონებად იქცევა. დარიშხანის დადებით იონებს არ შეუძლიათ მეზობელი ატომების ელექტრონების დაჭერა, რადგან მათი ოთხივე ბმა უკვე აღჭურვილია ელექტრონებით. ამ შემთხვევაში ელექტრონის ვაკანსიის მოძრაობა - „ხვრელი“ არ ხდება და ხვრელის გამტარობა ძალიან დაბალია, ე.ი. პრაქტიკულად არ არსებობს.

დონორის მინარევები- ეს არის მინარევები, რომლებიც ადვილად აბარებენ ელექტრონებს და, შესაბამისად, ზრდის თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობას. ელექტრული ველის არსებობისას, თავისუფალი ელექტრონები მოწესრიგებულ მოძრაობაში მოდიან ნახევარგამტარულ კრისტალში და მასში წარმოიქმნება ელექტრონული მინარევების გამტარობა. შედეგად, ვიღებთ უპირატესად ელექტრონული გამტარობის ნახევარგამტარს, რომელსაც n-ტიპის ნახევარგამტარი ეწოდება. (ლათინურიდან negativus - უარყოფითი).

ვინაიდან n-ტიპის ნახევარგამტარებში ელექტრონების რაოდენობა ბევრად აღემატება ხვრელების რაოდენობას, ელექტრონები არიან მუხტის მატარებლების უმეტესი ნაწილი, ხოლო ხვრელები - უმნიშვნელო.

მიმღები მინარევები

• ლათინური "მიმღებიდან" - მიმღები.

მიმღები მინარევის შემთხვევაში, მაგალითად, სამვალენტიანი ინდიუმი, მინარევების ატომს შეუძლია მისცეს თავისი სამი ელექტრონი კოვალენტური კავშირისთვის მხოლოდ სამ მეზობელ სილიციუმის ატომთან და ერთი ელექტრონი "აკლდება" (ნახ. 9). მეზობელი სილიციუმის ატომების ერთ-ერთ ელექტრონს შეუძლია შეავსოს ეს ბმა, მაშინ In ატომი გადაიქცევა უმოძრაო უარყოფით იონად და წარმოიქმნება ხვრელი იმ ელექტრონის ადგილას, რომელმაც დატოვა სილიციუმის ატომებიდან ერთ-ერთი. მიმღები მინარევები, რომლებიც იჭერენ ელექტრონებს და ამით ქმნიან მოძრავ ხვრელებს, არ ზრდის გამტარ ელექტრონების რაოდენობას. ძირითადი მუხტის მატარებლები ნახევარგამტარში, რომელსაც აქვს მიმღები მინარევები, არის ხვრელები, ხოლო უმცირესობის მატარებლები ელექტრონები.

მიმღები მინარევებიარის მინარევები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ხვრელების გამტარობას.

ნახევარგამტარებს, რომლებშიც ხვრელების კონცენტრაცია აღემატება გამტარ ელექტრონების კონცენტრაციას, ეწოდება p-ტიპის ნახევარგამტარები (ლათინურიდან positivus - დადებითი.).

უნდა აღინიშნოს, რომ მინარევების შეყვანა ნახევარგამტარებში, როგორც ნებისმიერ ლითონში, არღვევს ბროლის ბადის სტრუქტურას და აფერხებს ელექტრონების მოძრაობას. თუმცა, წინააღმდეგობა არ იზრდება იმის გამო, რომ მუხტის მატარებლების კონცენტრაციის გაზრდა მნიშვნელოვნად ამცირებს წინააღმდეგობას. ამრიგად, ბორის მინარევების შეყვანა 1 ატომის ოდენობით ასი ათასი სილიციუმის ატომზე ამცირებს სილიციუმის ელექტრულ წინააღმდეგობას დაახლოებით ათასჯერ, ხოლო ერთი ინდიუმის ატომის შერევა 10 8 - 10 9 გერმანიუმის ატომზე ამცირებს ელექტრულ წინააღმდეგობას. გერმანიუმი მილიონჯერ.

თუ დონორი და მიმღები მინარევები ერთდროულად შეჰყავთ ნახევარგამტარში, მაშინ ნახევარგამტარის გამტარობის ბუნება (n- ან p-ტიპი) განისაზღვრება მინარევით მუხტის მატარებლების უფრო მაღალი კონცენტრაციით.

ელექტრონულ ხვრელზე გადასვლა

ელექტრონულ ხვრელში გადასვლა (შემოკლებით p-n-შეერთება) ხდება ნახევარგამტარულ კრისტალში, რომელსაც ერთდროულად აქვს n-ტიპის (შეიცავს დონორის მინარევებს) და p-ტიპის (მიმღები მინარევებით) გამტარობის რეგიონები ამ რეგიონებს შორის საზღვარზე.

დავუშვათ, გვაქვს კრისტალი, რომელშიც მარცხნივ არის ნახევარგამტარული უბანი ხვრელით (p-ტიპის), ხოლო მარჯვნივ - ელექტრონული (n-ტიპის) გამტარობით (ნახ. 10). კონტაქტის წარმოქმნის დროს თერმული მოძრაობის გამო, n-ტიპის ნახევარგამტარებიდან ელექტრონები გავრცელდებიან p-ტიპის რეგიონში. ამ შემთხვევაში, არაკომპენსირებული დადებითი დონორი იონი დარჩება n ტიპის რეგიონში. ხვრელების გამტარობის მქონე რეგიონში გადასვლის შემდეგ, ელექტრონი ძალიან სწრაფად უერთდება ხვრელს და p-ტიპის რეგიონში წარმოიქმნება არაკომპენსირებული მიმღები იონი.

ელექტრონების მსგავსად, p-ტიპის რეგიონის ხვრელები ელექტრონულ რეგიონში დიფუზირდება და ხვრელების რეგიონში ტოვებს არაკომპენსირებულ უარყოფითად დამუხტულ მიმღებ იონს. ელექტრონულ რეგიონში გადასვლის შემდეგ, ხვრელი ელექტრონთან რეკომბინირებულია. შედეგად, ელექტრონულ რეგიონში წარმოიქმნება არაკომპენსირებული დადებითი დონორი იონი.

დიფუზიის შედეგად, ამ რეგიონებს შორის საზღვარზე წარმოიქმნება საპირისპიროდ დამუხტული იონების ორმაგი ელექტრული ფენა, სისქე. ლრომელიც არ აღემატება მიკრომეტრის ფრაქციებს.

ელექტრული ველი წარმოიქმნება სიძლიერის მქონე იონების ფენებს შორის ეი. ელექტრონ-ხვრელის შეერთების ელექტრული ველი (p-n-junction) ხელს უშლის ელექტრონებისა და ხვრელების შემდგომ გადასვლას ორ ნახევარგამტარებს შორის ინტერფეისის მეშვეობით. ბლოკირების ფენას აქვს გაზრდილი წინააღმდეგობა ნახევარგამტარების დანარჩენ მოცულობებთან შედარებით.

გარე ელექტრული ველი ინტენსივობით ეგავლენას ახდენს დამბლოკავი ელექტრული ველის წინააღმდეგობაზე. თუ n-ნახევარგამტარი დაკავშირებულია წყაროს უარყოფით პოლუსთან, ხოლო წყაროს პლუსი დაკავშირებულია p- ნახევარგამტართან, მაშინ ელექტრული ველის მოქმედებით ელექტრონები n-ნახევარგამტარში და ხვრელები p-ნახევარგამტარი გადავა ერთმანეთისკენ ნახევარგამტარული ინტერფეისისკენ (ნახ. 11). ელექტრონები, საზღვრის გადაკვეთისას, "ავსებენ" ხვრელებს. გარე ელექტრული ველის ასეთი პირდაპირი მიმართულებით, ბარიერის ფენის სისქე და მისი წინააღმდეგობა მუდმივად მცირდება. ამ მიმართულებით ელექტრული დენი გადის p-n შეერთებაზე.

p-n-შეერთების განხილული მიმართულება ეწოდება პირდაპირი. დენის დამოკიდებულება ძაბვაზე, ე.ი. ვოლტ-ამპერის მახასიათებლებიპირდაპირი გადასვლა, ნაჩვენებია ნახ. 12, როგორც მყარი ხაზი.

თუ n-ნახევარგამტარი უკავშირდება წყაროს დადებით პოლუსს, ხოლო p-ნახევარგამტარი - უარყოფითს, მაშინ ელექტრონები n-ნახევარგამტარში და ხვრელები p-ნახევარგამტარში ელექტრული ველის მოქმედებით გადაადგილდებიან. ინტერფეისიდან საპირისპირო მიმართულებით (სურ. 13). ეს იწვევს ბარიერის ფენის გასქელებას და მისი წინააღმდეგობის მატებას. გარე ელექტრული ველის მიმართულებას, რომელიც აფართოებს ბარიერის ფენას, ეწოდება ჩაკეტვა (საპირისპირო). გარე ველის ამ მიმართულებით, მთავარი მუხტის მატარებლების ელექტრული დენი არ გადის ორი p- და p- ნახევარგამტარის კონტაქტში.

p-n შეერთების დენი ახლა განპირობებულია ელექტრონებით, რომლებიც არიან p-ტიპის ნახევარგამტარში და n-ტიპის ნახევარგამტარის ხვრელებს. მაგრამ ძალიან ცოტაა უმცირესობის მუხტის მატარებლები, ამიტომ გადასვლის გამტარობა უმნიშვნელოა და მისი წინააღმდეგობა დიდია. p-n-შეერთების განხილული მიმართულება ეწოდება საპირისპირო, მისი მიმდინარე-ძაბვის მახასიათებელი ნაჩვენებია ნახ. 12 წყვეტილი ხაზი.

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ წინა და საპირისპირო გადასვლების მიმდინარე საზომი მასშტაბი განსხვავდება ათასჯერ.

გაითვალისწინეთ, რომ გარკვეული ძაბვის დროს, რომელიც გამოიყენება საპირისპირო მიმართულებით, არსებობს ავარია(ანუ განადგურება) p-n შეერთების.

ნახევარგამტარები

თერმისტორები

ნახევარგამტარების ელექტრული წინააღმდეგობა დიდად არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე. ეს თვისება გამოიყენება ტემპერატურის გასაზომად ნახევარგამტარის წრეში დენის სიძლიერით. ასეთ მოწყობილობებს ე.წ თერმისტორებიან თერმისტორები. ნახევარგამტარული ნივთიერება მოთავსებულია ლითონის დამცავ კორპუსში, რომელსაც აქვს იზოლირებული სადენები თერმისტორის ელექტრულ წრედთან შესაერთებლად.

გათბობის ან გაგრილების დროს თერმისტორების წინააღმდეგობის ცვლილება შესაძლებელს ხდის მათ გამოყენებას ტემპერატურის საზომ ინსტრუმენტებში, მუდმივი ტემპერატურის შენარჩუნება ავტომატურ მოწყობილობებში - დახურულ თერმოსტატის კამერებში, ხანძარსაწინააღმდეგო სიგნალიზაციის უზრუნველყოფა და ა.შ. თერმისტორები არსებობს ორივე ძალიან მაღალის გასაზომად ( თ≈ 1300 K) და ძალიან დაბალი ( თ≈ 4 - 80 კ) ტემპერატურა.

თერმისტორის სქემატური გამოსახულება (ნახ. ა) და ფოტოსურათი (ნახ. ბ) ნაჩვენებია სურათზე 14.

ბრინჯი. თოთხმეტი

ფოტორეზისტორები

ნახევარგამტარების ელექტრული გამტარობა იზრდება არა მხოლოდ გაცხელებისას, არამედ განათების დროსაც. ელექტრული გამტარობა იზრდება ობლიგაციების გაწყვეტისა და თავისუფალი ელექტრონებისა და ხვრელების წარმოქმნის გამო ნახევარგამტარზე სინათლის ინციდენტის ენერგიის გამო.

მოწყობილობები, რომლებიც ითვალისწინებენ ნახევარგამტარების ელექტრული გამტარობის დამოკიდებულებას განათებაზე, ე.წ. ფოტორეზისტორები.

ფოტორეზისტორების წარმოების მასალებია ისეთი ნაერთები, როგორიცაა CdS, CdSe, PbS და მრავალი სხვა.

ფოტორეზისტორების მცირე ზომა და მაღალი მგრძნობელობა შესაძლებელს ხდის მათ გამოყენებას სუსტი სინათლის ნაკადების ჩასაწერად და გასაზომად. ფოტორეზისტორების დახმარებით დგინდება ზედაპირების ხარისხი, კონტროლდება პროდუქციის ზომები და ა.შ.

ფოტორეზისტორის სქემატური გამოსახულება (ნახ. ა) და ფოტოსურათი (ნახ. ბ) ნაჩვენებია სურათზე 15.

ბრინჯი. თხუთმეტი

ნახევარგამტარული დიოდი

p-n შეერთების უნარი, გაატაროს დენი ერთი მიმართულებით, გამოიყენება ნახევარგამტარულ მოწყობილობებში ე.წ დიოდები.

ნახევარგამტარული დიოდები მზადდება გერმანიუმის, სილიციუმის, სელენისა და სხვა ნივთიერებებისგან.

ჰაერისა და სინათლის მავნე ზემოქმედების თავიდან ასაცილებლად, გერმანიუმის ბროლი მოთავსებულია ჰერმეტულ ლითონის ყუთში. ნახევარგამტარული დიოდები არის AC გამომსწორებლების ძირითადი ელემენტები (უფრო ზუსტად, ისინი გამოიყენება ალტერნატიული დენის პულსირებულ პირდაპირ დენად გადაქცევისთვის).

ნახევარგამტარული დიოდის სქემატური გამოსახულება (ნახ. ა) და ფოტოსურათი (ნახ. ბ) ნაჩვენებია სურათზე 16.

ბრინჯი. თექვსმეტი

LED-ები

სინათლის დიოდიან სინათლის დიოდი- ნახევარგამტარული მოწყობილობა p-n შეერთებით, რომელიც ქმნის ოპტიკურ გამოსხივებას მასში ელექტრული დენის გავლისას.

გამოსხივებული შუქი დევს სპექტრის ვიწრო დიაპაზონში, მისი სპექტრული მახასიათებლები, სხვა საკითხებთან ერთად, დამოკიდებულია მასში გამოყენებული ნახევარგამტარების ქიმიურ შემადგენლობაზე.

ლიტერატურა

1. აქსენოვიჩ L.A. ფიზიკა საშუალო სკოლაში: თეორია. Დავალებები. ტესტები: პროკ. შემწეობა დაწესებულებებისათვის, რომლებიც უზრუნველყოფენ გენერალ. გარემო, განათლება / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; რედ. კ.ს.ფარინო. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 300-308.
2. ბუროვი L.I., Strelchenya V.M. ფიზიკა A-დან Z-მდე: სტუდენტებისთვის, აპლიკანტებისთვის, მასწავლებლებისთვის. - მინსკი: პარადოქსი, 2000. - S. 219-228.
3. Myakishev G. Ya. ფიზიკა: ელექტროდინამიკა. 10 - 11 უჯრედი: სახელმძღვანელო ფიზიკის სიღრმისეული შესწავლისთვის / გ.ია. მიაკიშევი, ა.ზ. სინიაკოვი, ბ.ა. სლობოდკოვი. - M.: Bustard, 2005. - S. 309-320.
4. Yavorsky BM, Seleznev Yu. A. საცნობარო გზამკვლევი ფიზიკაში მათთვის, ვინც შედის უნივერსიტეტებში და თვითგანათლებაში. - M.: Nauka, 1984. - S. 165-169.

>>ფიზიკა: ელექტრული დენი ნახევარგამტარებში

რა არის მთავარი განსხვავება ნახევარგამტარებსა და გამტარებს შორის? ნახევარგამტარების რა სტრუქტურულმა მახასიათებლებმა მისცა მათ წვდომა ყველა რადიო მოწყობილობასთან, ტელევიზორთან და კომპიუტერთან?
განსხვავება გამტარებსა და ნახევარგამტარებს შორის განსაკუთრებით აშკარაა მათი ელექტრული გამტარობის ტემპერატურაზე დამოკიდებულების გაანალიზებისას. კვლევებმა აჩვენა, რომ რიგი ელემენტების (სილიციუმი, გერმანიუმი, სელენი და ა.შ.) და ნაერთების (PbS, CdS, GaAs და ა.შ.) წინააღმდეგობა არ იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, როგორც მეტალებში. სურ.16.3), მაგრამ, პირიქით, უკიდურესად მკვეთრად მცირდება ( სურ.16.4). ასეთ ნივთიერებებს ე.წ ნახევარგამტარები.

ნახატზე ნაჩვენები გრაფიკიდან ჩანს, რომ აბსოლუტურ ნულთან მიახლოებულ ტემპერატურაზე, ნახევარგამტარების წინაღობა ძალიან მაღალია. ეს ნიშნავს, რომ დაბალ ტემპერატურაზე ნახევარგამტარი იქცევა როგორც იზოლატორი. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მისი წინააღმდეგობა სწრაფად იკლებს.
ნახევარგამტარების სტრუქტურა. ტრანზისტორის მიმღების ჩართვისთვის არაფრის ცოდნა არ გჭირდებათ. მაგრამ მის შესაქმნელად ბევრი რამ უნდა იცოდე და არაჩვეულებრივი ნიჭი ჰქონოდა. ზოგადად, იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს ტრანზისტორი, არც ისე რთულია. ჯერ უნდა გაეცნოთ ნახევარგამტარებში გამტარობის მექანიზმს. და ამისათვის თქვენ უნდა ჩაუღრმავდეთ კავშირების ბუნებანახევარგამტარული ბროლის ატომების ერთმანეთის მიყოლებით.
მაგალითად, განვიხილოთ სილიციუმის კრისტალი.
სილიციუმი ოთხვალენტიანი ელემენტია. ეს ნიშნავს, რომ მისი ატომის გარე გარსში არის ოთხი ელექტრონი, შედარებით სუსტად შეკრული ბირთვთან. სილიციუმის თითოეული ატომის უახლოესი მეზობლების რაოდენობა ასევე ოთხია. სილიციუმის კრისტალის სტრუქტურის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 16.5.

მეზობელი ატომების წყვილის ურთიერთქმედება ხორციელდება წყვილი-ელექტრონული ბმის გამოყენებით, ე.წ. კოვალენტური ბმა. ამ ბმის ფორმირებაში მონაწილეობს ერთი ვალენტური ელექტრონი თითოეული ატომიდან, რომელიც გამოყოფილია ატომისგან, რომელსაც ეკუთვნის (კრისტალი გროვდება) და მათი მოძრაობის დროს დროის უმეტეს ნაწილს ატარებს მეზობელ ატომებს შორის. მათი უარყოფითი მუხტი ინარჩუნებს დადებით სილიციუმის იონებს ერთმანეთთან ახლოს.
არ უნდა ვიფიქროთ, რომ ელექტრონების კოლექტივიზებული წყვილი მხოლოდ ორ ატომს ეკუთვნის. თითოეული ატომი აყალიბებს ოთხ კავშირს თავის მეზობლებთან და ნებისმიერ ვალენტურ ელექტრონს შეუძლია გადაადგილება ერთ-ერთი მათგანის გასწვრივ. მიაღწია მეზობელ ატომს, მას შეუძლია გადავიდეს შემდეგზე, შემდეგ კი მთელ ბროლის გასწვრივ. ვალენტური ელექტრონები ეკუთვნის მთელ კრისტალს.
წყვილ-ელექტრონული ბმები სილიციუმის კრისტალში საკმარისად ძლიერია და არ იშლება დაბალ ტემპერატურაზე. ამიტომ სილიციუმი არ ატარებს ელექტროენერგიას დაბალ ტემპერატურაზე. ატომების შეერთებაში ჩართული ვალენტური ელექტრონები, როგორც ეს იყო, არის "ცემენტის ხსნარი", რომელიც იკავებს კრისტალურ გისოსს და გარე ელექტრული ველი არ ახდენს შესამჩნევ გავლენას მათ მოძრაობაზე. გერმანიუმის კრისტალს მსგავსი სტრუქტურა აქვს.
ელექტრონული გამტარობა.როდესაც სილიციუმი თბება, ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია იზრდება და ცალკეული ბმები იშლება. ზოგიერთი ელექტრონი ტოვებს თავის "ნაცემი ბილიკებს" და ხდება თავისუფალი, როგორც ელექტრონები მეტალში. ელექტრულ ველში ისინი მოძრაობენ მედის კვანძებს შორის, ქმნიან ელექტრულ დენს ( სურ.16.6).

ნახევარგამტარების გამტარობა მათში თავისუფალი ელექტრონების არსებობის გამო ეწოდება ელექტრონული გამტარობა. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება გატეხილი ბმების რაოდენობა და, შესაბამისად, თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობა. როდესაც თბება 300-დან 700 K-მდე, უფასო დამუხტვის მატარებლების რაოდენობა იზრდება 10 17-დან 10 24 1/მ 3-მდე. ეს იწვევს წინააღმდეგობის შემცირებას.
ხვრელის გამტარობა.როდესაც ბმა წყდება ნახევარგამტარის ატომებს შორის, იქმნება ვაკანსია დაკარგული ელექტრონით. მას ეძახიან ხვრელი. ხვრელს აქვს ჭარბი დადებითი მუხტი დანარჩენ გაუწყვეტელ ბმებთან შედარებით (იხ. სურ. 16.6).
კრისტალში ხვრელის პოზიცია არ არის დაფიქსირებული. შემდეგი პროცესი უწყვეტად მიმდინარეობს. ერთ-ერთი ელექტრონი, რომელიც უზრუნველყოფს ატომებს შორის კავშირს, ხტება წარმოქმნილი ხვრელის ადგილას და აღადგენს წყვილ-ელექტრონულ კავშირს აქ და საიდანაც ეს ელექტრონი გადმოხტა, იქმნება ახალი ხვრელი. ამრიგად, ხვრელს შეუძლია გადაადგილება მთელ კრისტალზე.
თუ ნიმუშში ელექტრული ველის სიძლიერე ნულის ტოლია, მაშინ ხვრელების მოძრაობა, რომელიც ექვივალენტურია დადებითი მუხტების მოძრაობაზე, ხდება შემთხვევით და, შესაბამისად, არ ქმნის ელექტრულ დენს. ელექტრული ველის არსებობისას ხდება ხვრელების მოწესრიგებული მოძრაობა და, ამრიგად, ხვრელების მოძრაობასთან დაკავშირებული ელექტრული დენი ემატება თავისუფალი ელექტრონების ელექტრულ დენს. ხვრელების მოძრაობის მიმართულება ეწინააღმდეგება ელექტრონების მოძრაობის მიმართულებას ( სურ.16.7).

გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში, არის ერთი ხვრელი (+) ერთი თავისუფალი ელექტრონისთვის (-). როდესაც ველი გამოიყენება, თავისუფალი ელექტრონი გადაადგილდება ველის სიძლიერის წინააღმდეგ. ამ მიმართულებით მოძრაობს ერთ-ერთი შეკრული ელექტრონიც. როგორც ჩანს, ხვრელი ველის მიმართულებით მოძრაობს.
ასე რომ, ნახევარგამტარებში არის ორი ტიპის მუხტის მატარებელი: ელექტრონები და ხვრელები. აქედან გამომდინარე, ნახევარგამტარებს აქვთ არა მხოლოდ ელექტრონული, არამედ ხვრელის გამტარობა.
ჩვენ განვიხილეთ გამტარობის მექანიზმი სუფთა ნახევარგამტარებში. ამ პირობებში გამტარობა ეწოდება საკუთარი გამტარობანახევარგამტარები.
სუფთა ნახევარგამტარების გამტარობა (შიდა გამტარობა) ხორციელდება თავისუფალი ელექტრონების მოძრაობით (ელექტრონული გამტარობა) და შეკრული ელექტრონების გადაადგილებით წყვილი-ელექტრონული ბმების ვაკანტურ ადგილებში (ხვრელების გამტარობა).

???
1. რა ბმას ეწოდება კოვალენტური?
2. რა განსხვავებაა ნახევარგამტარებისა და ლითონების წინააღმდეგობის ტემპერატურაზე დამოკიდებულებას შორის?
3. რა მობილური მუხტის მატარებლები არსებობს სუფთა ნახევარგამტარში?
4. რა ხდება, როდესაც ელექტრონი ხვდება ხვრელს?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, ფიზიკა 10 კლასი

გაკვეთილის შინაარსი გაკვეთილის შეჯამებამხარდაჭერა ჩარჩო გაკვეთილის პრეზენტაცია ამაჩქარებელი მეთოდები ინტერაქტიული ტექნოლოგიები ივარჯიშე ამოცანები და სავარჯიშოები თვითშემოწმების სემინარები, ტრენინგები, შემთხვევები, კვესტები საშინაო დავალების განხილვის კითხვები რიტორიკული კითხვები სტუდენტებისგან ილუსტრაციები აუდიო, ვიდეო კლიპები და მულტიმედიაფოტოები, ნახატები გრაფიკა, ცხრილები, სქემები იუმორი, ანეგდოტები, ხუმრობები, კომიქსები, იგავი, გამონათქვამები, კროსვორდები, ციტატები დანამატები რეფერატებისტატიები ჩიპები ცნობისმოყვარე საწოლებისთვის სახელმძღვანელოები ძირითადი და დამატებითი ტერმინების ლექსიკონი სხვა სახელმძღვანელოების და გაკვეთილების გაუმჯობესებასახელმძღვანელოში არსებული შეცდომების გასწორებასახელმძღვანელოში ფრაგმენტის განახლება გაკვეთილზე ინოვაციის ელემენტების მოძველებული ცოდნის ახლით ჩანაცვლება მხოლოდ მასწავლებლებისთვის სრულყოფილი გაკვეთილებისადისკუსიო პროგრამის წლის მეთოდოლოგიური რეკომენდაციები კალენდარული გეგმა ინტეგრირებული გაკვეთილები

თუ თქვენ გაქვთ შესწორებები ან წინადადებები ამ გაკვეთილზე,