Импульсті диодтар. Шоттки диоды

ДИОД

Егер де біз жоғарыда айтылған n — типті және p — типті екі жартылай өткізгіштерді бір — бірімен қоссақ, онда диод деген құралды аламыз. Диод деген сөз гректің дио — екі деген сөзінен алынған. (2.3-сурет).Бұл екеуін диодтың екі электроды деп атайды. Олар оң таңбалы анод пен терѕс таңбалы катод. Диодтың ашық және жабық кездері болады. Ашық күйінде ол токты жақсы өткізеді де, жабық күйінде нашар өскізеді, сіпті өткізбейді деп айтуға болады. Егер де батереяның оң полюсын диодтың анодымен,ал теріс полюсын катодымен қоссақ, онда диод арқылы ток жүреді (2.4-сурет).

Диодтың оң зарядты жағына қосылған ток көзінің оң полюсы жағындағы оң зарядтар диодтың өзі аттас зарядтарын өзіне итереді. Ал ток көзінің теріс полюс жағындағы теріс зарядтар диодтың теріс зарядтарын өзіне итереді. Ал диодтың өзіндегі оң және теріс зарядтар бір — біріне ұмтылып, электрондар бос орындарды, яғни ток жүре бастайды. Мұны диодтың тура тоғы дейді. Ал енді батареяны тізбекке керісінше қоссақ (2.5-сурет), яғни батареяның теріс полюсын диодтың анодына, ал оң полюсын катодына қоссақ, онда диод арқылы ток жүрмейді. Неге олай болатынын тағы да түсіндіріп көрейік. Мұндай жағдайда диодтың теріс, негативті n жағында ток көзінің оң полюсы (ойықтар) орналасады да, диодтың теріс полюсындағы электрондарды өздеріне тартады. Яғни, электрондар мен ойықтар бір-біріне ұмтылады. Ал диодтың оң полюсы жағында ток көзінің теріс полюсы орналасқан. Бұл жерде де оң полюстағы ойықтар теріс полюстағы электрондармен қосылуға ұмтылады. Сөйтіп, диодтағы оң полюстағы ойықтар мен теріс полюстағы электрондар бір — бірінен екеуі екі жаққа қашады. Екі ортада пайда болған ара қашықтықты потенциалды барьер деп атайды. Мұндағы «I тура» дегеніміз өткізетін тоғы - тура ток. Ал «I кері» дегеніміз — диодқа керісінше берілген ток — кері ток.

4 ДИОДТЫҢ ВОЛЬТ — АМПЕРЛІК СИПАТТАМАСЫ

Жалпы вольт — амперлік сипаттама дегеніміз диодқа ма, жоқ әлде басқа бір аспапқа ма, бәрібір, берілетін кернеу өзгергенде, соған байланысты токтың калай өзгеретінін көрсететін график. Диодқа арналған 2.7-сурет — графикті көрсету аркылы оның қалай жұмыс істейтінін түсіне аламыз. Диодқа тура кернеу бергенде ток бірден көтеріледі. Яғни, диод ашылады. Ал кері кернеу бергенде ток өте аз мөлшерде болады, яғни диод жабық. Осы уақыттағы аз мөлшердегі болсын ток іс жүзінде еш уақытта есепке алынбайды-өйткені оның мөлшері расында да өте аз. Сондықтан да ол токты біз жоқ деп есептейміз.Егер де біз кері кернеуді белгілі бір мөлшерден көп артық берсек, онда кері ток бірден көп мөлшерге артады. Көп мөлшерге артқан токтың зияны сол диод тесілді немесе диод «жанып кетті» дейді. Бірақ тура берген кернеуіміздің өзі де белгілі бір мөлшерден жоғарыламауы керек. Өйткені ондай жағдайда да әлгі «жанып кетті» деген нәрсе міндетті түрде болады. Д246 аталатын диодтың сыртқы түрі 2.6-суретте көрсетілген.

Барлық диодтардың да вольт — амперлік сипаттамалары жоғарыда көрсетілген графикке ұқсас болады. Бұларды Д226А немесе Д242 деген сияқты белгілерменатайды. Мұндағы Д — диод деген сөз, ал тұрған сан заводтың конструкциялық рет саны. Ал соңындағы әріп — аспап тобының түрі. Кремнийден жасалған диодтардың тура кедергісі германийге карағанда сәл көбірек, ал кері кедергісі он есеге артық. Кремний диодының тағы бір артықшылығы оның жұмыс температурасының 180 — 200°С-ге дейін жететіндігі. Яғни ток тығыздығы жоғары. Осыған байланысты қуаттары бірдей болғанда кремний диодтарының көлемі кіші болып келеді. Бірақ та, табиғатта таза кремнийді алып, оны сол қалпында сақтау біраз қиыншылықтар туғызады. Соның салдарынан кремнийден жасалған жартылай өткізгіш аспаптар біраз қымбат тұрады. Ал кремний дегеніміз жер бетінде оттегіден кейін таралуы бойынша екінші орын алатын элемент.

Әр түрлі типті электроөтімділікті жартылай өткізгіштердің шекарасының арасында электронды – тесікті өтуді құрастыру кезінде зарядтардың жылжымалы тасушыларында үлкен концентрацияның градиенттері пайда болады. Бұл p және n – типті жартылай өткізгіштердің арасындағы шекарасы арқылы диффузионды тоқтар (электронды n – ауданнан, тесікті p – ауданнан) өтуіне әкеп соқтырады. Негізгі тасымалдаушылардың кету нәтижесінде n – ауданында донорлы атомдардың оң зарядталған иондары, ал p – ауданында акцепторлы атомдардың теріс зарядталған иондары болатын жартылай өткізгіштер шекарасында электрөтімділіктің әр түрлі типтерімен біріктірілген қабат жасалады. Микрометр созылуының ондық бөлігінде бұл екі қабат p-n өтуі болып табылады. р-п отуінің құрылымы және вольт-амперлік сипаттамасы (г) Р-п өтуіне орналасқан екі қабат қозғалмайтын электрлік зарядтар ішкі электрлік өрісін тудырады. әр түрлі электрөтімділігі бар жартылай өткізгіштердің шегіне п-аумақтық бөлігі оң зарядталады, ал р-аумақтық бөлігі теріс зарядталады. Соның арқасында п және р аудандарының арысында потенциалдар айырымы, яғни жартылай өткізгішті кристалдың тасмалдаушыларының қозғалысына кедергі келтіретін және негізгі емес тасмалдаушылардың қозғалысына әсер ететін потенциалдық кедергі пайда болады. Р-п өтуінің электрлік өрісі әсерінен тесіктер п-ауданыныа р-ауданына, ал электрондар кері бағытта жеңіл орын ауыстырады. Бірақ тесітер р-ауданынан п-ауданына және электрондардың п-ауданынан р-ауданыа өтуі қиындатылған, яғни п-р өтуінің электрлік өрісі дифузиялық тоқтың ұлғаюына кедергі келтіріді және п-р өтуі арқылы өтетін дрейфтік тоққа кедергі келтірілмейді. Сыртқы кедергі болмаған жағдайдадонорлық және акцептрлық иондардың заряттары, теріс бағытта өтетін дрейфтік және дифузиялық тоқтар өзара концепциоланатын тепе-теңдік орнатылады. Бұл жағдайда р-п өтуі электрлік нейтралды болып табылады, ал оның бойымен өетін тоқ нөлге тең

Осы негізде p-n өту симетриялы емес вольт – амперлі сипаттамаға ие болады (3.3 г суреті). Тікелей қосқанда оның бойынан үлкен тік тоқ өтеді, ал кері қосқанда білінбейтін кері тоқ өтеді, яғни өткізгіштің өзіндік электр өтімділігімен анықталатын және ортаның температурасына тікелей тәуелді болатын ток. Мысалы, германилі жартылай өткізгішті аспаптарда p-n өтудің кері тогі әр бір 100 С температураның көтерілуінде екі еседей өседі. p-n өтуінде кері кернеуде кері токтың тез өсуі бақыланады. Бұл құбылыс pn өтудің пробойы деп аталады. өтудің пробойы жеткілікті күшті электрлік аймақта, негізгі емес заряд тасымалдаушылар жартылай өткізгіштің атомы тездеткен кезде пайда болады. Иондауда электрон мен тесіктер пайда болады, олар жылдамдықтарды көбейтіп, атомдарды қайта иондатады және т.б., соның салдарынан диффузиялық ток өту арқылы тез өседі, ал p-n өтудің вольт-амперлік сипататамсында үлкен кері кернеудің аумағында кері токтың секіруі пайда болады. Пробойдан кейін өту шамасынан тыс жылыту кезінде оның құрылымының қайтымсыз өзгеруі болған кезде реттен шығады, пробойда байқалатынын айтып өтуі керек. Егер де p-n өтуде бөлінетін қуат рұқсат етілген деңгейде жарайтындай болса, ол пробойдан кейінде жұмыс істеу қабілетін сақтайды. Осындай пробой электрлік (қалыпқа келетін) деп аталады.

Өрістік транзистор – бұл күшейткіш құрамы негізгі тасушының ағынымен көрсетілген, өткізгіш арна арқылы өтетін және электр өріспен басқарылатын жартылай өткізгіш аспап. Өрістік транзистордың жұмысы бір типті ғана тасушыларды қолдануға негізделген – негізгі, сондықтан оларды униполярлы деп атайды.

Биполярлы транзисторлар туралы қазақша реферат

Биполярлы транзисторлар өткізгіштігі әр түрлі үш жартылай өткізгіш қабаттардан тұрады. Транзисторлар қабаттардың орналасу ретіне байланысты p-n-p және n-p-n типті болып бөлінеді. Күштік транзисторлардың арасында кең қолданысқа ие болғаны n-p-n типті транзистор.

Күштік транзисторлардың қауіпсіз жұмыспен қамтамасыз ету.

Күштік транзисторлардың сенімді жұмысының негізгі шарты белгілі-бір жұмыс шартымен анықталатын вольтамперлік сипаттаманың статикалық және динамикалық түрде ОБР-мен сәйкес келуі.

Күштік транзистордың ОБР-мен анықталатын шектеулер:

Коллектор тогының макмимал мәні(сток),

Транзистормен азайтылатын қуаттың мүмкін болаты мәні,

Коллектор-эмиттердегі кернеудің мүмкін болатын мәні (сток-исток).

Күштік транзисторлардың импульсті режимінде ОБР шекаралары кеңейеді. Бұл жылулық процесстердің инерциялығымен сипатталады, транзистордың жартылай өткізгішті құрылымы тез қызиды.

Транзистордың динамикалық ВАС байланысатын жүктеме параметрларымен анықталады. Мысалы, активті – индуктивті жүктеменің сөндірілуі кілттік элементтегі ток күшінің көбеюіне алып келеді. Бұл ток күшінің көбеюі токтың нольге дейін төмендеуі кезінде жүктеменің индуктивті құраушысында пайда болатын өздік индукцияның ЭДС анықталады U_m=Ldi/dt.

Aктивті – индуктивті жүктемені байланыстырудағы ток күші көбеюінің шығарулары мен шек салуларында ауыстырудың қажетті траекториясын құруға мүмкіндік беретін түрлі ауыстырудың траекториясын құру тізбектері(АТҚТ) қолданылады. Қарапайым жағдайда активті-индуктивті жүктемені немесе RS-тізбегін шунттайтын, МОП транзисторының бастауы мен ағынына параллель қосылатын диод болуы мүмкін.

Фотодиод – фотосезімтал аймағына түскен жарықты p-n өткелдегі процесстер арқылы электр зарядына айналдыратын оптикалық сәулелену құрылғысы.

Жұмысы фотовольттік эффектке негізделген фотодиод күндік элемент деп аталады. p-n фотодоидтарынан басқа p-і-n фотодиодтары да бар, p және n қабаттарының арасында легирленбеген жартылай өткізгіш і қабаты орналасқан. p-n және p-і-n фотодиодтары жарықты тек электр зарядына айналдырады, бірақ оны күшейтпейді, ал көшкіндік фотодиод пен фототранзисторларының жұмыс істеу принципі:

Базада кванттық сәулеленудің әсерінен еркін тасымалдағыштардың генерациясы орын алады. Олар p-n өткел шекарасына ұмтылады. Базаның ені кемтіктер p-өткеліне өтіп үлгермейтіндей етіп жасалынады. Фотодиод тогы негізгі емес тасымалдаушылар тогымен – дрейфтік токпен анықталады. Фотодиодтың тез әрекет етуі p-n өткелінің тасымалдаушыларының бөліну жылдамдығымен және p-n өткелдің сыйымдылығымен С _p-n анықталады.

Фотодидо екі режимде жұмыс жасай алады:

Фотогальвиндік – сыртқы кернеусіз

Фотодиодты – сыртқы кері кернеулі

Ерекшеліктері:

Құрастыру технологиясы мен құрылымы қарапайым;

Жоғары фотосезімталдығы мен тез әрекеттігінің сәйкестендірілуі;

Базаның аз кедергісі;

Инерциясы аз;

Фотодиодтың құрылымдық сұлбасы

1 – жартылай өткізгіш кристалы; 2 — түйісулер; 3 — шықпалар; Ф – электромагниттік сәулелену ағыны; E – тұрақты ток көзі; RH – жүктеме.

Топтастыру

p-і-n фотодиоды

негізгі мақала: p-і-n фотодиоды

p-і-n құрылымының ортаңғы i-аумағы өткізгіштіктері қарама қарсы екі қабат арасында орналасқан. Үлкен кернеу болғпн кезде і- қабатын да, сәулелендірудегі фотондар есебінен пайда болған еркін тасымалдағыштарды да кішірейтеді, p-n өткелінде электр өрісінде үдеу алады. Бұл тез әрекеттенуде және сезімталдығына ұтыс береді. p-і-n фотодиодында тез әрекеттенудің жоғарылауы диффузия процесі күшті электр өрісінде электр зарядының дрейфымае ауысыуымен анықталады. U_обр~0,1В болған кезде p-і-n фотодиоды тез әрекет ету артықшылығына ие болады.

Артықшылықтары:

1) Спектрдің ұзын толқынды бөлігіндегі сезімталдықты қамтамасыз ету і-аймағының енінің өзгеруі арқылы жүзеге асады;

2) Жоғары сезімталдық және тез әрекеттену;

3) Аз жұмыс кернеуі U_раб.

Кемшіліктері:

і- аймағында жоғары жиілікті алу қиындығы

Шоттки фотодиоды

Құрылымы металл – жартылай өткізгіш. Құрылымды құрғанда электронардың бір бөлігі металлдан p-типті жартылай өткізгішке ауысады.

Көшкінді фотодиод

Негізгі мақала: көшкінді фотодиод

Құрылымда көшкінді тесу қолданылады. Ол фототасымалдағыштардың энергиясы электронды кемтіктік жұптар энергиясынан көп болған кезде пайда болады. Өте сезімтал. Бағалау үшін көшкінді көбейту коэффициенті:

Көшкінді көбейтуді жүзеге асыру үшін екі шартты орындау қажет:

1) Кеңістікті заряд аумағының электр өрісі аса үлкен болуы қажет, себебі электрон еркін қозғалу ұзындығындағы энергиясы тыйым салынған аумақ еніндегіге қарағанда үлкен болуы қажет:

2) Кеңістікті заряд аймағының ені еркін қозғалу енінен аса үлкен болуы қажет:

W>>λ

Ішкі күшеткіш коэффициентінің мәні фотодиод түріне байланысты M=10-100 мәнге ие болады.

Гетероқұрылымды фотодиод

Гетероөткел дегеніміз тыйым салынған аймақтағы ендері әр түрлі екі жартылай өткізгіш арасында пайда болатын қабат. p+ қабаты «қабылдаушы терезе» рөлінде болады. Зарядтар орталық аймақта генерацияланады. Тыйым салынған аймақтағы ендері әр түрлі жартылай өткізгіштерді таңдау арқылы толқын ұзындықтарының барлық диапазонын жауып тастауға болады. Кемшілігі – жасау қиындығы.

Параметрлері:

Сезімталдық

Шуылдар

Транзистор(ағыл.тілінен transfer – ауыстыру және resistance – кедергі немесе transconductance – активті электрон аралық өткізгіштік және varistor – ауыспалы кедергі) – жартылай өткізгіш материалдан жасалған электронды құрылғы, әдетте кіріс сигналдары электр өрісіндегі токты басқара алатын үш шығысты болады. Әдетте электр сигналдарын күшейту үшін, генерациялау үшін және түрлендіру үшін қолданылады.

Шығыстізбегінде токты басқару кіріс кернеуін немесе тогын өзгерту арқылы жүзеге асыруға болады. Кіріс мәндерін аз ғана өзгерту шығыс кернеуі мен тогын үлкен өзгертулерге алып келуі мүмкін. Бұл транзистордың күшейткіш коэффициенті аналогты техникада қолданылады(аналогты ТВ, радио, байланыс және т.б.).

Қазіргі уақытта аналогты техника биполярлы транзисторларды (БТ) үстемелейді (халықаралық термин – BJT6 bipolar junction transistor). Электрониканың басқа маңызды саласы цифрлық техника (логика, жады, процессорлар, компьютерлер, цифрлы байланыс және т.б.) болып табылады, мұнда, керісінше, өрістік транзисторлар биполяр транзисторларды ығыстырып тастады.

Транзисторлар бір кремнийлық кристалды интегралдық технология шегінде жасалынады және логика, жады, процессор және т.б. микросұлбаларды құруда элементар «кірпіш» болып табылады. Қазіргі заманғы МОПТ өлшемдері 90-нан 32 нм-ге дейін. Қазіргі бір чип құрамында бірнеше миллиард МОПТ бар. 60 жыл көлемінде МОПТ өлшемі кішіреюін және олардың чипта көп мөлшерде орналасуын арттыруда, жақын аралықта чиптағы транзисторлар интеграциясының деңгейін арттыру күтілуде. МОПТ мөлшерін кішірейтупроцессордың тез әрекет етуін арттырады және энегргоқолданысы мен жылу шығаруды кемітеді.

Өрістік транзистор – жартылай өткізгіш құрылғы, оның тогы кіріс сигналынан пайда болатын электр өрісінің перпеникуляр тогының әсерінен өзгереді.

Өрістік транзисторда жұмыс тогының ағыны тек бір таңбалы заряд тасымалдаушыларға(электрондар немесе кемтіктер) негізделген, сондықтан мұндай құрылғыларды униполярлы электронды құрылғылардың кеңірек класына қосады(биполярлымен салыстырғанда). Өрістік транзисторларды физикалық құрылымы мен жұмыс жасау механизмі бойынша 2топқа бөледі. Біріншісін басқарылатын p-n өткелді транзисторлар немесе металл – жартылай өткізгіш өткелі құрайды, екіншісін басқарылатын бөлектелген электродты транзистор, яғни МПД (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) транзисторлар құрайды.

Өрістік транзисторды үш негізні сұлбаның бірі бойынша құруға болады: ортақ бастау(ОБ), ортақ ағын(ОА) және ортақ бекітпе(ОБе).

Практикада көбінесе ОБ сұлбасын қолданады, ОЭ биполяр транзисторы секілді болады. Ортақ бастаулы каскад ток пен қуаттың үлкен күшеюін береді. ОБе сүлбасы ОБ сұлбаға ұқсас. Ол токты кұшейтпейді, сондықтан ОБ салыстырғанда қуат бірнеше есе аз күшейеді. ОБе каскадта кіріс кедергісі өте аз, соған байланысты практикада қолданудың шектеріне ие.

Басқарлатын p-n өткелді транзисторлар

Басқарылатын p-n өткелді өрістік транзистор – кері бағытта жылжытылған p-n өткелінен бөлектенген бекітпелі өрістік транзистор.

Осындай транзистор негізгі электр тасымалдаушылардың басқарылатын тогы өтетін аймақтың екі түзетпейтін түйісулерге және кері бағыттта жылжытылған бір немесе екі басқарушы электронды кемтіктік өткелдерден тұрады. p-n өткелде кері кернеуді өзгерткенде оның қалыңдығы, яғни негізгі заряд тасымалдаушылардың басқарылатын тогы өтетін аймақтың қалыңдығы өзгереді. Қалыңдығы мен бүйір қимасы басқарылатын p-n өткелінің сыртқы кернеуімен басқарылатын және негізгі тасымалдаушылардың басқарушы тогы өтетін аймақ канал деп аталады. Негізгі тасымалдаушылары каналға кіретін электрод бастау деп аталады. Негңзгң тасымалдаушы зарядтары каналдан шығатын электрод ағын деп аталады. Каналдың бүйір қимасын өзгертетін электрод бекітпе деп аталады. Ағын тогын, яғни жүктеме тізбегіндегі салыстырмалы қуатты сыртқы қорек көз тогын, басқару бекітпенің p-n өткеліндегі кері кернеуді өзгерткенде жүзеге асады. Кері токтың аздығына байланысты ағын тогынбасқаруға қажет және бекітпе тізбегіндегі сигнал көзін қоректендіруге қажет қуат өте аз болады. Сондықтан өрістік транзистор электромагнитті тербелістерді қуаты, тогы және кернеуі бойынша күшетумен қамтамасыз ете алады.

Осылайша өрістік транзистор әрекет ету принципі бойынша вакуумды триодқа ұқсас. Өрістік транзистордың бастауы вакуумдық триодтың катодына, бекітпе – торға, ағын – анодқа ұқсас. Бірақ өрістік транзистор вакуумдық диодтан өте қатты ерекшеленеді. Біріншіден, өрістік транзистордың жұмыс жасауы үшін катодты қыздыру қажет емес. Екіншіден, бастау мен ағынның кез келген фунциясын осы электродтардың әрқайсысы орындай алады. Үшіншіден, өрістік транзисторларды n каналмен және p- каналмен жасауға болады. Ол өрістік транзистордың бұл екі түрін сұлбада сәйкестендіруге қолайлы.

Өрістік транзситордың биполярлы транзистордан айырмашылықтары:

Біріншіден, әрекет ету принципі бойынша: биполярлы транзисторда кіріс сигналын кіріс тогы, ал өрістік транзисторда кіріс кернеуі немесе электр өрісі басқарады. Екініден, өрістік транзиторлар үлкен кіріс кедергілерге ие, ол қарастырып отырған өрістік транзистордың бекітпесіндегі p-n өткелін кері жылжытумен байланысты. Үшіншіден, өрістік транзисторлар шуылдыі төмен деңгейіне ие. Биполяр транзистордың базасында және p-n өткелінде тасымалдаушылардың кері комбинациялау процессіғ және жартылай өткізгіштің кристалының бетіндегі генрациялы –рекомбинациялы процессі төмен жиілікті шуылдарға ие болады.

Транзисторларды құрғаннан кейінэлектрониканың дамуы, оның негізгі есептерін шешуэлектронды құрылғылар мен құралдарды жасау технологиясының жетілдендіруге алып келді. 1957 жылы жартылай өткізгіш құралдарын жасаудың планарлық технологиясы ойлап табыоһлды.

Планарлық технология диффузионды технологияға, маскілеу және фотолитография оксидіне негізделген. Бұл – жартылай өткізгіш құралдарды интегралды әдіспен жасаудың электроникадағы екінші технологиялық революция. 1961 жылы планарлы технология көмегімен жартылай өткізгішті сала салудың тек бір жағында бірінші электрлі байланысты кремнийлі интегралды микросұлбалар алынды. Планарлы технология кристалда элементтерді бір-бірінен бөлектеуге көмектесті.

Планарлы технологиямен қатар тұтқындау технологиясы сұлба элементтерін ондаған мкм-ден бірлік мкм-ге дейін кемітуге мүмкіндік берді дәне элемент аралық байланыстардың сенімділік мәселесін шешті. Бұл микроэлектрониканың дамуына алып келді. Микроэлектроника – микроминиатюрлі интегралдық орындаудыңэлектронды функционалды құрылғыларын зерттеумен, байланыстырумен, құрастырумен және қолданумен байланысты электрониканың бір аймағы.

Микроминиатюрлеу – бұл тек құрылғының массасы мен көлемін кішірейту ғана емес, сонымен қатар жаңа физикалық құбылыстарға негізделген әрекет ету принципі. Интеграция – берілген көлемде белгілі бір мөлшердегі элементтерді біріктіру, осы элементтерді құрастырудың жаңа технологиялық әдістері бойынша бір микросұлбаға біріктіру.

Қазіргі уақытта интегралды микросұлбалар электронды құрылғылардың негізі болып табылады.

Микроэлектрониканың дамуын бес кезеңге бөлуге болады. Олар бір бірінен интеграция деңгейімен сипатталатын интегралды микросұлба қиындығымен ерекшеленеді. ИМС-тің интеграция деңгейі оның кристалындағы элементтер мен компоненттер санымен анықталады.

Микроэлектрониканың басқа техника салаларына негізі артықшылығы – құрастырудың группалық әдісі. Микроэлектроникадағы бірлік көптеген чип элементтерінен тұратын жартылай өткізгіш пластина болып табылады. Құрастырудың бағасын кеміту электронды компоненттер өлшемін кішірейтуді талап етеді. Осылайша, тек бір пластина құралдарының шығыстары ғана өспейді, сонымен қатар олардың жұмыс істеу сенімділігімен қатар құралдардың тез әрекет етуі артады.

60-шы жылдардың басынан, бірінші интегралды микросұлбалардың шығу кезінен, транзистор өлшемдері 1 мкм-ден микронның бірнеше ондық бөліктеріне дейін азайды. Жиырмасыншы ғасырдың соңғы ширегінде әр бір жарым жыл сайын микросұлбадағы транзисторлар саны екі есе артып отырды. Транзисторлардың артуының осындай жылдамдығы жаңа жүзжылдық басында гигромасштабты сұлбаға келу керек едік. Осындай масштабтағы интеграция жаңа шешімдерді талап етеді.

Осылайша, микроэлектрониканың неізгі тенденциясы интегралды микросұлбалардың интеграциясының дәрежесінің артуы болып табылады. Бұл тендецияның дамуының жолында бөгеуілдер бар. Егер 1,0…0,1 диапазоны күрделі технологиялық бөгеуіл болса, онда элементтердің сызықты мөлшер 0,1… -0,05мкм диапазоны – фундаменталды физикалық бөгеуіл, шұғыл өзгереді, ал мысалдар мен үйреншіктк теорялық модельдер өз күшін жоғалтады. Интегралды микросұлба өлшемдерінің бірнеше деңгейде кішіреюі оның жартылай өткізгіш элементтерінің жұмыс принципін өзгертеді. Кванттық эффекттар ерекшелене бастайды, ал өткізгіш физикасы электронды толқындардың кванттық-механикалық интерференциясымен анықталады.

Наноэлетроника – микроэлектрониканың логикалық дамуы. Қатты ақпараттық құралдар микордан нанометрлік мөлшерге дейін кемиді. Наноэлектроника электромагнитті өріспен электрондардың әрекеттсу процессі мен физикалық көріністері зерттелетін электрониканың бір бағыты. Кваннты наноэлектроника құралдарында ақпарат тасушылар рөлін электронның толқындық функциясы ойнайды.

Электрониканың дамуында бес кезең бар:

Бесінші – интегралды микросұлбалардың пайда болуы және микорэлектроникаға ауысуы.

Жартылай өткізгіш диод түрлері өте көп. Олар класс бойынша, қасиеттерібойынша, қолдану мақсаты және т.б. бойынша бөлінеді. Әр түрлі функцияларды орыедауға арналған, бір бірінен құрамы бойынша ажыратылатын және төменгі немесе жоғарғы жиілікте жұмыс жасайтын түрлі жартылай өткізгіш материалдарынан жасалған диодтар болады. Құрылымына байланысты нүктелік және жазықтық диодтар болады. Нүктелік диодтардың p-n өткелінің ауданын анықтайтын сызықтық өлшемдері өткелдің қалыңдығына тең немесе одан да аз. Жазықтық диодтарында бұл өлшемдер өткел қалыңдығынан анағұрлым үлкен.

Нүктелік диодтар өткелің аз көлеміне ие және сондықтан кез келген жиілікте қолданыла береді. Бірақ олар бір немесе ондаған милиампер токтарды өткізе алады. Жазықтық диодтар көлемі өткел ауданына байланысты ондаған пикофарадқа ие бола алады. Сондықтан оларды ондаған килогерцтен артық емес жиілікте пайдаланады, ал рұқсат етілген ток жүздеген амперға тең болады. Суретте нүктелік және жазықтық диодтар құрылымы көрсетілген. Түзеткіш диодтар. Атауынан көрініп тұрғандай олардың негізгі міндеті – ауыспал токты түзету. Бұд процесс радиоэлектроникада аса маңызды, себебі барлық дерлік құрылғылар тұрақты токпен қоректенеді, ал қысқаша айтқанда, розеткада ауыспалы кернеу болады. Тұрақты кернеу(тұрақты ток) – бұл уақыт бойынша полярлығы өзгенмейтін кернеу(ток). Ауыспалы кернеу үшін оның полярлығы анықталған заң бойынша уақыт интервалында минустан плюсқа өзгеріп отырады. Анықталған заң бұл синус немесе косинус заңы, яғни уақыттың бір мезеттерінде кернеу полярлығы, мысалы, оң, ал келесі мезгілде теріс. Осылайша шексіздікке дейін. Негізі электроникада синус заңы бойынша өзгеру мынадай түрге ұқсас болады: u=U_msinωt+φ.

Розеткадағы кернеу синусоида заңы бойынша өзгереді, яғни ол ауыспалы. Бұл суретте көрсетілген. Бұны осциллограф экранынан бақылауға болады. Түзеткіш нүктелік диодтар жоғары жиілікте жұмыс істейді, бірақ төмен жиіліктеде жұмыс істей алады. Бұл диодтар көптеген құралдарды жұмыс істейді, сондықтан оларды әмбебап деп те атайды. Мұндай диодтар үшін жазықтық диодтарымен салыстырғанда үлкен емес тура ток тән болады

Атом (көне грекше: ἄτομος - Химиялық элементтерді құрайтын, олардың өзіне тән ерекшеліктерін сақтайтын ең кішкене бөлшек.

Атом бүтіндей алғанда зарядсыз, бейтарап бөлшек. Ол ортасында өзінен радиусы 10⁴ -10⁵ есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады. Атом өзінің сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң, ал сырттан электрон қосып алғанда теріс ионға айналады. Атомның сызықтық өлшемдері ~ 10^-8 см, көлденең қимасының ауданы ~10^-16 см², көлемі ~10^-24 см³. Борлық атом теориясында ең қарапайым атом – сутегі атомы. Оның радиусының дәл белгілі бір мәні бар және ол мүмкін болатын ең кіші айналу орбитасының радиусы шамасына тең: a =0.53 * 10⁻⁸ см (дәлірек, 0.52917*10^-8 см). Атомның массасы, негізінен оның ядросының массасына тең және ол массалық санға (А), яғни протондар мен нейтрондардың жалпы санына (нуклондардың жалпы санына) пропорционал болып ұлғаяды. Өйткені атомдағы электронның массасы (0.91*10^-20 г) бір протонның немесе нейтронның массасынан (1.67*10^-24 г) 1.840 есе аз. Сондықтан атомның ауырлық центрі ядроға дәлдей келеді. Атом массасы ядро массасымен ондағы электрондар массаларының дәл қосындысына тең емес. Олардың арасындағы айырым атомның байланыс энергиясын анықтайды. Атомның ішкі энергиясының тек дискретті (үздікті) мәндері болады. Оның ең төменгі деңгейі атомның негізгі күйі E₁ (ол ең тұрақты, шексіз ұзақ өмір сүретін күйі), ал жоғарғы энергия деңгейлері қозған күйлер Е _і (і =2, 3, …) деп аталады, (ол аз өмір сүреді). Қозған күйден ~ 10^-8 сек. ішінде атом негізгі күйге ауысып отырады. Осындай ауысу кезінде атомға осы екі деңгейінің айырымына тең (hν = E_ν - E ₁, мұндағы h – Планк тұрақтысы, ν – ұшып шыққан сәуле квантының жиілігі) сырттан энергия берілуі не шығарылуы шарт. Атом энергиясының дискретті квантталуы оның құрамындағы бөлшектердің толқындық қасиетінің болуынан. Атомның осындай қасиеттерін кванттық теория ғана толық түсіндіре алады. Бұл теория бойынша атомдағы электронның күйі 4 кванттық санмен анықталады. Олар: электрон энергиясын анықтайтын бас кванттық сан (n), атомның осындай импульс моментін анықтайтын орбиталық кванттық сан (l), ал (l)-дың берілген оське түсірілген проекциясын анықтайтын магниттік кванттық сан (m) және электронның ішкі спинін анықтайтын кванттық сан (m_s).^[1]

Паули принципі. Күрделі атомдардың орбитальдарын электрондармен толтыру үшін орбитальдардың әрқайсысында бола алатын электрондар санын анықтап алу қажет. Ол үшін 4 квант санын өзара комбинациялайдың жолын білу керек.

· Швецария физигі В. Паули 1925 жылы элементтердің периодтық жүйедегі орнына қарап және спектрлерін анализдей отырып, квант сандарын электронның реалды күйін сипаттай алатындай етіп, комбинациялаудың жалпы принципін ұсынған. Паули бұл тыйым салу деп аталған принципі бойынша бір атомның ішінде барлық жағынан ұқсас екі электрон болуы мүмкін емес, яғни атомдағы 2 электронның 4 квант санының төртеуі де бірдей бола алмайды.

· Атомдағы әрбір электронның басқалардан гөрі ең кемінде бір квант саны өзгеше болуы керек. Паули принципін пайдалана отырып алғашқы екі квант қабатында бола алатын электрондардың санын табайық: n = 1, l = 0 десек, ондағы электрондардың тек спиндері ғана өзгеше болады:

· n l m s;1 – электрон: 1 0 0 +½; 2- электрон: 1 0 0 -½

Мұнда үшінші электрон болуы мүмкін емес, егер болған жағдайда онда Паули принципін бұзып, үшінші электрон алғашқы екеуінің біреуіне ұқсап кетер еді. n = 2 болғанда біріне бірі ұқсамайтын 8 электрон бола алады. Бір квант қабатындағы бірдей орбитальдарды электрондармен толтыру үшін Гунд ережесін білу керек. Гунд ережесі бойынша берілген қабатшадағы электрондардың спин сандарының қосындысы максималь болуы шарт.

Туннельдік эффект, туннельдену — микробөлшектің толық энергиясы (туннелдену барысында өзгермейтін) бөгет биіктігінен төмен болған жағдайда оныңпотенциалдық тосқауылдан өтуі. Туннельдік эффект — классикалық механикада болуы мүмкін емес және толық қайшылық тудыратын, тек қана кванттық табиғатқа ие құбылыс.Толқындық оптикада туннельді эффекттің аналогы ретінде, геометриялық оптика тұрғысынан, толық ішкі шағылу болатын шарттарда, жарық толқындарының шағылу ортасына (жарық толқын ұзындығының шамасындағы ара қашықтығына) өтуі бола алады. Туннельдену эффектісі көптеген атомдық және молекулалық физикадағы, атомдық ядро, қатты дене физикасындағы және т.б. маңызды үрдістер негізі болып табылады.

Транзистор (ағылш. transfer - тасымалдау және resistor - кедергіш) — электр тербелістерін күшейтуге, оларды тудыруға және түрлендіруге арналып жартылай өткізгіш кристалл негізінде жасалған электрондық құрал. Электрондық лампа сияқты қызмет атқаратын транзисторлар одан өлшемінің едәуір кішілігімен, электр энергиясын тұтынудағы аса үнемділігімен, механикалық аса беріктігімен және бүлінбей ұзақ жұмыс істейтіндігімен, бірден әсер етуге әзірлігімен ерекшеленеді. Радиолампа орнына қолданылатын жартылай өткізгіш аспаптар (транзисторлар) негізінде жасалған өте кішкентай радиоқабылдағыштарды көбінесе транзисторлар деп дұрыс атамайды; оның дұрыс атауы — транзисторлы қабылдағыш немесе транзистор негізінде жасалғанқабылдағыш.

Ферми деңгейі — жартылай бүтін спины 6aр бөлшектер (фермиондар) жүйесінің абсолют нөл температурада бос және толтырылған энергетикалық деңгейлерін бөліп тұратын энергияның мәні SF (Ферми энергиясы). Фл түсінігі шалаөткізгіштердің өткізгіштігін түсіндіретін аймақтық теориялар қолданылады.

Дио́д (көне грекше: δις^[1] — екі және -од^[2] шекті) — екі электродты, электр тогының бағытына байланысты әр-түрлі өтімділігі барэлектронды аспап (прибор).

Диодтарды дамыту бiрден екі бағытта XIX ғасырдың үшiншi ширегiнде басталды: 1873 жылы британдық ғалым Фредерик Гутри термиондық (вакуум шамды тікелей қыздыру арқылы), ал 1874 жылы германдық ғалымды Карл Фердинанд Браун (қатты денелi) кристалды диодтарды жұмыс істеу принципн ашты. 1880 жылдың 13 ақпанында Томас Эдисонды қайтадан термионды диодтың жұмыс істеу принципін қайта ашты, және содан соң 1883 жылы патенттеген(№ 307031-шi АҚШ патентi). Дегенменде Эдисон жұмыстарын ары қарай дамытуға идея болмады. 1899 жылы германдық ғалым Карлы Браун Фердинанд кристаллды түзеткiштi патенттады.

1. Екі электродты электровакуумдық аспап немесе жартылай өткізгіштік диод, токты бір бағытта өткізетін құрал.Радиоаппаратураларда айнымалы токты түзету, модуляцияланған тербелістерді детекторлеу, жиіліктерді өзгерту,электр тізбектерін қайта қосу үшін қолданылады.

2. Екі электродты вакуумдық, газразрядты немесе шалаөткізгіш аспап; электр тогы бағытына байланысты өткізгіштігі әр түрлі болады: тура бағыттагы токтар үшін өткізгіштігі жоғары және кері бағыттағы токтар үшін — төмен. Электр жәнерадиоэлектрондық аппараттарда айнымалы токты түзету, детекторлеу, электр тербелістерін түрлендіру, электртізбектерін ажыратып-қосу үшін қолданылады.

Фоторезистор - жұмысы ішкі фотоэффектіге негізделген, жарық әсерінен электрлік кедергісі кеміп, электр өткізгіштігі артатыншалаөткізгіш аспап. Фоторезистордың негізгі бөлігі — шалаөткізгіш материалдың (кадмий және қорғасын сульфиді, кадмий селениді, висмутты-күкіртті және т.б.) жұқа фотосезімтал қабаты.^[1]

Жұқа пленка әдісі

Су бетіне майдың, мұнайдың, бензиннің тамшысы тамғанда әр түсті сурет пайда болатынын білеміз. Ондай суреттер сабынның көпіршігінде де, инеліктің қанатының үстінде де байқалады (түрлі-түсті қосымшадағы 1-сурет). Бензиннің жұқа қабыршағының бетіне жарық түскенде қандай процесс жүретінін қарастырайық. Бензиннің жұқа қабыршағы жазық параллель пластиналардан алынады. S жарық көзінен шығатын сәуле қабыршақтардан өткенде бірнеше когерентті сәулелерге бөлінеді. Біз жарық интерференциясын түскен жарықтан да, шағылған жарьщтан да байқай аламыз. Бензин қабықшасы қалыңдығының үздіксіз өзгеруінен, жұқа қабыршақтағы интерференциялық сурет түрленіп отырады.

Есептеу жұмыстарын жүргізіп, толқынның жұқа қабыршақтағы жол айырымын анықтайтын формуланы табайық:

1. өтетін жарықта A = 2dncosβ, мұндағы A — толқын жүрісінің жол айырымы, d — қабыршақтың қалыңдығы, п — қабыршақ затының сыну көрсеткіші, р — жарықтың сыну бұрышы;

2. шағылған жарықта A = 2dncosβ + λ/2 Шағылған жарықта жол айырымына жарты-толқын ұзындығы қосылады, өйткені шағылғанда жарты толқын жоғалады.

Тақырып Жартылай өткiзгiштердiң электрөткiзгiштiгi, p-n-ауысудың түзiлуi және қасиетi.

Дәріс сабағының құрылымы:

1. Жартылай өткiзгiштердiң электрөткiзгiштiгi, p-n-ауысудың түзiлуi және қасиетi.

Жартылайөткізгіштер деп өзінің меншікті электрлік кедергісі өкізгіштер мен диэлектриктердің аралығында болатын материалдардың кең тараған тобын айтамыз. Негізінде жартылайөткізгішті материалдарға меншікті кедергісі ρ = (10^-3... 10⁹) Ом·см, өткізгіштерге(материалдарға) меншікті кедергісі ρ < 10^-4 Ом·см, ал диэлектриктерге (оқшаулағыштар) ρ>10¹⁰ Ом·см меншікті кедергісіндегі материалдар жатады. Шарттардың толық осылай топтасуы, өйткені жартылайөткізгіштер мен диэлектриктердің арасында принципиалды айырмашылықтар жоқ.

Осызаманғы жартылайөткізгіш аспаптарды жасауда, әсіресе интегралдық микросхемаларды жасауда көбінесе кремний қолданылады, өйткені оның кристалл торлары алмаздық типте, текшелік түрде реттеліп орналасқан қатты денедегі монокристалл болып табылады.(2.1-сурет)

Бұл кристаллдық тордың негізгі ерекшелігі, әрбір атом өзімен көршілес төрт атоммен өзара ковалентті байланысқан.

2.1-сурет – Жартылайөткізгіштердің құрылымы

Атомды тастаған және валентті байланысты бұзған электрон тек белгілі уақытта бос күйінде бола алады. Басқа кристалл атомдарымен соқтығысқан кезде ол өз энергиясын жоғалтады және тесік жонасына түскен кезде басқа атомның босаған валенттік байланысын толтыра алады. Бұл поцесс рекомбинация деп аталады, ал бос электрон мен тесіктің бар болу орташа уақыты – заряд тасымалдаушының өмірлік уақыты деп аталады. Жартылайөткізгіштер және тесіктердің қозғалысы екі процесспен өтеді: диффузия және дрейф. Диффузиялық токтың пайда болу себебі тасымалдаушы концентрациларының айырмашылығы болып табылады. Дрейфтық ток электр өрісінің әсерімен байланысты.

өзіндік жартылай өткізгіштің электр өткізу сипаты заттың атомын қосқанда өзгереді. Жалтылайөткізгішті аспаптарда және интегралды сұлбаларда Менделеев кестесінің V және III топ элементтері ретінде қолданатын қоспалар тек қоспалы жартылай өткізгіштер қолданады.

Жартылай өткізгішті материал

V топ қоспасының кремний атомын кристаллға енгізгенде оның тек төрт валентті электроны өзіндік жартылайөткізгіштің 4 көршілес атомымен қатты байланысқа түседі.

Сульманың бесінші валентті электроны ядромен нашар байланыста болады және ол өту жонасына оңай өтеді. Бұл жағдайда қоспалы атом жылжымайтын оң оинға айналады. Қоспалы атомнан үзілген бос электрондар өзіндік бос электрондарға қосылады. Бұл жағдайда жартылай өткізгіштің өткізгіштігі электрондармен айқындала бастайды. Мұндай жартылайөткізгіштен n- типті жартылайөткізгіштер деп аталады(от английского слова negative — отрицательный).. Электронды электр өткізгішті шартталған қосылыстар донорлы деп аталады.

Кристалға 3-ші группалы кремний атомын енгізгенде өзіндік жартылайөткізгіштің атомы мен қоспаның атомы арасындағы 4 байланыстың біреуі толтырылмаған болып шығады, ол тесіктің пайда болуына және жылжымайтын теріс ионға эквивалент болады. Бұндай қоспалы жартылайөткізгіштердің электр өткізгіштігі тесіктердің орын ауыстыру салдарынан қамтамасыз етіледі, ал жартылайөткізгіштердің өздері р-типті жартылайөткізгіштер деп аталады. Тесікті электрөткізгішті шартталған қоспалар акцепторлы деп аталады. Nд атомының донорлық қоспасы болғанда, nn қозғалмалы электрондардың пайда болуына әкеледі, мұндағы n_n ≈ N_д.

а) с донорной примесью; б) с акцепторной примесью р-n өтудің вольт-амперлік құрылымы және сипаттамасы.

Рисунок 2.2– Структура примесных полупроводников

р-n өту, оның құрлымы.

p-n өтуін жасауда диффузиялық әдіс арқылы қорғайтын қышқылдық қабаты бар жартылай өткізгішті пластинкалар алдын ала фотолитографиялық өңдеуге шалдығады. Пластинаның бетінде берілген конфигурация ауданы құрылады. Фотолитографиядан кейін бұл «терезелер» арқылы жартылай өткізгішті пластинаға қоспалардың диффузиясын өткізеді және p-n өтуін алады.

Электрлік сипаттамалары берілген жартылай өткізгішті құралдарды жасау үшін электроөтімділіктің әр түрлі типімен кристал ауданының өлшемі өте дәл болу керек. Кристалдың жеке аудандарының конфигурациясы балқыма өтуде температураның тұрақты дәлділігіне, пластинка қалыңдығына, балқу уақытына және қоспалар санына байланысты болады. Кез келген көрсеткіштің ауытқуы номиналды мәнінен жартылай өткізгішті құралдардың электрлік параметрлерін үлкен шашырауға әкеледі. Диффузия көмегімен жақсы p-n өтулер құрастыруға болады, өйткені дифузиялық үрдіс өте ақырын және жақсы басқарылады.

Әр түрлі типті электроөтімділікті жартылай өткізгіштердің шекарасының арасында электронды – тесікті өтуді құрастыру кезінде зарядтардың жылжымалы тасушыларында үлкен концентрацияның градиенттері пайда болады. Бұл p және n – типті жартылай өткізгіштердің арасындағы шекарасы арқылы диффузионды тоқтар (электронды n – ауданнан, тесікті p – ауданнан) өтуіне әкеп соқтырады. Негізгі тасымалдаушылардың кету нәтижесінде n – ауданында донорлы атомдардың оң зарядталған иондары, ал p – ауданында акцепторлы атомдардың теріс зарядталған иондары болатын жартылай өткізгіштер шекарасында электрөтімділіктің әр түрлі типтерімен біріктірілген қабат жасалады. Микрометр созылуының ондық бөлігінде бұл екі қабат p-n өтуі болып табылады. (2.3, а - сурет).

Сурет 2.3 – р-п отуінің құрылымы және вольт-амперлік сипаттамасы (г)

Р-п өтуіне орналасқан екі қабат қозғалмайтын электрлік зарядтар ішкі электрлік өрісін тудырады. әр түрлі электрөтімділігі бар жартылай өткізгіштердің шегіне п-аумақтық бөлігі оң зарядталады, ал р-аумақтық бөлігі теріс зарядталады. Соның арқасында п және р аудандарының арысында потенциалдар айырымы, яғни жартылай өткізгішті кристалдың тасмалдаушыларының қозғалысына кедергі келтіретін және негізгі емес тасмалдаушылардың қозғалысына әсер ететін потенциалдық кедергі пайда болады. Р-п өтуінің электрлік өрісі әсерінен тесіктер п-ауданыныа р-ауданына, ал электрондар кері бағытта жеңіл орын ауыстырады. Бірақ тесітер р-ауданынан п-ауданына және электрондардың п-ауданынан р-ауданыа өтуі қиындатылған, яғни п-р өтуінің электрлік өрісі дифузиялық тоқтың ұлғаюына кедергі келтіріді және п-р өтуі арқылы өтетін дрейфтік тоққа кедергі келтірілмейді. Сыртқы кедергі болмаған жағдайдадонорлық және акцептрлық иондардың заряттары, теріс бағытта өтетін дрейфтік және дифузиялық тоқтар өзара концепциоланатын тепе-теңдік орнатылады. Бұл жағдайда р-п өтуі электрлік нейтралды болып табылады, ал оның бойымен өетін тоқ нөлге тең.

Егер электронды – тесіктік өтуі құрылғанжартылай өткізгішті р-п өтуінесырты кернеуді жалғасақ, онда өтудің үлкен кедергісіне байланысыты кристалдың басқа бөлігінің кедергісімен салыстырғанда ол тек қана р-п өтуіне ғана оң болады.Сыртқы кернеу электронды-тесіктік өтуінде тепе-теңдік бұзылады да тоқ пайда болады.

Егер сыртқы кернеу көзінің оң полюсін р-п ауданға қоссақ, онда потенциалдық кедергінің биіктігі кішіриеді. Ал зарядтардың негізгі тасмалдаушыларының дифузиялық тоғы күрт өседі. Бұндай р-п ауданының қосылуын тура деп атайды. (2,3 б - сурет) р-п өтуінің тура қосылуында заряттардың тасмалдаушылардың олардың негізгі емес болып табылатын жартылай өткізгішті кристалды ауданына басым өтуі жүреді, сондықтан р-п өтуінің осы жұмыс істеу режимін негізгі емес тасмалдаушылардыңинжекция режимі деп атайды. Егер сыртқы кернеудің полярлығын өзгертсек онда р-п өтуіндегі потенциалдық кедергісінің биіктігі төмендейді. U = -0.5B болған жағдайда дифузиялық тоқ тоқтатылады және сыртқы кернеу өскенде р-п өтуінентек қана кері деп аталатын дрейфті тоқ өтеді. Негізгі емес тасмалдаушылардың саны негізгі тасмалдаушыларға қарағанда аз болғандықтан переход арқылы өтетін тоқтың шамасы тура қосылған байланыстағы тоққа қарағанда үлкен болмайды және сыртқы кернеудің өзгеруінің кең шектерінде тұрақты болады.

Осы негізде p-n өту симетриялы емес вольт – амперлі сипаттамаға ие болады (3.3 г суреті).

Тікелей қосқанда оның бойынан үлкен тік тоқ өтеді, ал кері қосқанда білінбейтін кері тоқ өтеді, яғни өткізгіштің өзіндік электр өтімділігімен анықталатын және ортаның температурасына тікелей тәуелді болатын ток. Мысалы, германилі жартылай өткізгішті аспаптарда p-n өтудің кері тогі әр бір 100 С температураның көтерілуінде екі еседей өседі.

p-n өтуінде кері кернеуде кері токтың тез өсуі бақыланады. Бұл құбылыс p-n өтудің пробойы деп аталады. өтудің пробойы жеткілікті күшті электрлік аймақта, негізгі емес заряд тасымалдаушылар жартылай өткізгіштің атомы тездеткен кезде пайда болады.

Иондауда электрон мен тесіктер пайда болады, олар жылдамдықтарды көбейтіп, атомдарды қайта иондатады және т.б., соның салдарынан диффузиялық ток өту арқылы тез өседі, ал p-n өтудің вольт-амперлік сипататамсында үлкен кері кернеудің аумағында кері токтың секіруі пайда болады. Пробойдан кейін өту шамасынан тыс жылыту кезінде оның құрылымының қайтымсыз өзгеруі болған кезде реттен шығады,жылулық пробойда байқалатынын айтып өтуі керек. Егер де p-n өтуде бөлінетін қуат рұқсат етілген деңгейде жарайтындай болса, ол пробойдан кейінде жұмыс істеу қабілетін сақтайды. Осындай пробой электрлік (қалыпқа келетін) деп аталады.

p-n өтуін жасауда диффузиялық әдіс арқылы қорғайтын қышқылдық қабаты бар жартылай өткізгішті пластинкалар алдын ала фотолитографиялық өңдеуге шалдығады. Пластинаның бетінде берілген конфигурация ауданы құрылады. Фотолитографиядан кейін бұл «терезелер» арқылы жартылай өткізгішті пластинаға қоспалардың диффузиясын өткізеді және p-n өтуін алады.

Электрлік сипаттамалары берілген жартылай өткізгішті құралдарды жасау үшін электроөтімділіктің әр түрлі типімен кристал ауданының өлшемі өте дәл болу керек. Кристалдың жеке аудандарының конфигурациясы балқыма өтуде температураның тұрақты дәлділігіне, пластинка қалыңдығына, балқу уақытына және қоспалар санына байланысты болады. Кез келген көрсеткіштің ауытқуы номиналды мәнінен жартылай өткізгішті құралдардың электрлік параметрлерін үлкен шашырауға әкеледі. Диффузия көмегімен жақсы p-n өтулер құрастыруға болады, өйткені дифузиялық үрдіс өте ақырын және жақсы басқарылады.

Әр түрлі типті электроөтімділікті жартылай өткізгіштердің шекарасының арасында электронды – тесікті өтуді құрастыру кезінде зарядтардың жылжымалы тасушыларында үлкен концентрацияның градиенттері пайда болады. Бұл p және n – типті жартылай өткізгіштердің арасындағы шекарасы арқылы диффузионды тоқтар (электронды n – ауданнан, тесікті p – ауданнан) өтуіне әкеп соқтырады. Негізгі тасымалдаушылардың кету нәтижесінде n – ауданында донорлы атомдардың оң зарядталған иондары, ал p – ауданында акцепторлы атомдардың теріс зарядталған иондары болатын жартылай өткізгіштер шекарасында электрөтімділіктің әр түрлі типтерімен біріктірілген қабат жасалады. Микрометр созылуының ондық бөлігінде бұл екі қабат p-n өтуі болып табылады. (2.3, а - сурет).

Егер сыртқы кернеу көзінің оң полюсін р-п ауданға қоссақ, онда потенциалдық кедергінің биіктігі кішіриеді. Ал зарядтардың негізгі тасмалдаушыларының дифузиялық тоғы күрт өседі. Бұндай р-п ауданының қосылуын тура деп атайды. (2,3 б - сурет) р-п өтуінің тура қосылуында заряттардың тасмалдаушылардың олардың негізгі емес болып табылатын жартылай өткізгішті кристалды ауданына басым өтуі жүреді, сондықтан р-п өтуінің осы жұмыс істеу режимін негізгі емес тасмалдаушылардыңинжекция режимі деп атайды. Егер сыртқы кернеудің полярлығын өзгертсек онда р-п өтуіндегі потенциалдық кедергісінің биіктігі төмендейді. U = -0.5B болған жағдайда дифузиялық тоқ тоқтатылады және сыртқы кернеу өскенде р-п өтуінентек қана кері деп аталатын дрейфті тоқ өтеді. Негізгі емес тасмалдаушылардың саны негізгі тасмалдаушыларға қарағанда аз болғандықтан переход арқылы өтетін тоқтың шамасы тура қосылған байланыстағы тоққа қарағанда үлкен болмайды және сыртқы кернеудің өзгеруінің кең шектерінде тұрақты болады.

Осы негізде p-n өту симетриялы емес вольт – амперлі сипаттамаға ие болады (3.3 г суреті).

Тікелей қосқанда оның бойынан үлкен тік тоқ өтеді, ал кері қосқанда білінбейтін кері тоқ өтеді, яғни өткізгіштің өзіндік электр өтімділігімен анықталатын және ортаның температурасына тікелей тәуелді болатын ток. Мысалы, германилі жартылай өткізгішті аспаптарда p-n өтудің кері тогі әр бір 100 С температураның көтерілуінде екі еседей өседі.

p-n өтуінде кері кернеуде кері токтың тез өсуі бақыланады. Бұл құбылыс p-n өтудің пробойы деп аталады. өтудің пробойы жеткілікті күшті электрлік аймақта, негізгі емес заряд тасымалдаушылар жартылай өткізгіштің атомы тездеткен кезде пайда болады.

Иондауда электрон мен тесіктер пайда болады, олар жылдамдықтарды көбейтіп, атомдарды қайта иондатады және т.б., соның салдарынан диффузиялық ток өту арқылы тез өседі, ал p-n өтудің вольт-амперлік сипататамсында үлкен кері кернеудің аумағында кері токтың секіруі пайда болады. Пробойдан кейін өту шамасынан тыс жылыту кезінде оның құрылымының қайтымсыз өзгеруі болған кезде реттен шығады,жылулық пробойда байқалатынын айтып өтуі керек. Егер де p-n өтуде бөлінетін қуат рұқсат етілген деңгейде жарайтындай болса, ол пробойдан кейінде жұмыс істеу u