2015-09-07
2570
Диффузия (лат. Dіffusіo – таралу, жайылу) – нақтылы дене бөлшектерінің жылулық қозғалыстарға ұшырай отырып, сол дене концентрациясының селдір аудандарына қарай жылжуы, молекулалардың жылулық қозғалысы салдарынан шекаралас орналасқан әр түрлі заттардың бір-біріне өту құбылысы. Диффузия дененің бүкіл көлеміндегі концентрация мөлшерінің бірте-бірте теңелуін, сөйтіп оның бірқалыпты сипат алуын қамтамасыз етеді. Кейбір денелердің өте шағын бөлшектері ғана емес (атомдар, молекулалар, иондар), біршама ірі түйіршіктері де диффузиялық қасиетті иемденуі мүмкін.[19]
Диффузия жылдамдығы температураға тікелей байланысты, алайда бұл процесс газдарда өте тез, сұйықтарда одан гөрі баяу, ал қатты заттарда өте баяу өтеді.
Диффузия құбылысы барлық агрегаттық күйде, диффузияланатын заттың сол ортадағы шоғырлануы теңелгенге дейін жүре береді. Газ немесе сұйықтың молекулаларының бір орыннан екінші орынға ауысуы арқылы өз ішінде диффузиялануы өздік диффузия деп аталады. Диффузияның өту шапшаңдығы — диффузияланатын заттың тегіне және оның қандай жағдайда болуына байланысты анықталатын шама — диффузия коэффициентімен сипатталады. Коэффициентінің халықаралық бірліктер жүйесіндегі өлшеу бірлігі – м2/сек. Диффузия құбылысы табиғатта маңызды роль атқарады: атмосфераның жер бетіне жақын орналасқан қабаттарындағы ауа құрамының біркелкі болуына ықпал етіп, өсімдіктердің дұрыс қоректенуіне жағдай туғызады.[9]
|
|
|
2.2 р – n ауысуының қасиеттері
Екі бөліктен тұратын жартылай өткізгіштің кристалын алайық: оның біреуі р -типті қоспалы және екіншісі n -типті қоспалы болсын. Бұл екеуінің шекарасы р – n ауысуы деп аталынады.
Айталық, жартылай өткізгіштің бұл екі бөлігі енді ғана түйістірілсін (шын мәнінде бұл бір кристалдың екі бөлігі, оның біреуінде р -типті қоспа басым болады). Сонда бірден электрондары көп n -типті жартылай өткізгіштен электрондар, олардың саны аз р -типті жартылай өткізгішке ауысады, ал кемтіктер кері бағытқа қарай орын ауыстырады. Бұл электрондар мен кемтіктердің диффузиясы екі сұйықтармен немесе газдармен өзара диффузиясына ұқсас, бірақ бұл процестерден айырмашылығы, электрондар мен кемтіктердің диффузиясы өте жылдам өтеді.[16]
|
|
|
Кемтіктер мен электрондар зарядтарды тасымалдамайтын болса, олардың диффузиясы кемтіктер мен электрондардың концентрациясы толығымен теңескенге дейін жүрер еді. Алайда, n -аймақтан р -аймаққа көшкен электрондар теріс заряд алып өтеді, сонда n -аймақ оң зарядталады, ал р -аймақ теріс зарядталады. Қарама-қарсы бағыттағы кемтіктердің диффузиясы да р -аймақты теріс зарядтайды, ал n -аймақты оң зарядтайды, яғни р және n -аймақтары арасында түйісу потенциалдар айырымы пайда болады.
Пайда болған электр өрісі кері ауысуға алып келеді: кемтіктерді n – аймақтан р -аймаққа және электрондарды р -аймақтан n -аймаққа (6 сурет).
Шын мәнінде, р -аймақта тұрған еркін электрон хаосты қозғалыс кезінде ауысу қабатының А шекарасынан өтетін болса, онда өріс күштері n -аймаққа тартып алып кетеді. n – аймақта тұрған кемтіктер де сондай күйге ұшырайды. Ал р -аймақта тұрған кемтіктер АБ ауысу қабатына енетін болса, егер олардың кинетикалық энергиясы жеткіліксіз жағдайда өрістің әсерінен кері р -аймаққа тебіледі, сөйтіп олардың диффузиясын азайтады. АБ қабатынан n -аймаққа, тек жеткілікті кинетикалық энергиясы бар кемтіктер ғана өте асады (6 сурет,б). Бұл айтылғандар n -аймақтағы электрондарға да қатысты.
| 6 сурет. p – n ауысу |
Сондықтан АБ ауысу қабатында, р -аймақтан n -аймаққа келетін кемтіктердің диффузиялық ағыны, АБ аймағындағы өрістің жасаған кемтіктердің қарсы ағынымен теңгеріледі (6 сурет,в). Бір мезгілде электрондардың да қарсы ағындары теңгеріледі.
6 суретте көрсетілген процестерді айқынырақ түсіндірейік: а) р – және n – аймақтарының арасында жылжымалы тасымалдаушылар саны тіптен азайған, АБ қабаты пайда болды, онда барлық электр өріс шоғырланған; АО аймағында р -типті қоспаның иондары топталып тұр, ал БО аймағында n -типті қоспаның иондары топталып тұр; б) ауысу арқылы негізгі тасымалдаушылардың диффузиялық ағынының пайда болуының көрсетілуі, мұнда 1 - өрістің қарсы әсерін жеңе алмайтын электрондар мен кемтіктер, ал 2 -өрістің қарсы әсерін жеңуге жеткілікті энергиясы бар электрондар мен кемтіктер; в) АБ аймағындағы өрістің әсерінен ауысу арқылы негізгі емес тасымалдаушылардың ағынының пайда болуының көрсетілуі.
Қалыңдығы өте аз (бірнеше микроннан артық емес) АБ ауысу аймағында, жылжымалы зарядты тасымалдаушылар ұсталып тұра алмайды, сондықтан онда тек АО аймағында акцепторлық қоспаның иондары, ал БО аймағында донорлық қоспаның иондары шоғырланып қалады. Барлық электр өрісі А және Б беттерінің арасында жинақталады да зарядтарға конденсатордың өрісі секілді әсер етеді. Конденсатордан айырмашылығы, мұнда өрісті жасайтын зарядтар бет бойынша орналаспайды, олар А және Б аралығындағы барлық көлем бойынша орналасады.[17]
АБ аймағының сыртында электр өрісі болмағандықтан, сол және оң жағындағы зарядтар хаосты қозғалысында оның шекарасынан кедергісіз өтіп кете алады, бұл туралы жоғарыда айтылды. Кемтіктердің кету және n -аймақтан электрондардың келу нәтижесінде пайда болған р -аймағындағы артық зарядтар АО қабатында шоғырланады, ал р -аймағының барлық қалған бөлігі электрлік бейтарап күйінде қалады. n -аймағына да осы қатысты. Жылжымалы зарядтар қалмаған АБ қабатының өте үлкен меншікті кедергісі болады, бұл кезде кристалдың қалған бөліктеріндегі кедергі аз болады. Бұл, р – n ауысуы бар кристалдың барлық электрлік кедергісі АБ қабатымен жасалынады.
|
|
|
| 7 сурет. p – n ауысуының энергетикалық зоналары |
p – n ауысуының пайда болуын энергетикалық зоналар арқылы түсіндіріп көрейік. p – n ауысуында негізгі зарядты тасымалдаушылардың тепе-теңдікте болуы, олардың күйлері бірдей деңгейде болғанда іске асады, ал бұл энергетикалық зоналардың иілуіне алып келеді (7 сурет).
Ауысу аймағындағы энергетикалық зоналардың иілуінің себебі, тепе-теңдік күйде р -аймағындағы потенциалдың n -аймағындағы потенциалдан төмен болуы. Валенттік зонаның төменгі шекарасы электронның потенциалдық энергиясына Ерэ, ауысуға перпендикуляр бағытта жол береді (8 сурет,а). Кемтіктің заряды электронның зарядына қарама-қарсы, сондықтан олардың потенциалдық энергиясы Ерк, Ерэ-нің аз жерінде көп болады және керісінше (8 сурет,а).
| 8 сурет. Әр түрлі энергетикалық зоналардың p – n ауысуы |
Тепе-теңдік күйінде негізгі тасымалдаушылардың кейбір мөлшері потенциалдық бөгеттен өтіп кете алады, осының салдарынан ауысу арқылы аздаған ток Інег. жүреді (8 сурет,а). Бұл ток негізгі емес тасымалдаушылардың қарама-қарсы Ін.емес тогымен компенсацияланады. Ін.емес шамасы секунд сайын пайда болып жатқан негізгі емес тасымалдаушылардың санымен анықталады және потенциалдық бөгеттің биіктігіне тіптен тәуелді болмайды. Керісінше, Інег шамасы бөгеттің биіктігіне күшті тәуелді. Тепе-теңдік потенциалдық бөгеттің, екі Інег және Ін.емес токтары бірін-бірі компенсациялайтын, деңгейде орнығады.
Кристалға, плюсі р -аймаққа, ал минусі n -аймаққа жалғасқан бағытта, сыртқы кернеу берейік (мұндай кернеу тура деп аталынады). Бұл р -аймақтағы потенциалдың жоғарылауына (яғни Ерк артады, Ерэ кемиді) және n -аймақтағы потенциалдың төмендеуіне (яғни Ерк кемиді, Ерэ артады) алып келеді (8 сурет,б). Мұның нәтижесінде потенциалдық бөгеттің биіктігі кішірейеді де Інег ток өседі. Ал ток Ін.емес іс жүзінде өзгермей қалады (жоғарыда келтірілгендей, ол бөгеттің биіктігіне тіптен тәуелді емес). Демек, қорытқы ток нольге тең болмай қалады. Потенциалдық бөгеттің төмендеуі түсірілген кернеуге пропорционал (ол еU-ға тең). Бөгеттің биіктігін төмендеткен кезде негізгі тасымалдаушылар тогы, демек, қорытқы ток, тез өседі. Сонымен, р -аймақтан n -аймақ бағытында ауысу ток өткізеді, оның күші түсірілген кернеу артқанда тез өседі. Бұл бағыт тура деп аталынады.[14]
|
|
|
9 суретте р – n ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы берілген. Тура кернеуде кристалда пайда болған электр өрісі негізгі тасымалдаушыларды аймақтар арасындағы шекараға «сығады», осы себептен тасымалдаушылары жоқ ауысу қабатының ені қысқарады. Демек, ауысу кедергісі де азаяды, бұл кернеу неғұрлым үлкен болған сайын, солғұрлым көп азаяды. Сондықтан өткізу аймағындағы вольтамперлік сипаттама түзу болып келмейді (9 суретте оң тармақ).
| 9 сурет. р – n ауысудың ВАС |
Енді кристалға n -аймаққа плюс, ал р -аймаққа минус қосылатындай етіп кернеу түсірейік (бұл кернеу кері деп аталынады). Бұл потенциалдық бөгеттің көтерілуіне және негізгі тасымалдаушылар ток күшінің Інег кемуіне алып келеді (9 сурет,в). Бұл кезде пайда болған қорытқы ток (кері ток деп аталынатын) қанығу мәніне тез жетеді (яғни кернеуге U тәуелсіз болып) және Ін.емес токқа тең болады. Сонымен n -аймақтан р -аймаққа қарай бағытта (кері ток) р – n ауысуы, негізгі емес тасымалдаушылар қамтамасыз ететін, әлсіз ток өткізеді. Тек өте үлкен кері кернеуде, ауысудың электрлік тесілуі арқасында, ток күші бірден арта бастайды (9 суретте сол тармақ). әрбір р – n ауысуы, оның бүлінбей шыдауға қабілеттілігі болатын, өзінің кері кернеуінің шекті мәнімен сипатталады.
9 суреттен көрініп тұрғандай, р – n ауысуы тура бағытқа қарағанда, кері бағытта едәуір үлкен кедергіге ие болады. Бұл былай түсіндіріледі, кристалда пайда болған өріс кері кернеу қосылған кезде, аймақтар арасындағы шекарадан негізгі тасымалдаушыларды кері «тартып» алады, бұл тасымалдаушылары кеміген, ауысу қабатының енін ұлғайтады. Осыған сәйкес ауысудың кедергісі де артады.[7]
2.3 p – n өтуін жасауда диффузиялық әдіс
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.[2]
Электрлік сипаттамалары берілген жартылай өткізгішті құралдарды жасау үшін электро өтімділіктің 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 диффузиялық үрдіс өте ақырын және жақсы басқарылады.[19]
Әр түрлі типті электро өтімділікті 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 электр өтімділіктің әр түрлі типтерімен біріктірілген қабат жасалады. Микрометр созылуының ондық бөлігінде бұл екі қабат p – n өтуі болып табылады. (10, а - сурет).
10 сурет. p – n өтуінің құрылымы және вольтамперлік сипаттамасы (г)
p – n өтуіне орналасқан екі қабат қозғалмайтын электрлік зарядтар ішкі электрлік өрісін тудырады. әр түрлі электр өтімділігі бар жартылай өткізгіштердің шегіне n -аумақтық бөлігі оң зарядталады, ал р -аумақтық бөлігі теріс зарядталады. Соның арқасында п және р аудандарының арысында потенциалдар айырымы, яғни жартылай өткізгішті кристалдың тасымалдаушыларының қозғалысына кедергі келтіретін және негізгі емес тасымалдаушылардың қозғалысына әсер ететін потенциалдық кедергі пайда болады. p – n өтуінің электрлік өрісі әсерінен тесіктер n -ауданыныа р -ауданына, ал электрондар кері бағытта жеңіл орын ауыстырады. Бірақ тесіктер р -ауданынан n -ауданына және электрондардың n -ауданынан р -ауданына өтуі қиындатылған, яғни n – р өтуінің электрлік өрісі диффузиялық тоқтың ұлғаюына кедергі келтіреді және n – р өтуі арқылы өтетін
тоққа кедергі келтірілмейді. Сыртқы кедергі болмаған жағдайда донорлық және акцепторлық иондардың зарядтары, теріс бағытта өтетін диффузиялық тоқтар өзара концепцияланатын тепе-теңдік орнатылады. Бұл жағдайда р – n өтуі электрлік бейтарап болып табылады, ал оның бойымен өтетін тоқ нөлге тең.
Егер электронды – тесіктік өтуі құрылған жартылай өткізгішті р – n өтуіне сыртқы кернеуді жалғасақ, онда өтудің үлкен кедергісіне байланысты кристалдың басқа бөлігінің кедергісімен салыстырғанда ол тек қана р – n өтуіне ғана оң болады. Сыртқы кернеу электронды-тесіктік өтуінде тепе-теңдік бұзылады да тоқ пайда болады.
Егер сыртқы кернеу көзінің оң полюсін р – n ауданға қоссақ, онда потенциалдық кедергінің биіктігі кішіриеді. Ал зарядтардың негізгі тасымалдаушыларының диффузиялық тоғы күрт өседі. Бұндай р – n ауданының қосылуын тура деп атайды. (10 сурет,б) р – n өтуінің тура қосылуында зарядтардың тасымалдаушылардың олардың негізгі емес болып табылатын жартылай өткізгішті кристалды ауданына басым өтуі жүреді, сондықтан р – n өтуінің осы жұмыс істеу режимін негізгі емес тасымалдаушылардың инжекция режимі деп атайды. Егер сыртқы кернеудің полярлығын өзгертсек онда р – n өтуіндегі потенциалдық кедергісінің биіктігі төмендейді. U = -0.5B болған жағдайда диффузиялық тоқ тоқтатылады және сыртқы кернеу өскенде р – n өтуінен тек қана кері деп аталатын тоқ өтеді. Негізгі емес тасымалдаушылардың саны негізгі тасымалдаушыларға қарағанда аз болғандықтан, өту арқылы өтетін тоқтың шамасы тура қосылған байланыстағы тоққа қарағанда үлкен болмайды және сыртқы кернеудің өзгеруінің кең шектерінде тұрақты болады.
Осы негізде p – n өту симметриялы емес вольт – амперлі сипаттамаға ие болады (10 сурет,г).
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, германийлы жартылай өткізгішті аспаптарда p – n өтудің кері тоғы 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 иондалады және т.б., соның салдарынан диффузиялық ток өту арқылы тез өседі, ал p – n өтудің вольтамперлік сипаттамасында 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.[8]
2.4 Жартылай өткiзгiшті диодтар
Жартылай өткізгішті диод деп бір p – n өтуі және екі шығыстары болатын жартылай өткізгішті аспапты атайды. Мұндай диод технологиялық қабылдау бірімен p – n өту орындалатын жартылай өткізгіш кристалл. Өтуді құрайтын кристаллдың екі әр түрлі облыстың беттер бөлігін сыртқы шығыстардың пісіретін немесе дәнекерлейтін металл пленкамен жабады (11 сурет).
11 сурет. Жартылай өткізгіштің құрылымы мен шартты белгіленуі
Жартылай өткізгіштік диодтың негізгі элементі p – n өту болып табылады, сондықтан шынайы диодтың вольтамперлік сипаттамасы 10 суретінде келтірілген p – n өтудің вольтамперлік сипаттамасына жақын. Диодтың параметрлері және жұмыс режимі қосылған U кернеуінен I диод тогы арқылы ағатын байланысты иллюстрациялайтын оның вольтамперлік сипаттамасымен анықталады. Аспаптың типтік вольтамперлік сипаттамасы 12 суретте көрсетілген.
12 сурет. Диодтардың және оның вольтамперлік сипаттамасының шартты графикалық белгіленуі
Диодқа қосымша кернеудің полярлығы әр түрлі болады. Электродтардың арасындағы кернеу оң болып есептеледі. Ал аспаптың анодына оң таңбамен, катодқа теріс таңбамен қойылады. Кернеу ұлғайғанда тез өсетін оң таңбалы кернеуде диод тура ток арқылы өтеді. Теріс таңбалы кернеуде диод жабық болып есептеледі. Кері ток тура токтан бірнеше қатарға аз. Ол арқылы маңызды емес кері ток өтеді.
Жоғарыда қарастырылған шынайы жартылай өткізгішті диод және оның вольтамперлік сипаттамасы p – n өтуден біршама өзгеше. Негізгі айырмашылықтар келесі себептермен айқындалады.
Біріншіден, шынайы диодтарда, ереже бойынша pp>>nn диодтың тура бағыттағы вольтамперлік мінездемеге әсер ететін тек базаның кедергісін rб ғана есептейді.
Екіншіден, шын диодтарда шектелген өлшемдер болады, сондықтан кристалдың үстінде жүретін процестерді есепке алу керек. Ағылу тоғы негізгі болып саналады, өйткені ол, диодтағы кері бағытты вольтамперлік мінездемеге әсер етеді.
Осы себептер диодтың тура тоғы p – n өтуінен кем болуына, және кері тоғы тұрақты болмай, біртіндеп өсетініне, әкеліп соғады (10 сурет,в).
Жартылай өткізгіштерінің түрлері өте көп, класстануының негізгі белгілерінің бірі ол мақсатына p – n өтуінің бір құбылысқа байланысты.
Түзеткіш немесе күштік диодтар, олардың негізінде вентиль эффектісі болып табылады (тура кернеуде тоқ үлкен, ал кері кернеуде тоқ аз) олар схемадағы айнымалы тоқты түзетуге арналған. Көбінесе олар өндірістік жиілікті тоқтарды 50Гц÷50кГц тұрақты тоққа түрлендіруге арналған. Айнымалы кернеуінің параметрлеріне (жиілікке және пішініне) байланысты, диодтарды төменгі жиілікті және жоғары жиілікті деп бөледі. Үлкен қуатты түзеткіш диодтарды күштілік деп атайды. Оларға вентильді қасиеттері: тура және кері бағыттағы кернеу, статикалық параметрлері маңызды болып табылады. Диодтар қуатты болғандықтан, оларға максимал тура тоқ және шекті кері кернеу да маңызды. Түзеткіш диодтың негізгі параметрлері осылар болып табылады:
– тұрақты кері кернеу Uкері – диодтың ұзақ уақытта бұзылуысыз жұмыс істей алатының кері бағыттағы кернеудің мәні;
– орташа тура тоғы Iтура орт – тура бағытта диод арқылы ағатың тұрақты тоқтың максималдық мәні;
– шекті максимал импульстік тура тоқ Iпри – тоқтың тапсырылған максималдық импульстің ұзақтығы;
– тұрақты кері тоқ Iкері;
– тұрақты тура кернеу Uпр – диод арқылы орташа тура тоқ өткен кезде кернеудің түсуі;
– орташа тарау қуаты Pср – диодтың белгілі бір уақыт аралығындағы орташа тарау қуаты;
– максималдық жиілік Fмакс – диодқа қойылған параметрлері қамтамасыз етілгенде максималдық жұмыс жиілігі.Егер диодқа берілген айнымалы кернеудің жиілігі Fмакс -тан жоғары болса,диодтағы жоғалулар өте жоғары өседі.
Шекті кері кернеуді жоғарлату үшін,түзеткіш диодтарды тізбектей жалғайды. Егер элементтердің жалғануы бір кристалда немесе бір корпуста орындалса, онда сол аспабы түзеткіш столб деп аталады. Схемадағы диодтардың тізбектей жалғануынан,жай диодқа қарағанда, кернеуінің түсуі көп болады.
Түзеткіш блоктар,бір корпуста жиналған қарапайым диодтық схемадан жасалынады. Көбінесе осы схема төрт бірдей диод арқылы орындалады.
Аз қуатты жоғары жиілікті диодтар вентиль эффектісін пайдаланады, бірақта оларға статикалық параметрлердің вентильді қасиеттерімен қоса диодтың өзіндік сиымдылығы және шығарғыштардың индуктивтілігі маңызды. Индуктивтілігін және сиымдылығын азайту үшін,қысқа шығарғыштар мен p – n өтуі көлемі жағынан аз диодтарды пайдаланады. Көбінесе, нүктелік диодтарды кең қолданады.[13]
2.5 Диодтың түрлері мен белгіленуі
Диодтардың ерекшеліктері мен ВАС байланысты келесі түрлері ажыратылады.
1. Түзеткіш және детектірлеуші диодтар. Бір р – n өтпесіне негізделген, электр тоғын бір бағытта өткізетін, электрондық аспап, жартылай өткізгіш диод деп аталады. Жартылай өткізгіш диод айнымалы тоқты түзетуде, модуляцияланған радиосигналдарды детектрлеуде қолданылады. Жартылай өткізгіш диодтың вольтамперлік сипаттамасы тура кернеу кернеудің оң мәндеріне, ал кері кернеу теріс мәндеріне сәйкес келеді.
Жартылай өткізгіш диодтар құрылысына байланысты жазықтық және нүктелік болып екіге бөлінеді. Нүктелік диодта үшкір ұшын р -түрлі вольфрам мен n -түрлі жартылай өткізгіштің түйісу аймағында р – n өтпесі қалыптасады. Жазықтық диодтар бірнеше ондаған миллиамперден бірнеше жүздеген амперге дейінгі ток күшін өткізеді. Сондықтан оларды айнымалы тоқты түзету үшін қолданады.
Нүктелік диодтардың шамалары жазықтық диодтардың шамаларынан өзгеше болып келеді. Олардың тура кедергілерінің шамасы үлкен, ал тура тоқ күшінің ең жоғарғы мәні аз. Нүктелік диодтардың ерекше қасиеттерінің бірі, олар өте жоғары жиіліктер аймағында жұмыс атқаруға қабілетті. Сондықтан оларды жиіліктері жоғары радиосигналдарды детекторлеу үшін қолданылады.[1]
2. Стабилитрондар электрлік тесіп өту режимінде жұмыс істейді. Аспаб кері қосылғанда, минималдан Iмин максималға дейін Iмакс электрлік тесу жерінде кернеудің түсуі өте кішкентай болады да аспаб арқылы ағатын тоқ тұрақты деп есептеледі (13 сурет).
– тұрақтандыру кернеуі Uст;
– минималды және максималды тұрақтандыру тоқтары Imin және Imax;
– дифференциалдық кедергі Rd = dI/dU – электрлік тесіп өту жерінде;
– тұрақтандыру температуралық коэффициент αст – ΔT қоршаған ортаның температурасы өзгергенде, тұрақтандыру кернеуінің салыстырмалы өзгеруі ΔUст:
Тұрақтандыру температуралық коэффициенті, аспаб арқылы өтетін тоқ пен кернеуінен байланысты болады. Төмен кернеулерде (5,7 В тан төмен) Uст температуралық коэффициент кері таңбалы болады. Тоқ 10 мА таяу болғанда, ол –2,1 мВ/Сo тең болады. Кернеу 6 В тан жоғары болса,ол оң таң балы болады, коэффициент он танбалы болады егер тоқ өлшемі (10 мА) дәрежесі 6 мВ/Сo жетеді. Тоқ өлшемін аспаб арқылы таңдасақ, оның температуралық коэффициентің өзгертуге болады, тіпті оның нөлдік мәніне жетуге болады.
| 13 сурет. Стабилитронның ВАС |
Стабисторлар стабилитрондар тәрізді, кернеуді тұрақтандыруға арналған. Стабилитрондармен салыстырып қарасақ олар диодтын вольтамперлік мінездеменің тура бағытында жұмыс істейді.[12]
3. Шалаөткізгіш диод (орыс. Полупроводниковый диод) — бір электронды-кемтікті өткелі (р — n өткелі) немесе Шоттка өткелі (металл-шалаөткізгіш түйіспесі) бар екі электродты шалаөткізгіш аспап. Көбіне өткелдің бір жақты өткізгіштігі пайдаланылады және шалаөткізгіш диод тұрақты ток немесе төменгі жиілікті айнымалы тізбегіндегі әрекеті оның вольтамперлік сипаттамасы бойынша анықталады. Шалаөткізгіш диодтың бір жақты өткізгіштігі мен вольтамперлік сызықты емес сипаттамасы түзеткіштік, детекторлық, түрлендіргіштік диодтарда пайдаланылады. р — n еткелінің тесіліп-ойылуына байланысты құбылыстар негізінде стабилитрондар, ағынды-үшпалы-диодтар жұмыс істейді.[11]
4. Варикап (Varicap, vari (alle) - айнымалы және cap (a city) — сыйымдылық) — берілген кері кернеуге p – n ауысуының тосқауылдық сыйымдылыққа тәуелділігі сызықты болмайтын шалаөткізгіш диод. Варикапты Ge, Si және Ga-As материалдары негізінде жасайды. Варикаптың негізгі көрсеткіштері: номиналды (бастапқы) сыйымдылығы С0, сапалығы Q, температуралық сыйымдылық коэффициенті:
К= С/С t.
Радио электрондық құрылғыларда варикапты параметрлік күшейту, жиілікті көбейту үшін, сондай-ақ сыйымдылықты электрлік басқару мүмкіндігі бар тербелмелі контурдың резонансты жиілігін қашықтан жөне тез баптау үшін қолданады.[10]
5. Туннельдік диод. Туннельдік диодтардың жұмыс істеу шарты туннельдік әсерге негізделген. Келтірілген сипаттаманың 0-б бөлігінде тоқ тек туннельдік әсерге негізделген. Егер потенциалдар айырымын оң бағытта арттыратын болсақ, туннельдік тоқ шапшаң кемиді, р – n өтпесі арқылы кәдімгі инжекциялық тоқ жүре бастайды. в нүктесінде туннельдік тоқ мүлде жойылады да, ары қарай тек инжекциялық тоқ жүретін болады.
14 сурет. Туннельдік диод ВАС
Сипаттаманың б-в бөлігінде диод кедергісінің мәні теріс элементтің міндетін атқарады. Оның осы ерекше қасиетін электрлік тербелістерді генерациялау үшін пайдаланады. Туннельдік диодтардың тағы ерекше қасиеттерінің бірі, олардың инерциялығы өте аз, сондықтан олар аса жоғары жиіліктер аймағында жұмыс істей алады.[18]
6. Қарымта диод (Обращенный диод) — туннельдік эффект салдарынан кері кернеудегі өткізгіштік тура кернеудегі өткізгіштікке қарағанда әлдеқайда үлкен шала өткізгішті диод. Туннельдік диодтан максималды тоғының төменгі мәндерімен (-100 мкА) ерекшеленеді. Қарымта диодтың өзгешеленген шала өткізгіштер негізінде (әдетте, Ge немесе Ga-As-тен) жасайды.[18]
1-кесте
| Диод түрі | Белгіленуі | ВАС |
| Түзеткіш диод | 
| 
|
| Шоттка диоды | 
| 
|
| Стабилитрон | 
| 
|
| Стабистор |
|
|
| Варикап | 
| 
|
| Туннельдік диод | 
| 
|
| Қарымта диод | 
| 
|
Ескерту: http://jstonline.narod.ru/eltehonline/elteh_b0/elteh_b0c0/elteh_b0c0a.htm
2.6 Жартылай өткізгішті диодтардың негізгі техникалық шамалары
Жартылай өткізгішті диодтардың сипаттамалары температураға тәуелді. Сондықтан оларды температураның шектеулі аймағында ғана пайдалана аламыз. Мәселен, германий диодтар үшін -60-тан +70 °С, ал кремний диодтар үшін -60-тан +120 °С.
Жартылай өткізгішті диодтар мына төмендегі шамалар арқылы сипатталады:
− вольтамперлік сипаттамасы, 
[мА/В];
− айнымалы тоқ үшін ішкі кедергі, 
[ В/мА ];
− тұрақты тоқ үшін кедергісі, 
− түзету коэффициенті, 
;
− Iтура тоқ дегеніміз, диод арқылы тоқ көзінің оң полюсіне сол полюсіне
қарай, яғни оң бағытта жүретін тоқ;
− түзетілген, яғни тұрақты тоқ дегеніміз үлпілдік (пульсациялық) тоқтың тұрақты құраушысы немесе түзетілген тоқтың орташа мәні;
− түзетілген тоқтың ең үлкен амплитудасы - активтік жүктемелі диод арқылы өтетін тоқтың ең үлкен мәніне тең. Түзетілген тоқтың мәні шамамен оның амплитудалық мәнінің 30%-на тең болады.
− Iкері тоқ - кері кернеу берілген кезде диод арқылы өтетін тоқ.
− кері кернеудің ең үлкен амплитудасы - диодтың қалыпты күйі сақталатын, тесіп өту болмайтын, кері кернеудің шамасына тең. Ондай кері кернеудің шамасы 25 В-дан 600 В аралығында болады. Әрбір диодқа өзінің техникалық сипаттамасында көрсетілген шамасынан артық кері кернеу беруге болмайды.
Диодқа өткізу бағытында түсетін кернеудің мәні өте аз, ол 0,5-1,0 B аралығында ғана болады.[18]
3 ҚОРЫТЫНДЫ
Жартылай өткізгіштердің маңызды ерекшелігі, онда қоспалар болғанда, өзіндік өткізгіштікпен бірге қосымша – қоспалық өткізгіштік болады. Қоспалардың концентрациясын өзгерте отырып, оң және теріс таңбалы зарядты тасымалдаушылардың санын едәуір өзгертуге болады. Ол атомнан оңай бөлініп шығып, еркін электронға айналады.
Донорлық қоспалары бар жартылай өткізгіштер электрондардың көп санына ие болатындықтан, оларды n -типті жартылай өткізгіш деп атайды. Ал акцепторлық қоспалары бар жартылай өткізгіштер кемтіктер, яғни p -типті жартылай өткізгіш.
p – n ауысудың қасиетін айнымалы токты түзету үшін пайдаланады. Оған арнап жасалған құралдарды жартылай өткізгіштік диод деп аталынады.
Жартылай өткізгіштердің тағы бір қасиетіне, онда жарық сәулесінің әсерінен электр қозғаушы күштердің пайда болуы жатады. Оның бұл қасиетін жарық фотоэлементтерін жасау үшін пайдаланады.
Міне осындай жартылай өткізгіштердің көмегімен көптеген құралдар жасалынды. Оларға диод, түзеткіш диод, туннельдік диод, қарымта диод, варикап, стабилитрон, транзисторлар және т.б.. Осы құрылғылар техникада кең қолданыс тапты: радиосигналдарды детекторлеу станцияларында; радиотехникада; электроникада; электр және радио электрондық аппараттарда айнымалы токты түзету, детекторлеу, электр тербелістерін түрлендіру, электр тізбектерін ажыратып-қосу үшін, жалпы барлық техникада қолданылады.
4 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. – М.: Физматгиз, 1963.
2. Элементарный учебник физики. Т. 2. Электричество и магнетизм/Под ред. Г.С. Ландсберга. – М.: Наука, 1967.
3. Сахаров Д.И., Блудов М.И. Физика для техникумов. – М.: Наука, 1967.
4. Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов ІІІ и V групп. – М.: Мир, 1967.
5. Жданов Л.С., Маранджян В.А. Курс физики для средних специальных учебных заведений. Ч. 2. Электричество. Оптика. Атомная физика. – М.: Наука, 1968.
6. Блудов М.И. Физика жайлы әңгімелер. 2 бөлім. – Алматы: Мектеп, 1969.
7. Цидильковский И.М. Электроны и дырки в полупроводниках. – М.: Наука, 1972.
8. Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М.: Наука, 1976.
9. Зеегер К. Физика полупроводников. – М.: Мир, 1977.
10. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. – М.: Наука, 1978.
11. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов. – М.-Л.: Наука, 1978.
12. Смит Р. Поупроводники. – М.: Мир, 1982.
13. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Мир, 1984.
14. Буравихин В.А., Егоров В.А. Биография электрона. – М.: Знание, 1985.
15. Мустафаев Р.А., Кривцов В.Г. Физика в помощь поступающим в вузы. – М.: Высшая школа, 1989.
16. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. – М.: Наука, 1990.
17. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2001.
18. Абылова Ә.М. Микроэлектроника. Жартылай өткізгішті диодтар. 1-бөлім. – Ақтау, 2011 ж. – 58 бет.
19. http://ikitap.kz/book/n_a_danilin_fizicheskie_svoistva_iurskih_otlojeneii
_u_mangyshlakka/files/assets/basic-html/page51.html
5 МАЗМҰНЫ
| 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 | Жоспар Кіріспе Жартылай өткізгіштер Жартылай өткiзгiштердегi электр тогы Өзіндік жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі Қоспалы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі P – N АУЫСУ Диффузия р – n ауысуының қасиеттері p – n өтуін жасауда диффузиялық әдіс Жартылай өткiзгiшті диодтар Диодтың түрлері мен белгіленуі Жартылай өткізгішті диодтардың негізгі техникалық шамалары Қорытынды Пайдаланылған әдебиеттер тізімі |
