Меншікті оспалы жартылай ткізгіш

Жартылай ткізгіш материалдарыны меншікті кедергісі 10⁸...10⁶ Ом^.м аралыын амтиды. Жартылай ткізгіштер баса атты кристалды материалдардан зіні электр ткізгіштігіне , кристалдарды энегиялы кйіне , электр асиетіні температурадан туелділігіні сипатына арай, суле шыару жне баса да сырты серлеріне арай ажыратылады. Электронды процестерді баылай отырып, жартылай ткізгіш ралдардаы электр тоын басаруа болады.

Электр ткізгіштік–дегеніміз еркін электрондарды озалысы мен тсіндірілетін атты денелерді е маызды асиеттеріні бірі. Бл электрондарымыз кезінде атом ядросымен байланыстарды згендіктен осылай еркін озалыста болады. Сондытан мндай электрондар атомдар арасында еркін озала алады жне баса электрондармен ядролармен жне электр рісімен серлеседі. Электр ткізгіштігіне арай барлы заттар шартты трде ткізгіштер,жартылай ткізгіштер жне диэлектриктердеп блінеді. ткізгіштерді (металдарды) электр ткізгіштігі =10⁷÷10³См^.м^-1 , жартылай ткізгіштік =10³÷10^-8См^.м^-1, диэлектириктік - =10^-8÷10^-15См^.м^-1 . Жартылай ткізгіштік материалдар меншіктіжне оспалы деп блінеді.

Меншікті жартылай ткізгіштер деп, оларды электр ткізгіштеріне ыпалы болатын, оспалары жо, жартылай ткізгіштерді айтады. Олара Д.И.Менделеев кестесіні тртінші тобындаы кптеген элементтер жатады. Кристалдарды бл элементтерді рбір крші екі атомы валенттік екі электрондармен біріккен; мндай байланыс ос электронды немесе коваленттікбайланыс деп аталады.

оспалы жартылай ткізгіштерді электр ткізгіштіктері электронды немесе тесіктік электр ткізгіштігі айын байалатын оспалармен аныталады. Кристал жартылай ткізгіштікті электр ткізгіштігіні тиімді болу себебі оны баса трлі валентті элементтерді болуымен тсіндіріледі. Басы арты еркін электрондар беретін, трттен жоары валенттілігі бар оспаларды донорлы деп атайды. Тесіктерді санын кбейтетін, басы арты тесікте беретін трттен тмен валенттілігі бар оспаларды акцепторлы деп атайды. Кремний кристалыны бір атомы бес валентті мышьякты (As) атомы мен ауыстыру схемасы келтірілген.

Тесіктік элекрт ткізгіштігі (р-тріндегі) алу шін жартылай ткізгішті рамына ш валентті элементтер- бор, алюминий, индий жне т.б. ендіріледі. оспалы жартылай ткізгішті тесікті электр ткізгіштік механизімі крсетілген. Шартты трде, кремний торы жне ш валентті бор атомы бейнеленген. Бор атомыны ш валенттік электрондары кршісіні трт валенттігімен байланыс жасауа жеткіліксіз. Сондытан байланысты біреуі жараталмаан болып шыады жне ол электронды зіне тартып алуына ммкіншілігі бар орына айналады. Осы орына кршіден бір электрон кшкендіктен байланыста тран крші кремний атомдарды ос электроныны біріні орны басып, тесік пайда болады. Бл тесік ендігі жерде кристалда кшіп жреді. Ал оспаны атомы озалмайтын теріс иона айналады.

Жартылай ткізгіштерді зоналы лгісі.Меншікті жне оспалы жартылай ткізгіштерді электронды процестерін оларды энегиялы кйлеріні диаграммасы арылы талаан жн.

Алаш рет жмыс жасайтын транзисторды Bell фирмасыны зертанасында 1948 ж. Джон Бардин, Уолтер Браттейн жне Уильям Шокли жасап шыарды. Электронды шамдардан артышылыы жаынан электронды байланыс ралдар обылысында ткеріс жасады жне есіні клемі лкен тез есептегіш электронды –есептеу машиналарында кеінен олдануды жзеге асырды. Транзисторды е танымал артышылыы: оны клеміні аздыы; кернеуді азана мнінде жмыс жасаанда, лкен оматы оректендіру кзін тілемеуі; оны ыздырушы катодыны жотыы (катодты ыздыруа жне жылуды кетуге уаыт ажет) жне ол бір бит апарата есептегенде аз санды энергия жмсайтындыы. айсыбір сараптамалады ортындысына араанда, бл энергияны (транзисторды жмсайтыны) шамасы, миды нейрондарыны пайдаланатын энергиясымен пара-пар екен.

Е жиі олданылатын жартылай ткізгіштер: кремний, германий, галлий арсениді, селен, теллур, ртрлі оксидтер, сульфидтер, нитридтер жне карбидтер. Егер ртрлі элементтерді атомдарыны рылысын арастырса онда электрондармен толыан (ішкі) жне толыпаан абышаларын (сырты) блуге болады. Соысы ядромен лсіз байланыста боландытан баса атомдармен оай серлеседі. Сондытанда сырты толыпаан абытаы электрондарды валентті деп атайды. Молекула ранда жеке атомдарды арасында ртрлі типтегі байланыстар болады. Жартылай ткізгіштер шін е кп тарааны ковалентті байланыс. Мысалы, Кремнийді (Si) атомы трт валенттік электрона ие, молекулаларда кршілес трт атомны арасында ковалентті байланыс болады (сурет 1). Абсолютті таза жне біртекті жартылай ткізгіште нлден згеше температурада бос электрондар мен кемтіктер жп рады, яни электрондар мен кемтіктерді саны те болады. Мндай жартылай ткізгішті электр ткізгіштігі меншікті электр ткізгіштік деп аталады.

Сурет 1

Таза кйінде Si жне Ge диэлектриктік асиеттерге иеленеді, біра оларды ткізгіштігі аз млшерде (шамада) оспаларды енгізсе тпкілікті згереді. 2 суретте Ge-ді (кристалл торыны) моделі, оны бір атомын As (кшн) атомымен орынбастырылан. Міне осы As-атомды оспа дейді. Кшнні (As-ті) сырты орбитасында 5 электрон, сондытан Ge-кристалына «транда» оны бір электроны еркін болып алады.

Бл арты электрон те озалыш, сондытан потенциалдар айырымы пайда боланда ток тасымалдаушы бола алады. Еркін электрондар санын (млшерін) жартылай ткізгіш ішіне енгізілетін оспа атомдар санын згертіп баылауа (тексеруге) болады. оспаларды жартылай ткізгіштерге енгізгенде еркін электрондар пайда болса – бл жартылай ткізгіш енгізілген оспа донор деп аталады, ал жартылый ткізгішіні зі оспалы жартылай ткізгіш деп аталады.