Ерюткин Евгений Сергеевич
дээд физикийн багш мэргэшлийн ангилал GOU №1360 дунд сургууль, Москва
Хэрэв та шууд холболт хийвэл гадаад талбар нь блоклох талбарыг саармагжуулж, гүйдэл нь үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчээр дамжих болно.
Цагаан будаа. 9. p-n уулзваршууд холбогдсон үед ()
Энэ тохиолдолд цөөнхийн зөөвөрлөгчийн гүйдэл нь ач холбогдолгүй, бараг байхгүй. Тиймээс p-n уулзвар нь цахилгаан гүйдлийн нэг талын дамжуулалтыг хангадаг.
Цагаан будаа. 10. Температурын өсөлттэй цахиурын атомын бүтэц
Хагас дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах чанар нь электрон нүх бөгөөд ийм дамжуулалтыг дотоод дамжуулалт гэж нэрлэдэг. Дамжуулагч металлаас ялгаатай нь температур нэмэгдэх тусам чөлөөт цэнэгийн тоо нэмэгддэг (эхний тохиолдолд энэ нь өөрчлөгддөггүй), тиймээс хагас дамжуулагчийн дамжуулалт температур нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, эсэргүүцэл нь буурдаг.
Маш чухал асуудалхагас дамжуулагчийг судлахдаа тэдгээрийн доторх хольц байгаа эсэх. Мөн хольц байгаа тохиолдолд бид хольцын дамжуулалтын талаар ярих ёстой.
Жижиг хэмжээтэй, дамжуулах дохионы маш өндөр чанар нь хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг орчин үеийн электрон технологид маш түгээмэл болгосон. Ийм төхөөрөмжүүдийн найрлагад зөвхөн дээр дурдсан хольц бүхий цахиур төдийгүй, жишээлбэл, германий орно.
Ийм төхөөрөмжүүдийн нэг нь диод юм - нэг чиглэлд гүйдэл дамжуулж, нөгөө рүү шилжихээс сэргийлдэг төхөөрөмж. Энэ нь өөр төрлийн хагас дамжуулагчийг p- эсвэл n төрлийн хагас дамжуулагч болор руу суулгах замаар олж авдаг.
Цагаан будаа. 11. Диаграмм дээрх диодын тэмдэглэгээ ба түүний төхөөрөмжийн диаграмм тус тус
Одоо хоёр p-n уулзвартай өөр нэг төхөөрөмжийг транзистор гэж нэрлэдэг. Энэ нь зөвхөн гүйдлийн дамжуулалтын чиглэлийг сонгохоос гадна түүнийг хувиргахад үйлчилдэг.
Цагаан будаа. 12. Транзисторын бүтцийн диаграмм ба түүний тэмдэглэгээ цахилгаан диаграммтус тус ()
Орчин үеийн микро схемүүд нь диод, транзистор болон бусад цахилгаан төхөөрөмжүүдийн олон хослолыг ашигладаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Дараагийн хичээлээр бид вакуум дахь цахилгаан гүйдлийн тархалтыг авч үзэх болно.
- Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физик ( үндсэн түвшин) М.: Мнемосина. 2012
- Гэндэнштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физик 10-р анги. М .: Илекса. 2005 он
- Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физик. Электродинамик М.: 2010 он
- Төхөөрөмжийн ажиллах зарчим ().
- Физик, технологийн нэвтэрхий толь бичиг ().
- Хагас дамжуулагч дотор дамжуулагч электронууд юунаас үүсдэг вэ?
- Хагас дамжуулагчийн дотоод дамжуулалт гэж юу вэ?
- Хагас дамжуулагчийн дамжуулах чанар нь температураас хэрхэн хамаардаг вэ?
- Донорын хольц нь хүлээн авагч хольцоос юугаараа ялгаатай вэ?
- *а) галлий, б) индий, в) фосфор, г) сурьмагийн хольцтой цахиурын дамжуулах чанар ямар вэ?
Хагас дамжуулагч нь температур нэмэгдэхийн хэрээр дамжуулах чанар нь нэмэгдэж, буурах бодисын ангилал юм. цахилгаан эсэргүүцэл. Хагас дамжуулагч нь металаас үндсэндээ ялгаатай байдаг.
Ердийн хагас дамжуулагч нь германи ба цахиурын талстууд бөгөөд атомууд нь ковалент холбоогоор нэгддэг. Ямар ч температурт хагас дамжуулагч нь чөлөөт электрон агуулдаг. Гадны нөлөөн дор чөлөөт электронууд цахилгаан оронүүсгэх, болор дотор хөдөлж болно электрон гүйдэлдамжуулах чанар. Нэг атомын гаднах бүрхүүлээс электроныг зайлуулах болор торЭнэ атомыг хувиргахад хүргэдэг эерэг ион. Энэ ион нь хөрш зэргэлдээх атомуудын аль нэгнийх нь электроныг барьж авснаар өөрийгөө саармагжуулж чаддаг. Цаашилбал, электронууд атомаас эерэг ион руу шилжсэний үр дүнд талст дотор алга болсон электронтой газар эмх замбараагүй шилжих үйл явц үүсдэг. Гаднах байдлаар энэ үйл явцыг эерэг хөдөлгөөн гэж үздэг цахилгаан цэнэгдуудсан нүх.
Болорыг цахилгаан талбарт байрлуулах үед нүхний дараалсан хөдөлгөөн үүсдэг - нүхний дамжуулалтын гүйдэл.
Тохиромжтой хагас дамжуулагч болорт цахилгаан гүйдэл нь тэнцүү тооны сөрөг цэнэгтэй электрон ба эерэг цэнэгтэй нүхний хөдөлгөөнөөр үүсдэг. Хамгийн тохиромжтой хагас дамжуулагч дахь дамжуулалтыг дотоод дамжуулалт гэж нэрлэдэг.
Хагас дамжуулагчийн шинж чанар нь хольцын агууламжаас ихээхэн хамаардаг. Хоёр төрлийн хольц байдаг - донор ба хүлээн авагч.
Электроныг өгч, электрон дамжуулалтыг бий болгодог хольцыг нэрлэдэг хандивлагч(гол хагас дамжуулагчийнхаас их валенттай хольц).
Электроны концентраци нь нүхний концентрациас давсан хагас дамжуулагчийг n төрлийн хагас дамжуулагч гэж нэрлэдэг. Электроныг барьж, улмаар дамжуулагч электронуудын тоог нэмэгдүүлэхгүйгээр хөдөлгөөнт нүх үүсгэдэг хольцыг нэрлэдэгхүлээн авагч
(гол хагас дамжуулагчаас бага валенттай хольц). AtАкцепторын хольцтой хагас дамжуулагч талст дахь гол гүйдэл дамжуулагч нь нүх бөгөөд гол тээвэрлэгч нь электрон биш юм. Нүхний концентраци нь дамжуулагч электронуудын концентрацаас давсан хагас дамжуулагчийг нүхний хагас дамжуулагч эсвэл p хэлбэрийн хагас дамжуулагч гэж нэрлэдэг. Хоёр хагас дамжуулагчийн контактыг авч үзье янз бүрийн төрөлдамжуулах чанар.
Ихэнх тээвэрлэгчдийн харилцан тархалт нь эдгээр хагас дамжуулагчийн хилээр явагддаг: n-хагас дамжуулагчаас электронууд p-хагас дамжуулагч руу, p-хагас дамжуулагчаас n-хагас дамжуулагч руу тархдаг. Үүний үр дүнд контакттай хиллэдэг n-хагас дамжуулагчийн хэсэг нь электроноор хомсдож, илүүдэл болно. эерэг цэнэг, нүцгэн хольцын ионууд байгаатай холбоотой. P-хагас дамжуулагчаас n-хагас дамжуулагч руу нүхний хөдөлгөөн нь илүүдэл үүсэхэд хүргэдэг. сөрөг цэнэг p-хагас дамжуулагчийн хилийн мужид. Үүний үр дүнд цахилгаан давхар давхарга үүсч, контактын цахилгаан орон үүсдэг бөгөөд энэ нь үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчдийн цаашдын тархалтаас сэргийлдэг. Энэ давхарга гэж нэрлэгддэг түгжих.
Гадны цахилгаан орон нь саадны давхаргын цахилгаан дамжуулах чанарт нөлөөлдөг. Хэрэв хагас дамжуулагчийг зурагт үзүүлсэн шиг эх үүсвэрт холбосон бол. 55, дараа нь гадаад цахилгаан орны нөлөөн дор үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчид - p-хагас дамжуулагч дахь чөлөөт электронууд ба p-хагас дамжуулагч дахь нүхнүүд нь хагас дамжуулагчийн интерфэйс рүү бие бие рүүгээ шилжих ба p-n уулзварын зузаан нь буурдаг тул түүний эсэргүүцэл буурдаг. Энэ тохиолдолд одоогийн хүч нь гадны эсэргүүцэлээр хязгаарлагддаг. Гадаад цахилгаан орны энэ чиглэлийг шууд гэж нэрлэдэг.
p-n уулзварын шууд холболт нь одоогийн хүчдэлийн шинж чанарын 1-р хэсэгтэй тохирч байна (57-р зургийг үз). Цахилгаан гүйдэл дамжуулагчөөр өөр орчин
ба гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарыг хүснэгтэд нэгтгэн харуулав. 1. Хэрэв хагас дамжуулагчийг зурагт үзүүлсэн шиг эх үүсвэрт холбосон бол. 56, дараа нь n-хагас дамжуулагч дахь электронууд болон p-хагас дамжуулагч дахь нүхнүүд гадаад цахилгаан орны нөлөөн дор хилээс шилжих болно.эсрэг талууд .. pn уулзварыг урвуугаар асаах нь одоогийн хүчдэлийн шинж чанарын 2-р хэсэгтэй тохирч байна (Зураг 57).
Хагас дамжуулагч нь цахилгаан дамжуулах чадвартай бодис юм завсрын байрлалсайн дамжуулагч ба сайн тусгаарлагч (диэлектрик) хооронд.
Хагас дамжуулагч нь химийн элементүүд(германий Ge, цахиур Si, селен Se, теллур Te), химийн элементүүдийн нэгдлүүд (PbS, CdS гэх мэт).
Янз бүрийн хагас дамжуулагч дахь гүйдэл дамжуулагчийн шинж чанар өөр өөр байдаг. Тэдгээрийн заримд нь цэнэгийн тээвэрлэгчид нь ионууд; бусад тохиолдолд цэнэг зөөгч нь электронууд юм.
Хагас дамжуулагчийн дотоод дамжуулалт
Хагас дамжуулагчийн хоёр төрлийн дотоод дамжуулалт байдаг: электрон дамжуулалт ба хагас дамжуулагчийн нүхний дамжуулалт.
1. Хагас дамжуулагчийн электрон дамжуулалт.
Цахим дамжуулалт нь гадны нөлөөллийн үр дүнд атомын валентын бүрхүүлээс гарсан чөлөөт электронуудын атом хоорондын орон зайд чиглэсэн хөдөлгөөнөөр явагддаг.
2. Хагас дамжуулагчийн нүхний дамжуулах чанар.
Нүхний дамжуулалт нь чиглэсэн хөдөлгөөнөөр явагддаг валентын электронуудхос электрон бонд дахь сул орон сууцны хувьд - нүх. Эерэг ион (нүх) -ийн ойролцоо байрлах төвийг сахисан атомын валентийн электрон нь нүхэнд татагдан орж ирдэг. Энэ тохиолдолд саармаг атомын оронд эерэг ион (нүх), эерэг ионы (нүх) оронд саармаг атом үүсдэг.
Гадны хольцгүй төгс цэвэр хагас дамжуулагчийн хувьд чөлөөт электрон бүр нэг нүх үүсэхтэй тохирч, өөрөөр хэлбэл. гүйдэл үүсгэхэд оролцдог электрон ба нүхний тоо ижил байна.
Ямар үед үүсэх дамжуулалт ижил тооцэнэг зөөгчийг (электрон ба нүх) хагас дамжуулагчийн дотоод дамжуулах чанар гэж нэрлэдэг.
Чөлөөт электронуудын тоо бага байдаг тул хагас дамжуулагчийн дотоод дамжуулах чанар нь ихэвчлэн бага байдаг. Бохирдлын өчүүхэн ул мөр нь хагас дамжуулагчийн шинж чанарыг эрс өөрчилдөг.
Хагас дамжуулагчийн хольцтой үед цахилгаан дамжуулах чанар
Хагас дамжуулагч дахь хольцыг үндсэн хагас дамжуулагчд агуулаагүй гадны химийн элементийн атомууд гэж үздэг.
Бохирдлын дамжуулалтнь хагас дамжуулагчийн талст торонд хольц орсны улмаас тэдгээрийн дамжуулах чанар юм.
Зарим тохиолдолд хольцын нөлөөлөл нь "нүх" дамжуулах механизм бараг боломжгүй болж, хагас дамжуулагч дахь гүйдэл нь голчлон чөлөөт электронуудын хөдөлгөөнөөр явагддаг. Ийм хагас дамжуулагчийг нэрлэдэг электрон хагас дамжуулагчэсвэл n төрлийн хагас дамжуулагч(аас Латин үгсөрөг - сөрөг). Ихэнх цэнэгийн тээвэрлэгчид нь электронууд, дийлэнх бус цэнэг тээвэрлэгчид нь нүхнүүд юм. N хэлбэрийн хагас дамжуулагч нь донорын хольцтой хагас дамжуулагч юм.
1. Донорын хольц.
Электроныг амархан өгдөг, улмаар чөлөөт электронуудын тоог нэмэгдүүлдэг хольцыг донорын хольц гэж нэрлэдэг. Донорын хольц нь ижил тооны нүх үүсгэхгүйгээр дамжуулагч электронуудыг нийлүүлдэг.
Ердийн жишээДөрвөн валент германий Ge дахь донор хольцууд нь таван валент хүнцлийн атомууд юм.
Бусад тохиолдолд чөлөөт электронуудын хөдөлгөөн бараг боломжгүй болж, гүйдэл нь зөвхөн нүхний хөдөлгөөнөөр явагддаг. Эдгээр хагас дамжуулагчийг нэрлэдэг нүхний хагас дамжуулагчэсвэл p төрлийн хагас дамжуулагч(Латин үгнээс positivus - эерэг). Гол цэнэг зөөгч нь нүхнүүд, харин гол цэнэг зөөгч электронууд биш юм. . P хэлбэрийн хагас дамжуулагч нь хүлээн авагч хольцтой хагас дамжуулагч юм.
Хүлээн авагчийн хольц нь ердийн хос электрон холбоо үүсгэх хангалттай электрон байхгүй хольц юм.
Германы Ge дахь хүлээн авагч хольцын жишээ бол гурван валент галлийн атом Ga юм
Цахилгаан гүйдэл p ба n төрлийн хагас дамжуулагчийн контактаар дамжуулан p-n уулзвар нь p ба n төрлийн хоёр хольцын хагас дамжуулагчийн контакт давхарга юм; P-n уулзвар нь нэг талст дахь нүхний (p) дамжуулалт ба электрон (n) дамжуулалт бүхий мужуудыг тусгаарлах хил юм.
Шууд p-n уулзвар
Хэрэв n-хагас дамжуулагч нь тэжээлийн эх үүсвэрийн сөрөг туйлтай, тэжээлийн эх үүсвэрийн эерэг туйл нь p-хагас дамжуулагчтай холбогдсон бол цахилгаан талбайн нөлөөгөөр n-хагас дамжуулагч ба нүхний электронууд . p-хагас дамжуулагч дахь хагас дамжуулагчийн интерфейс рүү бие бие рүүгээ шилжих болно. Хил хязгаарыг давж буй электронууд нүхийг дүүргэж, p-n уулзвараар дамжин өнгөрөх гүйдлийг үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчид гүйцэтгэдэг. Үүний үр дүнд дээжийг бүхэлд нь дамжуулах чадвар нэмэгддэг. Гаднах цахилгаан талбайн ийм урагш (дамжуулан) чиглэлтэй бол блоклох давхаргын зузаан ба түүний эсэргүүцэл буурдаг.
Энэ чиглэлд гүйдэл нь хоёр хагас дамжуулагчийн хилээр дамждаг.
  |
Урвуу pn уулзвар
Хэрэв n-хагас дамжуулагчийг тэжээлийн эх үүсвэрийн эерэг туйл, р-хагас дамжуулагчийг тэжээлийн эх үүсвэрийн сөрөг туйлтай холбосон бол n-хагас дамжуулагч дахь электронууд ба p-хагас дамжуулагчийн нүхний нөлөөгөөр. цахилгаан талбар нь интерфэйсээс эсрэг чиглэлд шилжих болно, p дамжин өнгөрөх гүйдэл -n уулзварыг цөөнхийн цэнэгийн тээвэрлэгчид гүйцэтгэдэг. Энэ нь саадны давхаргыг зузаатгаж, эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Үүний үр дүнд дээжийн дамжуулалт нь ач холбогдолгүй болж, эсэргүүцэл нь том байна.
Хаалт гэж нэрлэгддэг давхарга үүсдэг. Энэ чиглэлийн дагуу гадаад талбар p- ба n-хагас дамжуулагчийн контактаар бараг ямар ч цахилгаан гүйдэл дамждаггүй.
Тиймээс электрон нүхний шилжилт нь нэг талын дамжуулалттай байдаг.
Хүчдэл - вольт - амперийн шинж чанараас гүйдлийн хамаарал р-n уулзварзурагт үзүүлсэн (вольт-ампер шинж чанар шууд p-nшилжилтийг хатуу шугам, вольт-ампер шинж чанараар харуулсан урвуу p-nшилжилтийг тасархай шугамаар харуулсан).
Хагас дамжуулагч төхөөрөмж:
Хагас дамжуулагч диод - залруулах зориулалттай АС, энэ нь өөр өөр эсэргүүцэлтэй нэг p-n уулзварыг ашигладаг: in урагш чиглэл p-n уулзварын эсэргүүцэл нь эсрэг талынхаас хамаагүй бага байна.
Фоторезисторууд - гэрлийн сул урсгалыг бүртгэх, хэмжих зориулалттай. Тэдгээрийн тусламжтайгаар гадаргуугийн чанарыг тодорхойлж, бүтээгдэхүүний хэмжээсийг хянадаг.
Термисторууд - температурыг алсаас хэмжих, галын дохиолол.
Хагас дамжуулагчийн хувьд энэ нь цахилгаан талбайн нөлөөлөлд өртдөг нүх ба электронуудын чиглэсэн хөдөлгөөн юм.
Туршилтын үр дүнд хагас дамжуулагч дахь цахилгаан гүйдэл нь бодисын дамжуулалт дагалддаггүй болохыг тэмдэглэв. химийн өөрчлөлт. Тиймээс электроныг хагас дамжуулагчийн гүйдэл дамжуулагч гэж үзэж болно.
Материалын цахилгаан гүйдэл үүсгэх чадварыг дараахь байдлаар тодорхойлж болно энэ үзүүлэлтдамжуулагч нь дамжуулагч ба диэлектрикийн хоорондох завсрын байрлалыг эзэлдэг. Хагас дамжуулагч нь янз бүрийн төрөлашигт малтмал, зарим металл, металл сульфид гэх мэт. Хагас дамжуулагч дахь цахилгаан гүйдэл нь бодис дахь чиглэлтэй хөдөлж чаддаг чөлөөт электронуудын концентрациас болж үүсдэг. Металл ба дамжуулагчийг харьцуулж үзвэл тэдгээрийн дамжуулах чанарт температурын нөлөөллийн ялгаа байгааг тэмдэглэж болно. Температурын өсөлт нь хагас дамжуулагчийн дамжуулах чанар буурахад хүргэдэг. Хэрэв хагас дамжуулагч дахь температур нэмэгдвэл чөлөөт электронуудын хөдөлгөөн илүү эмх замбараагүй болно. Энэ нь мөргөлдөх тохиолдол ихэссэнтэй холбоотой. Гэсэн хэдий ч хагас дамжуулагчийн хувьд металуудтай харьцуулахад чөлөөт электронуудын концентраци ихээхэн нэмэгддэг. Эдгээр хүчин зүйлүүд нь цахилгаан дамжуулах чанарт эсрэгээр нөлөөлдөг: илүү их мөргөлдөөн, бага дамжуулалт нь өндөр концентрацитай байдаг; Металлуудад температур ба чөлөөт электронуудын концентрацийн хооронд ямар ч хамаарал байдаггүй тул температур нэмэгдэхийн хэрээр цахилгаан дамжуулах чанар өөрчлөгдөхөд чөлөөт электронуудын эмх цэгцтэй хөдөлгөөний боломж л буурдаг. Хагас дамжуулагчийн хувьд концентрацийг нэмэгдүүлэх нөлөө илүү өндөр байдаг. Тиймээс температур ихсэх тусам дамжуулалт их байх болно.
Цэнэг тээгчдийн хөдөлгөөн ба хагас дамжуулагч дахь цахилгаан гүйдэл гэх мэт ойлголтын хооронд хамаарал байдаг. Хагас дамжуулагчийн хувьд цэнэгийн тээвэрлэгчдийн гадаад төрх нь тодорхойлогддог янз бүрийн хүчин зүйлүүд, тэдгээрийн дотор температур, материалын цэвэр байдал онцгой чухал байдаг. Хагас дамжуулагчийг цэвэршилтээс нь хамааран хольц ба дотоод хагас дамжуулагч гэж хуваадаг.
Өөрийнхөө дамжуулагчийн хувьд тодорхой температурт хольцын нөлөөлөл нь тэдний хувьд чухал ач холбогдолтой гэж үзэж болохгүй. Хагас дамжуулагчийн зурвасын зөрүү бага байдаг тул өөрийн гэсэн хагас дамжуулагчТемператур нь валентын зурваст хүрэхэд электронууд бүрэн дүүрдэг. Гэхдээ дамжуулах зурвас нь бүрэн чөлөөтэй: цахилгаан дамжуулах чанар байхгүй бөгөөд энэ нь хамгийн тохиромжтой диэлектрикийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Бусад температурт дулааны хэлбэлзлийн улмаас тодорхой электронууд боломжит саадыг даван туулж, дамжуулалтын зурваст орох боломжтой байдаг.
Томсон эффект
Томсоны термоэлектрик эффектийн зарчим: температурын градиент бүхий хагас дамжуулагчаар цахилгаан гүйдэл дамжих үед тэдгээрт Жоуль дулаанаас гадна ялгарах буюу шингээлт үүснэ. нэмэлт тоо хэмжээгүйдэл аль чиглэлд урсахаас хамаарч дулаан.
Дээжний жигд халаалт хангалтгүй байна нэгэн төрлийн бүтэц, түүний шинж чанарт нөлөөлдөг бөгөөд үүний үр дүнд бодис нь гетероген болдог. Тиймээс Томсоны үзэгдэл нь Пельтегийн өвөрмөц үзэгдэл юм. Ганц ялгаа нь ялгаатай химийн найрлагадээж, ер бусын температур нь энэхүү нэг төрлийн бус байдлыг үүсгэдэг.
Хагас дамжуулагч нь олон тооны химийн элементүүд (германий, цахиур, селен, теллур, хүнцэл гэх мэт) орно. асар их хэмжээхайлш ба химийн нэгдлүүд. Бараг бүх зүйл органик бус бодисуудБидний эргэн тойрон дахь ертөнц - хагас дамжуулагч. Байгальд хамгийн түгээмэл хагас дамжуулагч бол дэлхийн царцдасын 30 орчим хувийг эзэлдэг цахиур юм.
Хагас дамжуулагч ба металлын чанарын ялгаа нь дараахь байдлаар илэрдэг Эсэргүүцлийн температураас хамаарах хамаарал(Зураг 9.3)
Хагас дамжуулагчийн электрон нүхний дамжуулалтын туузан загвар
Боловсролын явцад хатуу бодиснөхцөл байдал үүсэх боломжтой эрчим хүчний бүс, анхны атомуудын валентийн электронуудын энергийн түвшнээс үүсдэг нь электронуудаар бүрэн дүүрч, электроноор дүүргэх боломжтой хамгийн ойр байдаг. эрчим хүчний түвшин-аас тусгаарлагдсан валентын зурвас Шийдвэрлэгдээгүй E V интервал эрчим хүчний төлөвүүд- гэж нэрлэгддэг хориглосон газар Ж.Бүтэн зайны дээгүүр электронуудын зөвшөөрөгдөх энергийн төлөвийн бүс байна - дамжуулах зурвас E c.
0 К-д дамжуулах зурвас бүрэн чөлөөтэй, валентын зурвас бүрэн эзлэгдсэн байна. Үүнтэй төстэй туузан бүтэц нь цахиур, германий, галлийн арсенид (GaAs), индий фосфид (InP) болон бусад олон хагас дамжуулагч хатуу биетүүдийн онцлог юм.
Хагас дамжуулагч ба диэлектрикийн температур нэмэгдэхийн хэрээр электронууд дулааны хөдөлгөөнтэй холбоотой нэмэлт энергийг хүлээн авах боломжтой болдог. кТ. Зарим электронуудын хувьд дулааны хөдөлгөөний энерги нь шилжилтэд хангалттай байдаг валентын зурвасаас дамжуулагч зурвас хүртэл,Гадны цахилгаан орны нөлөөн дор электронууд бараг чөлөөтэй хөдөлж чаддаг.
Энэ тохиолдолд бүхий хэлхээнд хагас дамжуулагч материалХагас дамжуулагчийн температур нэмэгдэхийн хэрээр цахилгаан гүйдэл нэмэгдэнэ.Энэ гүйдэл нь дамжуулалтын зурвас дахь электронуудын хөдөлгөөнтэй төдийгүй гадаад төрхтэй холбоотой юм дамжуулалтын зурвасаас гарч буй электронуудаас сул орон зайвалентын хамтлагт гэж нэрлэгддэг нүхнүүд . Сул орон зайг хөрш хосын валентийн электрон эзэлж болно, дараа нь нүх нь болор дахь шинэ газар руу шилждэг.
Хэрэв хагас дамжуулагчийг цахилгаан талбарт байрлуулсан бол эмх цэгцтэй хөдөлгөөнд зөвхөн чөлөөт электронууд оролцдоггүй, мөн эерэг цэнэгтэй бөөмс шиг ажилладаг нүхнүүд байдаг. Тиймээс одоогийн Iхагас дамжуулагчийн хувьд энэ нь электроноос бүрдэнэ би Нба нүх Ipгүйдэл: I= би Н+ Ip.
Электрон нүхний дамжуулалтын механизм нь зөвхөн цэвэр (өөрөөр хэлбэл хольцгүй) хагас дамжуулагчд илэрдэг. гэж нэрлэдэг өөрийн цахилгаан дамжуулах чанар хагас дамжуулагч. Электронууд дамжуулалтын зурваст хаягддаг Ферми түвшин, энэ нь өөрийн хагас дамжуулагч дотор байрлаж байгаа юм зурвасын дунд(Зураг 9.4).
Хагас дамжуулагчийн дамжуулалтыг маш бага хэмжээний хольц оруулах замаар мэдэгдэхүйц өөрчилж болно. Метал дахь хольц нь дамжуулах чанарыг үргэлж бууруулдаг. Ийнхүү цэвэр цахиурт 3%-ийн фосфорын атомыг нэмэхэд болорын цахилгаан дамжуулах чанар 10 5 дахин нэмэгддэг.
Хагас дамжуулагчийн нэмэлт бодисыг бага зэрэг нэмнэ допинг гэж нэрлэдэг.
Шаардлагатай нөхцөлХагас дамжуулагчийн эсэргүүцлийн огцом бууралт нь хольцыг оруулснаар болорын үндсэн атомуудын валентээс хольцын атомуудын ялгаа юм. Хагас дамжуулагчийн хольц байгаа тохиолдолд дамжуулах чадварыг нэрлэдэг хольц дамжуулах чанар .
Ялгах хоёр төрлийн хольц дамжуулах чанар – цахим Тэгээд нүх дамжуулах чанар. Электрон дамжуулалтнь таван валентын атомуудыг (жишээлбэл, хүнцлийн атом, As) дөрвөн валентын атом бүхий германий талст руу оруулах үед үүсдэг (Зураг 9.5).
Хүнцэл атомын дөрвөн валентийн электронууд үүсэхэд багтдаг ковалент холбоохөрш дөрвөн германий атомтай. Тав дахь валентийн электрон илүүдэл болж хувирав. Энэ нь хүнцлийн атомаас амархан салж, чөлөөтэй болдог. Электроноо алдсан атом нь болор торны хэсэгт байрлах эерэг ион болж хувирдаг.
Хагас дамжуулагч талстуудын үндсэн атомуудын валентаас давсан атомын хольцыг гэнэ. донорын хольц . Үүнийг нэвтрүүлсний үр дүнд талст дотор маш олон тооны чөлөөт электронууд гарч ирдэг. Энэ нь хагас дамжуулагчийн эсэргүүцлийн огцом бууралтад хүргэдэг - мянга, бүр сая дахин.
Их хэмжээний хольцтой дамжуулагчийн эсэргүүцэл нь металл дамжуулагчийн эсэргүүцэлтэй ойртож болно. Чөлөөт электронуудаас үүдэлтэй ийм дамжуулалтыг электрон гэж нэрлэдэг ба электрон дамжуулалттай хагас дамжуулагч гэж нэрлэдэг n төрлийн хагас дамжуулагч.
Нүх дамжуулах чанар Гурвалсан атомыг германий талст, жишээлбэл, индий атом оруулах үед үүсдэг (Зураг 9.5).
Зураг 6-д валентийн электронуудаа ашиглан зэргэлдээх германий гурван атомтай ковалент холбоо үүсгэсэн индий атомыг үзүүлэв. Индий атом нь германий дөрөв дэх атомтай холбоо үүсгэх электронгүй. Энэ алга болсон электроныг хөрш германий атомуудын ковалент холбооноос индий атом барьж авах боломжтой. Энэ тохиолдолд индий атом болж хувирдаг сөрөг ион, болор торны байршилд байрлах ба хөрш атомуудын ковалент холбоонд хоосон орон зай үүсдэг.
Электроныг барьж авах чадвартай атомуудын хольцыг нэрлэдэг хүлээн авагчийн хольц . Акцептор хольцыг нэвтрүүлсний үр дүнд болор дахь олон ковалент холбоо тасарч, хоосон орон зай (нүх) үүсдэг. Хөрш зэргэлдээх ковалент бондын электронууд эдгээр газрууд руу үсрэх боломжтой бөгөөд энэ нь болор даяар цоорхойг эмх замбараагүй тэнүүчлэхэд хүргэдэг.
Акцепторын хольцтой хагас дамжуулагч дахь нүхний концентраци нь хагас дамжуулагчийн өөрийн цахилгаан дамжуулах механизмын улмаас үүссэн электронуудын концентрацаас хамаагүй их байна. n х>> n n. Энэ төрлийн дамжуулалтыг гэж нэрлэдэг нүхний дамжуулалт . Нүх дамжуулах чанар бүхий хольцын хагас дамжуулагчийг нэрлэдэг p төрлийн хагас дамжуулагч . Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгчх
-төрөл нь нүх юм.
Электрон нүхний шилжилт. Диод ба транзистор
Орчин үеийн электрон технологид хагас дамжуулагч төхөөрөмж онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Сүүлийн гучин жилийн хугацаанд тэд цахилгаан вакуум төхөөрөмжийг бараг бүрэн сольсон. . Аливаа хагас дамжуулагч төхөөрөмж нь нэг буюу хэд хэдэн электрон нүхний уулзвартай байдаг Электрон нүхний шилжилт (эсвэл–Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгч n -шилжилт) - Энэ бол хоёр хагас дамжуулагчтай харилцах талбай юмянз бүрийн төрөл
дамжуулах чанар.
Хагас дамжуулагчийн хил дээр (Зураг 9.7) давхар цахилгаан давхарга үүсдэг бөгөөд цахилгаан талбар нь электронууд болон нүхнүүд бие бие рүүгээ тархах процессоос сэргийлдэг. (эсвэл–Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгчЧадвар - гэж нэрлэгддэг төхөөрөмжүүдэд гүйдэл бараг зөвхөн нэг чиглэлд дамжих боломжийг олгодог уулзварыг ашигладаг. хагас дамжуулагч диодуудХагас дамжуулагч диодууд
цахиур эсвэл германий талстаар хийсэн. Тэдгээрийг үйлдвэрлэх явцад хольц нь тодорхой төрлийн дамжуулалт бүхий болор руу уусч, өөр төрлийн дамжуулалтыг өгдөг.
Нэг биш хоёр n-p уулзвартай хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг нэрлэдэг транзисторууд . Транзисторууд нь хоёр төрөлтэй. Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгч–(эсвэл–Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгч- транзистор ба (эсвэл–Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгч–(эсвэл- транзисторууд. Транзистор дотор (эсвэл–Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгч–(эсвэл-төрлийн үндсэн герман хавтан нь цахилгаан дамжуулах чадвартай Хагас дамжуулагчийн үндсэн үнэ төлбөргүй цэнэглэгч-төрөл бөгөөд үүн дээр үүссэн хоёр хэсэг нь дамжуулагч юм (эсвэл-төрөл (Зураг 9.9).
Транзистор дотор p–n–p- энэ нь эсрэгээрээ. Транзисторын хавтанг гэж нэрлэдэг суурь(B) -тэй талбайн нэг эсрэг төрөлдамжуулах чанар - цуглуулагч(K), хоёр дахь нь - ялгаруулагч(E).
