P-N O’TISHLI GETROSTRUKTURALARDA TEMPERATURA, BAZA VA SIRQISH QARSHILIKLAR TA’SIRIDA VOLT-AMPER XARAKTERISTIKASINI O’RGANISH

Аннотация

Har qanday yarimo’tkazgichli tuzilmalar yoki yorug’lik diodlarida ham p-n o’tish mavjud. Yorug’lik diodlarida to’g’ri yo’nalish bo’ylab elektr toki o’tishi natijasida zaryad tashuvchilar elektron va kovaklar rekombinatsiyaga uchrashi tufayli fotonlarni nurlaydi. Bunda elektronlar bir energetik holatdan ikkinchi energetik holatiga o’tadi. Lekin hamma yarimo’tkazgichlarda ham rekombinatsiya tufayli yorug’lik nurlanavermaydi. To’g’ri zonali bo’lmagan yarimo’tkazgichlardan masalan kremniy, germany kabi elementlardan tayyorlangan diodlar amalda umuman nurlamaydi. Kalit so’zlar. . ћ – Plank domiysi; ћω – fotonlarni energiyasi; α – optik yutilish koeffitsienti; α(ћω) - optik yutilish koeffitsienti spektral xarakteristikasi;E – valent zonaning v yuqori chegarasi; E – o‘tkazuvchanlik zonasining quyi chegarasi; g(ε) – elektronlarni holat c zichligining taqsimoti; g (ε) - valent zonadagi elektronlarni holat zichligining taqsimoti; g (ε) - V C o‘tkazuvchanlik zonasidagi elektronlarni holat zichligining taqsimoti; E – energetik holat; E – g taqiqlangan zonaning energetik kengligi; N( ) – o‘tkazuvchanlik zonasidagi elektron holatlari C zichligining effektiv qiymati; N( ) – valent zonadagi elektron holatlari zichlining effektiv V qiymati; Diodning xarakteristikalari tashqi temperaturaga, kontakt sohaning geometrik o‘lchamlariga, tok tashuvchilar miqdoriga va tashqi kuchlanish kabi bir qator kattaliklarga bog‘liq. p-n o‘tish tayyorlanish usuliga qarab tor sohali yoki keng sohali bo‘lishi mumkin. p-n o‘tishni olish vaqtida p sohadan n sohaga o‘tishda aralashmalar konsentratsiyasi keskin o‘zgaradigan qilib tayyorlab bo‘lmaydi. chunki ular ma’lum masofada maksimum va minimum qiymatlar orasida taqsimlangan bo‘ladi. SHuning uchun p-n o‘tishda keng yoki tor bo‘lishi masofaga ham bog‘liq bo‘ladi. Agar p-n o‘tishdagi xajmiy zaryadlar sohasining kengligi aralashmaning taqsimlanish oralig‘idan katta bo‘lsa, p-n o‘tish “tor” bo‘ladi. Tor p-n o‘tishni keskin p-n o‘tish deb xam ataladi. 𝐿 = √ (𝜑0−𝑒𝑉)2𝜀 𝑛𝑛+𝑝𝑝 (1) 𝑙2 𝑛𝑛∙𝑝𝑝 ifoda keskin p-n o‘tish uchun kuchga ega.Agar aralashmaning taqsimlanish sohasi juda keng bo‘lib, hajmiy zaryadlar sohasi kengligidan katta bo‘ladigan bo‘lsa p-n o‘tish keng p-n o‘tish deb yuritiladi. p-n o‘tishlarni keskin va keng p-n o‘tishlarga ajratishimizga sabab shuki keskin p-n o‘tishdan elektronlar kristall panjara defektlari bilan to‘qnashmasdan o‘tib ketadi. SHu sababli p-n o‘tishda elektronlarning rekombinatsiya, generatsiya va sochilishini hisobga olmasa ham bo‘ladi. Keng p-n o‘tishlarda esa elektronlarning harakati diffuzion xarakterga ega bo‘ladi. SHuning uchun rekombinatsiya va generatsiyani hisobga olish kerak bo‘ladi. 97 Keskin p-n o‘tishning volt-amper xarakteristikasini p-n o‘tishda to‘liq tok ikkala holda ham kovak va elektronlar hisobiga hosil bo‘lgan toklarning yig‘indisiga teng bo‘ladi. 𝑗 = 𝑗 +𝑗 (2) 𝑝 𝑛 Kovak va elektron tokini aniqlaylik. 𝑒𝐷 𝑝 𝑒𝑈 𝑒𝐷 𝑛 𝑒𝑈 𝑝 𝑛 𝑛 𝑝 𝐽 = ( (𝑒𝑘𝑇 −1)+ (𝑒𝑘𝑇 −1)) = 𝐿 𝐿 𝑝 𝑛 = ( 𝑒𝐷𝑝𝑝𝑛+ 𝑒𝐷𝑛𝑛𝑝)(𝑒 𝑒 𝑘 𝑈 𝑇 −1) (3) 𝐿𝑝 𝐿𝑛 𝐽 = 𝑒𝐷𝑝𝑝𝑛+ 𝑒𝐷𝑛𝑛𝑝 (4) deb belgilasak (3) ifoda 𝑠 𝐿𝑝 𝐿𝑛 𝑒𝑈 𝐽 = 𝐽 𝑠 (𝑒𝑘𝑇 −1) (5) ko‘rinishga keladi. Masalan muxitning xaroratini ko‘tarilishi yoki teskari kuchlanishning biror qiymatigacha oshirilishi teskari tokning bidan ko‘payib ketishiga, natijada p-n o‘tishning buzilishiga sabab bo‘ladi. Real diodda p va n sohalarning omik qarshiliklari va p-n o‘tishning sirqish qarshiligini hisobga olish kerak bo‘ladi. 1-rasm Bu ekvivalent sxema real diodning VAX ni taxlil qilishda foydalanamiz. Tashqi ta’sir natijasida elektron va kovaklarning qizishi natijasida elektronlarning xarorati T kovaklarning harorati T bo‘lsin. U holda zaryad tashuvchilarning taqsimot e h funksiyalarni T va T harorati va 𝜇 va 𝜇 ximpotensialga ega bo‘lgan Bolsman taqsimot e h 𝑒 𝑛 funksiyalari orqali ifodalash mumkin. Bu xolda termodinamik muvozanat kuchli buzilgan bo‘ladi. Natijada p-n o‘tishli diodning VAX tubdan o‘zgaradi.Bunda VAX qo‘yidagi ko‘rinishda bo‘ladi. 𝑗 = 𝑗 +𝑗 𝑝 𝑛 𝑞𝜑 𝑞(𝜑0−𝑈) 𝐼 𝑛 = 𝐼 𝑠𝑛 [𝑒 𝑘𝑇 𝑘𝑇𝑒 −1] 𝑞𝜑0− 𝑞(𝜑0−𝑈) 𝐼 𝑝 = 𝐼 𝑠𝑝 [𝑒 𝑘𝑇 𝑘𝑇ℎ −1] (6) Bu erda 𝜑 potensial to‘siq balandligi, T =T =T bo‘lgan xolda (6)dan (5) ifoda kelib 0 e h chiqadi. Shunday qilib (6) ifoda VAXning umumiy ifodasi bo‘lib qizishni hisobga olmaganda Shokli formulasi hosil bo‘ladi. 98 2-Rasmlarda ideal xolatdagi diodning VAX olib ko‘rsatilgan. Endi diodning bazasida xaroratning o‘zgarishini va bazada kuchlanish tushuvini, kristall panjara xaroratini o‘zgarishini va sirqish tokini xisobga olsak (2.4.6) ifodani quyidagicha yozish mumkin: 𝑞𝜑0− 𝑞(𝜑0−𝑈−𝑈1+𝐼𝑅𝑏) 𝐼𝑅 𝐼 = 𝐼 𝑠 [𝑒 𝑘𝑇 𝑘𝑇𝑒 ]+ 𝑏 ; (7) 𝑅𝑈 3-rasm Bu ifoda diodlarni volt-amper xarakteristikasini tushuntirib beradi. Bu ifoda asosida olingan grafiklarni ko‘radigan bo‘lsak baza va utechka qarshiliklarni o‘zgartirish asosida quyidagi grafikni ko‘rishimiz mumkin: Real diodlarda p-n o‘tishga ketma – ket ulangan diod bazasining qarshiligi R va b potensial to‘siq sirqish qarshiligini xisobga olsak (6) VAX ga tuzatmalar kiritiladi. Bunda diodning ekvivalent sxemasiga asosan T =