Электронды-кемтікті ауысудың қасиеттері

46. Электронды-кемтікті ауысу деп өткізгіштігі әр типтес екі шала өткізгіштің тиісу шекарасындағы аймақты айтады. п және р типті шала өткізгіштер бір кристалдың өзінде қоспалардың көмегімен жасалады. Бұл шала өткізгіштердің тиіскен шекарасы арқылы кристалдың п аймағынанр аймағына электрондар, ал кері бағытта кемтіктер етеді (диффундирлейді). Кемтікті шала өткізгіште, электр зарядтарын негізгі тасушылар — кемтіктерден басқа қосалқы (негізгі емес) тасушылар — п және р аймақтарының бөліну шекарасьшда — электрондар пайда болады; электронды шала еткізгіште негізгі тасушылар — электрондардан басқа, шекаралас қабатта қосалқы тасушылар — кемтіктер пайда болады (22-сурет).

п және р шала өткізгіштердің бөліну шекарасында рекомбинация: кемтіктерді электрондардың толтыруы жүріп жатады. Осының салдарынан шала өткізгіштердің шекаралас кабатында негізгі тасушылардың концентрациясы азаяды, ал қабаттардың кедергісі артады. Кедергінің арту аймағы жаппалы қабат деп аталады. Оның қалыңдығы ете аз: 10~5—10^6 м шамасында.

Шекаралас қабаттар арасында қосалқы заряд та-сушылар потенциалдардың контактлік айырымын және соған сәйкес электр өрісін түғызалы (22-суретте осы өрісті Ео кескінделген). Ео өрісі заряд тасушылардың электронды-кемтікті ауысуы арқылы орың ауыстыруына бөгет жасайтын кернеүлік векторы.

Егер электронды шала еткізгіштің потенциалын ноль деп алсақ, онда жаппалы қабаттағы потенциалдардың бөліну графигі 22-суретте көрсетілген қисықпен кескінделеді. Одан көргеніміздей, потенциалдардың контактілік айырымы потенциалдық барьер туғызады.

Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар бір шекаралас қабаттан екіншіге жөнкіп көшеді. Сондықтан электронды-кемтікті ауысу динамикалық тепе-теңдік күйде болады, яғни әрбір уақыт бірлігі ішінде п және р шала еткізгіштердің беліну шекарасы арқылы қарама-қарсы бағытқа белгілі бір мөлшерде негізгі заряд тасушылар диффузияланады және сондай мөлшерде қарсы бағытқа қосалқы заряд тасушылар жөңкиді.

47. Сыртқы ток көзін қосқанда, 23д-суретте көрсетілгендей, сыртқы электр өрісі бағыт жағынан ішкімен бағыттас болады да, потенциалдық барьердің шамасы артады. Сыртқы өрістің әсерінен шала өткізгіштердің шекаралас аймағынан негізгі заряд тасушылар қашықтайды да, жаппалы қабат қалыңдайды, сөйтіп, оның кедергісі артады. Тізбектен тек аздаған кері ток жүреді (Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар қозғалады).

Егер ток көзінің полярлылығын өзгертетін болсақ (23,6-сурет), онда сыртқы epic Eo өрісіне қарсы бағытталады да, потенциалдық барьер төмендейді, ал жаппалы қабат жұқарады, яғни оның ені кемиді, сөйтіп, тізбектен айтарлықтай ток жүреді (былайша айтқанда, бұл р — п ауысудың тура немесе өткізуші бағыты болады).

Сөйтіп, электронды-кемтікті ауысу іс жүзінде бір бағытты өткізгіштік қасиетке ие. Оның бұл қасиеті шала өткізгіштікте қолданылады. р типтес шала өткізгіш анод, ал п типтесі катод болады.

48. Енді электронды-кем-тікті ауысудың вольт-ампер-лік характерястикасын қа-растырайық (24-сурет). Токтың тура бағытында вольттің оннан біріндей кернеу тізбекте айтарлықтай ток туғызады. Ең алғаш тура токтың характеристикасы түзу сызықты болмай, иілмелі болады, өйткені ток кезінің кернеуі аз кезде жаппалы қабаттың кедергісі әлі де көп болады. Сыртқы кернеу одан әрі артқанда потенциалдық барьер тез азаяды да, іс жүзінде нольге жақындайды, тек п және р шала өткізгіштердің кедергісі ғана қалады және характеристика шынында да тұзу сызықты болады. Оның біршама түзу сызықты еместігі токтың әсерінен диодтың қызатындығымен түсіндіріледі.

Токты кері өзгертіп қосқанда, ток ең алдымен тез өседі (23,а-сурет), өйткені бүл кезде заряд тасушылардың диффузиясы кенет төмендейді. Потенциалдық барьер өсетін болғандықтан, кернеу ондаған вольт артқанда ток не бары ондаған микроамперге артады. Одан әрі ток шамалы ғана өседі. Кернеудің қайсыбір мәнінде электронды-кемтікті ауысуды электрлік тесіп өту пайда болады, бұл кезде кері ток күрт еседі, ал жаппалы қабаттың кедергісі де кенет төмендейді. Электронды-кемтікті ауысу характеристикасының түзу сызықты еместігі оның Ом заңына бағынбайтындығын көрсетеді. Электрлік тесіп өтудің туннельдік түрі бір назар аударарлық жай, өйткені мұндай тесіп етуде, электрон қабатты өз энергиясын өзгертпей тесіп өтеді.

П— р — п ауысудың қасиеті

49. п — р — п немесе р — п — р типтес электронды-кемтікті ауысу транзисторлар деп аталатын шала өткізгішті триодтарда (үш электродты приборларда) қолданылады.

50. р — п — р типтес триодта шеткі аймақтардың электрондық өткізгіштігі (25-сурет), ал ортадағы өте жұқа аймақтың кемтікті өткізгіштігі болады. Ондағы 1-аймағы — триодтың эмиттері, 2-аймағы — базасы, немесе негізі, 3-аймағы — коллектор деп аталады. Эмиттер тура (еткізуші) бағытта қосылады, ол электрондарды немесе кемтіктерді инжекциялайды (шығарады), триодтардың р — я — р немесе п — р — п түрлеріне қарай, коллектор жабушы бағытқа косылады, сөйтіп, ол электрондарды (немесе кемтіктерді) жинайды, яғни қабылдайды. р — п — р типті триодта болатын процестерді біраз жүйелі қарастырайық. Қоректендіру көзін (Б э) қосқанда (25-сурет) эмиттерлік ток (1 э) пайда болады. Бұл ток негізінен эмиттердің базаға инжекциялайтын (шығаратын) кемтіктерінен пайда болады да, азғантай ғана бөлігі эмиттерден базаға көшетін элек-трондардан пайда болады (базаның донорлық қоспасынан гөрі эмиттер акцепторлық қоспамен көбірек қаныққан). Базаға түскен кемтіктер негізгі заряд тасушылар емес, олар бірден екі процеске түседі: бірі — диффузия процесі, мүның нәтижесінде кемтіктер бүкіл база көлеміне біркелкі бөлінуге тырысады, екіншісі — негізгі заряд тасушылармен — электрондармен — рекомбинациялану процесі. База қүрамында донорлық қоспасы аз п — шала өткізгіштен жасалады. Базада еркін электрондардың концентрациясы аз болады, сондықтан базаға түскен кемтіктердің біразы ғана рекомбинация процесіне қатысады.

Сыртқы тізбектен базаға базалық ток (Іб) түзетін жаңа электрондар келеді. База жұқа болғандықтан эмиттер инжектирлейтін кемтіктердің негізгі массасы базаның бүкіл қабатына диффузияланады да, коллектордың электр өрісіыің әсеріне ұшырайды, сөйтіп кемтіктердің п — р ауысуы арқылы коллектор аймағына жөңкіле көшуі басталады, яғни коллекторлық тізбекте Iк ток пайда болады.

Эмиттер тогы жоқ кезде коллектор тізбегінен қосалқы заряд тасушылар туғызған аздаған бастапқы ток жүреді.

51. п — р — п типті транзистордың (26-сурет) жұмыс принципіде осыған ұқсас. Эмиттер база аймағына электрондарды инжектирлейді. Ал злектрондардың аздаған бөлігі ғана базадағы кемтіктерді рекомбинациялайды, ал олардың дені бүкіл база көлеміне диффузияланады да,, оларды коллектордың электр. ерісі қармап алады, сөйтіп, электрондар р — п ауысуы арқылы коллектор аймағына жөңкіледі де, коллектор тізбегінде ток пайда болады.

52. Транзисторларда екі электронды-кемтікті ауысу пайдаланылады. Көп қабатты электронды-кемтікті ауысуларды пайдаланатын приборлар да бар (мысалы, ауыстырып-қосушы диодтар мен триодтар — динисторлар және тиристорлар). Транзисторлардың вольт-амперлік характеристикаларымен біз III тарауда танысамыз.

Электрондық эмиссия

53. Электрондық эмиссия деп қатты және сұйық денелерден электрондардың шығу құбылысын айтады. Электрондық-вакуумдық приборларда электрондарды змиттирлейтін дене вакууммен және газбен қоршалған. Заттан белініп шыққан электрон еркін электронға айналады. Қалыпты жағдайда электрондар энергиясы олардың заттан белініп шығуы үшін жеткіліксіз. Ал егер электронға сырттан қажетті энергияны беретін болсақ, мысалы, денені қыздырсақ, онда электрондардың кинетикалық энергиясы артады, сейтіп, олардың кейбіреулері заттан ұшып шыға алады, яғни электрондардың эмиссиясы байқалады. Бұл жағдайдагы эмиссияны термоэлектрондық деп атайды. Өйткені электрондар қосымша энергияны жылу энергиясы түрінде қабылдады. Бірақ электрондардың эмиссиясы үшін қажетті қосымша энергияны оларға басқа жолдармен: денені элементар бәлшектермен атқылау, жарық сәулесін түсіру, рентген сәулесімен әсер ету, электр өрісінің әсерімен де қосымша энергия беруге болады. Денелердің электрондарына қосымша энергия берудің тәсілдеріне байланысты эмиссиялар төмендегі түрлерге ажыратылады:

термоэлектрондық эмиссия — денені қыздырғанда пайда болады;

электростатикалық — (автоэлектрондық немесе суықтық) эмиссия күшті электр өрісінің әсері есебінен пайда болады;

екінші реттік эмиссия — металды тез ұшатын электрондармен атқылау кезінде байқалады: (электрондардың бұл ағымы басқа бір жағдайда, мысалы, термоэлектрондық эмиссия кезінде пайда болады) ;

фотоэлектрондық эмиссия — заттардың жарық әсерінен электрондар шығаруынан болады.

Электровакуумдық приборларда электрондарды эмиттирлеуші электрон катод болып табылады. Электр өрісінің әсеріңен электрондар екінші электродқа — анодқа қарай ұшады.