КІРІСПЕ. 1. Қатты дененің физика элементтері

МАЗМҰ НЫ

Кіріспе................................................................................................................. 2

1. Қ атты дененің физика элементтері.......................................................... 6

1.1. Қ атты денелердің зоналық теориясы туралы тү сінік............................. 6

1.2. Зоналар теориясы бойынша металдар, жартылай

ө ткізгіштер жә не диэлектриктер.............................................................. 7

2. Ә ртү рлі материалдан жасалғ ан ө ткізгіштердегі тү йісу қ ұ былыстары.... 10

2.1. Тү йісу потенциалдар айырымы................................................................... 10

2.2. Термоэлектрлік қ ұ былыс............................................................................. 11

2.3. Пельтье эффектісі......................................................................................... 13

2.4. Томсон эффектісі.......................................................................................... 15

2.5. Термоэлектрлік қ ұ былыстарды пайдалану................................................ 16

3. Негізгі қ асиеттері бойынша ө ткізгіштердің, диэлектриктердің жә не

жартылай ө ткізгіштердің бір-бірінен айырмашылық тары........................ 18

3.1. Жартылай ө ткізгіштердің металдардан жә не диэлектриктерден

айырмашылығ ы............................................................................................ 18

3.2. Жартылай ө ткізгіштердің меншікті кедергілерінің температурағ а

тә уелділігі.................................................................................................... 19

4. Жартылай ө ткізгіштердің тү рлері................................................................ 22

4.1. Ө зіндік жартылай ө ткізгіштердің электр ө ткізгіштігі............................. 22

4.2. Қ оспалы жартылай ө ткізгіштердің ө ткізгіштігі....................................... 25

4.3. р - n ауысуының қ асиеттері....................................................................... 31

5. Жартылай ө ткізгіштік қ ұ ралдар................................................................ 36

5.1. Жартылай ө ткізгіштік диод........................................................................ 36

5.2. Транзисторлар............................................................................................. 40

Қ орытынды......................................................................................................... 47

Пайдаланылғ ан ә дебиеттер тізімі.................................................................... 50

КІРІСПЕ

Екі ө ткізгішті бір-біріне тү йістірген кезде жылулық қ озғ алыстың ә серінен электрондар бір ө ткізгіштен басқ а ө ткізгішке ө теді. Егер тү йісетін ө ткізгіштер ә ртү рлі материалды болып келсе немесе олардың ә ртү рлі нү ктелеріндегі температуралары бірдей болмаса, онда электрондар диффузиясының екі жақ ты ағ ындары бірдей болмайды, осының нә тижесінде бір ө ткізгіш оң, ал екіншісі – теріс зарядталып қ алады. Сондық тан ө ткізгіштің ішінде жә не ө ткізгіштер арасындағ ы сыртқ ы кең істікте электр ө рісі пайда болады. Тепе-тең дік кү йінде ө ткізгіштің ішінде диффузия ағ ындарының айырмашылығ ын дә л компенсациялайтын ө ріс тұ рақ таланады. Осы электр ө рістерінің болуына ө ткізгіш-ө ткізгіш, ө ткізгіш-жартылай ө ткізгіш, жартылай ө ткізгіш – жартылай ө ткізгіш тү йісулерінде пайда болатын бірқ атар қ ұ былыстар негізделінген.

Жартылай ө ткізгіштердің электр ө ткізгіштігін зоналық теория негізінде тек кванттық механика жан-жақ ты тү сіндіріп бере алады. Орта мектепте ол кристалдардағ ы коваленттік байланыс моделінің, мысалы кремний немесе германий кристалдарындағ ы, кө мегімен тү сіндіріледі. Кристалдың ә р атомы (мысалы, а- атомы) ө зіне жақ ын орналасқ ан тө рт атоммен сегіз электрон кө мегімен байланысады: оның тө ртеуі – қ арастырылып отырғ ан атомның электрондары да, ал қ алғ ан тө ртеуі бір біреуден байланысқ а тү сіп отырғ ан атомдардікі.

Бұ л байланысты тү сіндіру жеткілікті тү рде оқ у жә не ә дістемелік ә дебиеттерде келтірілгендіктен, модель кө мегімен талқ ылау керек болатын басты мә селелерге ғ ана тоқ таламыз:

а) Егер жартылай ө ткізгіштің температурасы абсолют нө лге жақ ындаса, онда кристалдағ ы барлық байланыстар бұ зылмайды, сондық тан жартылай ө ткізгіш диэлектрикке айналады.

ә) Температура жоғ арылағ анда немесе сыртқ ы ә сердің себебінен кейбір байланыстар бұ зылып, кристалл ішінде электр ө рісінде қ озғ ала алатын «еркін» электрондар пайда болады.

б) Электроны кетіп, байланыстың ү зілген орны «кемтік» деп аталады, оның заряды оң, сондық тан кемтіктер де электр ө рісінде қ озғ ала алады.

Электр ө рісіндегі электрондар мен кемтіктердің қ озғ алысын оқ ушылар шын мә нінде тү сінуі тиіс. Ол ү шін кө рермендер залындағ ы бос орындар ұ қ састығ ын пайдалануғ а болады. Кө рермендер ауысып отырғ анда бос орындар да жылжиды.

в) Егер жартылай ө ткізгіштер ұ щтарына кернеу берілсе, онда электрондар да, кемтіктер де қ озғ алысқ а тү седі. Жалпы ток электрондар мен кемтіктер жасайтын токтардың қ осындысына тең. Таза жартылай ө ткізгіштердің электр ө ткізгіштігі меншікті ө ткізгіштік деп аталады, олардағ ы электрондар саны мен кемтіктер саны ө зара тең.

Жасанды жолмен жартылай ө ткізгіштегі еркін электрондардың санын не кемтіктердің санын кө бейтуге болады. Ол ү шін кремний кристалына бес валентті мышьяк атомдарын, болмаса ү ш валентті индий атомдарын ендіреді. Бірінші жағ дайда кемтіктеріне қ арағ анда электрондары ө те кө п жартылай ө ткізгіш қ оспа алынады, оны n –типті (negativus – теріс сө зінің бас ә ріпі) жартылай ө ткізгіш деп атайды. Ал, екінші жағ дайда – кемтік саны кө п болады, мұ ндай қ оспаны р –типті (positivus – оң сө зінің бас ә ріпі) жартылай ө ткізгіш деп атайды. Ондай жағ дайда n –типті жартылай ө ткізгіштердегі негізгі заряд тасымалдаушы – электрондар, ал р –типті жартылай ө ткізгіштерде – кемтіктер болып қ алады.

Бұ л мә селелерді оқ ушылардың терең тү сінуі ү шін «Жартылай ө ткізгіштер жә не олардың техникада қ олданылуы» фильмінің сә йкес фрагменттерін кө рсетуге болады.

р – n - ауысу. Жартылай ө ткізгіштерге тә н қ асиеттердің ең маң ыздысы - ә р типті екі жартылай ө ткізгіштердің тү йісуі екендігі, оның р-n – ауысу деп аталатындығ ы айтылады. р-n – ауысу қ асиетін тү сіндіруді тә жірибеден бастағ ан тиімді. Жартылай ө ткізгішті диодтың бір бағ ытта токты жақ сы ө ткізетіндігін, екінші бағ ытта ө те нашар ө ткізетіндігі кө рсетіледі.

Бұ л қ ұ былыстардың себебі жө нінде сыныпта проблемалық жағ дай туғ ызуғ а болады. Алдымен ә р типті ө ткізгіштерді тү йістіргенде жү ретін процесс тү сіндіріледі. Дереу тү йісу арқ ылы негізгі заряд тасымалдаушылардың nдиффузиясы басталады да, тү йісу аймағ ында зарядтардың бейтараптануы нә тижесінде аймақ тың кедергісі артып кетеді. Жартылай ө ткізгіштердің тү йіскен жерінде пайда болғ ан қ осарланғ ан электр қ абаты зарядтар қ озғ алысына кедергі жасап, белгілі моментте диффузия процесін тоқ татып тастайды.

Міне осындай жартылай ө ткізгіштерді ток кө зіне қ осып кө рейік. Егер ток кө зінің электр ө рісі р-n – ауысуда пайда болғ ан қ осарланғ ан электр қ абатының ө рісіне қ арама-қ арсы бағ ытта болса, онда сыртқ ы электр ө рісі негізгі заряд тасымалдаушыларды тү йісуге қ арай қ озғ ап, ол аймақ тың кедергісін азайтып жібереді. Мұ ндай жағ дайда р-n – ауысу арқ ылы ток жү реді.

Егер ток кө зінің электр ө рісі р-n – ауысудағ ы электр ө рісімен бағ ыттас болса, онда сыртқ ы электр ө рісі негізгі заряд тасымалдаушыларды жан-жақ қ а тартып кетеді де, р-n – ауысу аймағ ындағ ы кедергі кү рт ө седі. Бұ л жағ дайда тү йісу аймағ ында жапқ ыш қ абат пайда болады деп айтады, ө те аз ғ ана ток жү реді. Токты негізгі емес заряд тасымалдаушылар жасайды.

Қ орыта келгенде, р- n – ауысудың токты бір бағ ытта ө ткізіп, екінші бағ ытта, практикалық тұ рғ ыдан қ арағ анда, ө ткізбейтін қ асиеті бар екен.

Жартылай ө ткізгішті диод. Диод деп бір р-n –ауысудан тұ ратын жартылай ө ткізгішті приборларды айтады. Диодтың қ ұ рылысын арнайы дайындалғ ан кесте кө мегімен тү сіндіріп, оның жұ мысын тә жірибе жасап кө рсеткен тиімді.

Ә рі қ арай диодтың вольт-амперлік сипаттамасы қ арастырылады. Токты ө ткізу бағ ытында кернеуге байланысты ток жылдам ө седі де, жапқ ыш бағ ытта ток аз жә не кернеуге айтарлық тай тә уелді емес. Графиктен р-n – ауысудағ ы токтың Ом заң ына бағ ынбайтығ ын байқ ауғ а болады. Жартылай ө ткізгішті диодтардың айнымалы токты тү зету ү шін қ олданылатындығ ы айтылады. Сонымен қ атар ә р тү рлі мақ саттарда диодтардың радио – техникада, автоматикада, телемеханикада, кең інен қ олдалынып келе жатқ андығ ын айту керек.

Транзистор. Екі р-n – ауысудан тұ ратын жартылай ө ткізгіштік қ ұ рылғ ыны транзистор деп атайды (transfer – тасу, resistor – кедергі) оны екі р- типті жартылай ө ткізгіштер қ абатының арасына n- типті жартылай ө ткізгіш қ абатын орналастыру арқ ылы, немесе екі n- типті жартылай ө ткізгіш қ абатының ортасына p- типті жартылай ө ткізгіш орналастыру арқ ылы дайындайды. Екі шеткі жартылай ө ткізгіштердің бірі эмиттер деп, екіншісі – коллектор деп аталады, ортағ ы қ абатты база дейді. Бұ л алынғ ан екі р-n – ауысулардың электр тогын ө ткізу бағ ыттары бір-біріне қ арама-қ арсы. Эмиттер база арасына ε ₁, база коллектор арасына ε ₂ батареяларын қ осамыз. Сол жақ тағ ы р-n – ауысу арқ ылы ток ө теді – ол р-n – ауысу ашық, ал оң жақ тағ ы р-n – ауысуғ а батарея ток ө ткізбейтіндей бағ ытта жалғ анғ ан.

База қ абаты ө те жұ қ а болады, оның ені ә детте электрондардың еркін жолының орташа ұ зындығ ымен ө лшемдес. База енінің мұ ншалық ты жұ қ а болуы эмиттерден базағ а ө ткен электрондардың тү гел дерлік екінші р-n – ауысуғ а ө тіп кетуіне мү мкіндік жасайды. Соның нә тижесінде база-коллектор тізбегінде ток пайда болады. Ол ток шамасы эмиттер – база тізбегіндегі ток шамасына тә уелді болатындығ ы ө зінен ө зі тү сінікті. Егер эмиттер – база тізбегіндегі ток ө згеретін болса, онда синхронды тү рде база-коллектор тізбегіндегі ток та ө згереді.

Міне, транзистордың осы айтылғ ан қ асиеті ә лсіз электр сигналдарын кү шейту мақ сатында қ олданылады. Ол ү шін ә лсіз сигнал кө зін эмиттер-база тізбегіне тізбектеп қ осады, ондай жағ дайда R кедергісін ү лкен етіп алу нә тижесінде, оғ ан тү сетін кернеудің мә нін де ү лкейтіп алуғ а болады. Транзистор кө мегімен ә лсіз сигналды он мың есеге дейін кү шейте аламыз.

Басқ а жартылай ө ткізгіш приборлар тә різдес транзисторлардың да радиотехникада, автоматикада, телемеханикада жә не техниканың басқ а да салаларында қ олданылатындығ ы жө нінде мысалдар келтіруге болады.

Тақ ырыпты бекіту мақ сатында, ең соң ында жартылай ө ткізгіштердің электр ө ткізу қ асиетін металдардың электр тогын ө ткізумен салыстыруғ а болады.