Temperatur artdıqca yarımkeçiricinin müqaviməti. Yarımkeçiricilər nədir? Yarımkeçirici müqavimət

2. Konduktorun müqaviməti onun temperaturundan necə asılıdır? Müqavimətin temperatur əmsalı hansı vahidlərlə ölçülür?

3. Keçiricinin müqavimətinin temperaturdan xətti asılılığını necə izah etmək olar?

4. Nə üçün yarımkeçiricilərin müqaviməti temperaturun artması ilə azalır?

5. Yarımkeçiricilərdə daxili keçiricilik prosesini təsvir edin.

Cərəyanın əmələ gəlməsində iştirak etməyən keçirici hissəciklər (molekullar, atomlar, ionlar) istilik hərəkətində, cərəyanı əmələ gətirən hissəciklər isə elektrik sahəsinin təsiri altında eyni vaxtda həm istilik, həm də istiqamətli hərəkətdə olurlar. Bununla əlaqədar olaraq cərəyanı meydana gətirən hissəciklər və onun əmələ gəlməsində iştirak etməyən hissəciklər arasında çoxsaylı toqquşmalar baş verir ki, bu zaman birincilər daşıdıqları enerjinin bir hissəsini cari mənbədən ikinciyə verirlər. Toqquşmalar nə qədər çox olarsa, cərəyanı meydana gətirən hissəciklərin nizamlı hərəkətinin sürəti bir o qədər aşağı olur. Formuladan göründüyü kimi I = enνS, sürətin azalması cərəyanın azalmasına səbəb olur. Cərəyanı azaltmaq üçün keçiricinin xassəsini xarakterizə edən skalyar kəmiyyət deyilir keçirici müqavimət. Ohm qanununun düsturundan, müqavimət Ohm - güc cərəyanının əldə edildiyi dirijorun müqaviməti 1 a 1 V keçiricinin uclarında gərginliklə.

Dirijorun müqaviməti onun uzunluğu l-dən, kəsiyi S-dən və müqaviməti ilə xarakterizə olunan materialdan asılıdır. Keçirici nə qədər uzun olarsa, cərəyanı əmələ gətirən hissəciklərin onun əmələ gəlməsində iştirak etməyən hissəciklərlə vahid vaxtda toqquşması bir o qədər çox olur və buna görə də keçiricinin müqaviməti bir o qədər çox olur. Dirijorun en kəsiyi nə qədər kiçik olsa, cərəyanı əmələ gətirən hissəciklərin axını bir o qədər sıx olur və onun əmələ gəlməsində iştirak etməyən hissəciklərlə daha tez-tez toqquşur və buna görə də keçiricinin müqaviməti bir o qədər çox olur.

Elektrik sahəsinin təsiri altında cərəyanı əmələ gətirən hissəciklər toqquşmalar arasında sürətlənərək sahənin enerjisi hesabına kinetik enerjilərini artırdılar. Cərəyan yaratmayan hissəciklərlə toqquşduqda kinetik enerjilərinin bir hissəsini onlara ötürürlər. Nəticədə dirijorun daxili enerjisi artır ki, bu da onun qızdırılmasında xaricdən özünü göstərir. Qızdırıldıqda keçiricinin müqavimətinin dəyişib-dəyişmədiyini nəzərdən keçirək.

Elektrik dövrəsi polad məftildən ibarət bir sarğı ehtiva edir (simli, Şəkil 81, a). Dövrəni bağladıqdan sonra teli qızdırmağa başlayırıq. Nə qədər çox qızdırsaq, ampermetr bir o qədər az cərəyan göstərir. Onun azalması baş verir, çünki metallar qızdırıldıqda onların müqaviməti artır. Beləliklə, elektrik lampası yanmayanda tükün müqaviməti təxminəndir 20 ohm, və yandıqda (2900° C) - 260 ohm. Metal qızdırıldıqda elektronların istilik hərəkəti və kristal qəfəsdə ionların titrəmə sürəti artır, nəticədə ionlarla cərəyan yaradan elektronların toqquşmalarının sayı artır. Bu dirijor müqavimətinin artmasına səbəb olur *. Metallarda sərbəst olmayan elektronlar ionlarla çox sıx bağlıdır, buna görə metallar qızdırıldıqda sərbəst elektronların sayı praktiki olaraq dəyişmir.

* (Elektron nəzəriyyəyə əsaslanaraq, müqavimətin temperaturdan asılılığı üçün dəqiq qanun çıxarmaq mümkün deyil. Belə bir qanun kvant nəzəriyyəsi ilə müəyyən edilir, burada elektron dalğa xassələrinə malik hissəcik kimi qəbul edilir və keçirici elektronun metal vasitəsilə hərəkəti elektron dalğaların yayılması prosesi kimi qəbul edilir, uzunluğu müəyyən edilir. de Broyl əlaqəsi.)

Təcrübələr göstərir ki, müxtəlif maddələrdən hazırlanmış keçiricilərin temperaturu eyni sayda dərəcə dəyişdikdə, onların müqaviməti qeyri-bərabər dəyişir. Məsələn, mis keçiricinin müqaviməti varsa 1 ohm, sonra qızdırıldıqdan sonra 1°C müqavimət göstərəcək 1.004 ohm və volfram - 1.005 ohm. Bir keçiricinin müqavimətinin onun temperaturundan asılılığını xarakterizə etmək üçün müqavimətin temperatur əmsalı adlanan bir kəmiyyət tətbiq edilmişdir. Bir keçiricinin temperaturunun 1 ° C dəyişməsindən 0 ° C-də qəbul edilən 1 ohm-da müqavimətinin dəyişməsi ilə ölçülən skalyar kəmiyyət müqavimətin temperatur əmsalı adlanır.. Beləliklə, volfram üçün bu əmsal bərabərdir 0,005 dərəcə -1, mis üçün - 0,004 dərəcə -1. Müqavimətin temperatur əmsalı temperaturdan asılıdır. Metallar üçün temperaturla az dəyişir. Kiçik bir temperatur diapazonu üçün müəyyən bir material üçün sabit hesab olunur.

Konduktorun temperaturunu nəzərə alaraq müqavimətini hesablayan düstur çıxaraq. Fərz edək ki R0- dirijorun müqaviməti 0°C, qədər qızdırıldığında 1°C qədər artacaq αR 0, və qədər qızdırıldığında t°- açıq αRt° və olur R = R 0 + αR 0 t°, və ya

Metalların müqavimətinin temperaturdan asılılığı, məsələn, elektrik istilik cihazları və lampalar üçün spiralların istehsalında nəzərə alınır: spiral telin uzunluğu və icazə verilən cərəyan onların qızdırılan vəziyyətdə müqavimətindən hesablanır. Metalların müqavimətinin temperaturdan asılılığı istilik maşınlarının, qaz turbinlərinin, yüksək sobalarda metalın temperaturunu ölçmək üçün istifadə olunan müqavimət termometrlərində istifadə olunur. Bu termometr nazik platin (nikel, dəmir) spiral yarasından ibarətdir. çini çərçivəyə qoyulur və qoruyucu qutuya qoyulur. Onun ucları ampermetr ilə elektrik dövrəsinə bağlanır, miqyası temperatur dərəcələri ilə ölçülür. Bobin qızdırıldığında, dövrədəki cərəyan azalır, bu, temperaturu göstərən ampermetr iynəsinin hərəkətinə səbəb olur.

Verilmiş bölmənin və ya dövrənin müqavimətinin əksi deyilir keçiricinin elektrik keçiriciliyi(elektrik keçiriciliyi). Bir keçiricinin elektrik keçiriciliyi Bir keçiricinin keçiriciliyi nə qədər böyükdürsə, müqaviməti bir o qədər aşağı olur və cərəyanı bir o qədər yaxşı keçirir. Elektrik keçiriciliyi vahidinin adı Keçirici keçiricilik müqaviməti 1 ohmçağırdı Siemens.

Temperatur azaldıqca metalların müqaviməti azalır. Lakin metallar və ərintilər var ki, onların müqaviməti hər bir metal və ərinti üçün xüsusi olan aşağı temperaturda kəskin şəkildə azalır və yoxa çıxacaq dərəcədə kiçik olur - demək olar ki, sıfıra bərabərdir (Şəkil 81, b). Gəlir superkeçiricilik- dirijorun praktiki olaraq heç bir müqaviməti yoxdur və bir dəfə dirijor superkeçirici temperaturda olduqda (təcrübələrin birində cərəyan bir ildən çox müşahidə edilmişdir) onda həyəcanlanan cərəyan uzun müddət mövcud olur. Superkeçiricidən cərəyan sıxlığı keçərkən 1200 a/mm 2 istilik buraxılması müşahidə edilməmişdir. Cərəyanın ən yaxşı keçiriciləri olan monovalent metallar, təcrübələrin aparıldığı son dərəcə aşağı temperaturlara qədər superkeçirici vəziyyətə çevrilmir. Məsələn, bu təcrübələrdə mis soyudulur 0,0156°K, qızıl - qədər 0,0204° K.Əgər adi temperaturda superkeçiriciliyə malik ərintilər əldə etmək mümkün olsaydı, bu, elektrotexnika üçün böyük əhəmiyyət kəsb edərdi.

Müasir konsepsiyalara görə, superkeçiriciliyin əsas səbəbi bağlı elektron cütlərinin əmələ gəlməsidir. Superkeçiriciliyin temperaturunda sərbəst elektronlar arasında mübadilə qüvvələri hərəkət etməyə başlayır və bu elektronların bağlı elektron cütləri əmələ gəlməsinə səbəb olur. Bağlanmış elektron cütlərinin belə elektron qazı adi elektron qazından fərqli xüsusiyyətlərə malikdir - o, kristal qəfəsin düyünlərinə qarşı sürtünmə olmadan superkeçiricidə hərəkət edir.

Hər bir elektrik işçisi praktik fəaliyyətində metallarda, yarımkeçiricilərdə, qazlarda və mayelərdə yük daşıyıcılarının keçməsi üçün müxtəlif şərtlərlə qarşılaşır. Cərəyanın böyüklüyü ətraf mühitin təsiri altında müxtəlif yollarla dəyişən elektrik müqavimətindən təsirlənir.

Bu amillərdən biri temperatura məruz qalmadır. Cərəyanın axını üçün şərtləri əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirdiyindən, elektrik avadanlıqlarının istehsalında dizaynerlər tərəfindən nəzərə alınır. Elektrik qurğularının saxlanması və istismarı ilə məşğul olan elektrik işçiləri bu xüsusiyyətlərdən praktik işdə bacarıqla istifadə etməlidirlər.

Temperaturun metalların elektrik müqavimətinə təsiri

Məktəb fizikası kursunda aşağıdakı təcrübənin aparılması təklif olunur: ampermetr, batareya, bir tel parçası, birləşdirən naqillər və ocaq götürün. Batareya ilə bir ampermetr əvəzinə bir ohmmetri birləşdirə və ya onun rejimini multimetrdə istifadə edə bilərsiniz.

İndi ocaq alovunu telə gətirək və onu qızdırmağa başlayaq. Ampermetrə baxsanız, oxun sola doğru hərəkət etdiyini və qırmızı ilə işarələnmiş mövqeyə çatacağını görəcəksiniz.

Təcrübənin nəticəsi göstərir ki, metallar qızdırıldıqda onların keçiriciliyi azalır və müqaviməti artır.

Bu hadisənin riyazi əsaslandırılması birbaşa şəkildəki düsturlarla verilir. Aşağı ifadədə aydın görünür ki, metal keçiricinin elektrik müqaviməti “R” onun temperaturu “T” ilə düz mütənasibdir və bir sıra digər parametrlərdən asılıdır.

Metalların qızdırılması praktikada elektrik cərəyanını necə məhdudlaşdırır

Közərmə lampaları

Hər gün işıqlandırmanı açdığımız zaman közərmə lampalarında bu xüsusiyyətin təzahürü ilə qarşılaşırıq. 60 vatt gücündə bir ampul üzərində sadə ölçmələr aparaq.

Aşağı gərginlikli 4,5 V batareya ilə təchiz edilmiş ən sadə ohmmetrdən istifadə edərək, bazanın kontaktları arasındakı müqaviməti ölçürük və 59 Ohm dəyərini görürük. Filament soyuq olduqda bu dəyərə malikdir.

Lampanı rozetkaya vidalayın və ampermetr vasitəsilə ona 220 voltluq ev şəbəkəsi gərginliyini qoşun. Ampermetr iynəsi 0,273 amper göstərəcək. Qızdırılmış vəziyyətdə ipin müqavimətini təyin edək. 896 Ohm olacaq və əvvəlki ohmmetr oxunuşunu 15,2 dəfə aşacaq.

Bu artıqlıq filament gövdəsinin metalını tükənmədən və məhv olmaqdan qoruyur, gərginlik altında uzunmüddətli işləməsini təmin edir.

Yandırılan keçidlər

Filament işləyərkən, keçən elektrik cərəyanından istilik və istiliyin bir hissəsinin ətraf mühitə çıxarılması arasında istilik balansı yaranır. Ancaq işə salınmanın ilkin mərhələsində, gərginlik tətbiq edildikdə, filamanın yanmasına səbəb ola biləcək bir cərəyan yaradan keçici proseslər baş verir.

Keçici proseslər qısa müddətdə baş verir və metalın qızdırılmasından elektrik müqavimətinin artım sürətinin cərəyanın artması ilə ayaqlaşmaması ilə əlaqədardır. Onlar başa çatdıqdan sonra iş rejimi qurulur.

Lampanın uzun müddətli lüminesansı zamanı onun filamentinin qalınlığı tədricən kritik vəziyyətə çatır və bu, tükənməyə səbəb olur. Çox vaxt bu an növbəti yeni keçid zamanı baş verir.

Lampanın ömrünü uzatmaq üçün bu alov cərəyanı müxtəlif yollarla azaldılır:

1. gərginliyin hamar şəkildə verilməsini və buraxılmasını təmin edən qurğular;

2. rezistorların, yarımkeçiricilərin və ya termistorların (termistorların) filamentə ardıcıl birləşdirilməsi üçün sxemlər.

Avtomobil lampaları üçün başlanğıc cərəyanını məhdudlaşdırmaq üçün bir yol nümunəsi aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir.

Burada elektrik lampasına cərəyan FU qoruyucusu vasitəsilə SA keçid açarını işə saldıqdan sonra verilir və dəyəri keçici proseslər zamanı cərəyan artımının nominal dəyəri keçməməsi üçün seçilən bir rezistor R ilə məhdudlaşdırılır.

Filament qızdırıldığında, onun müqaviməti artır, bu da onun kontaktları və paralel bağlı rele sarğı KL1 arasında potensial fərqin artmasına səbəb olur. Gərginlik rölin təyini dəyərinə çatdıqda, normal olaraq açıq olan KL1 kontaktı rezistoru bağlayacaq və söndürəcəkdir. Artıq qurulmuş rejimin işləmə cərəyanı ampuldən axmağa başlayacaq.

Metal temperaturunun onun elektrik müqavimətinə təsiri ölçü alətlərinin işində istifadə olunur. Onlar çağırılır.

Onların həssas elementi nazik metal teldən hazırlanır, müqaviməti müəyyən temperaturlarda diqqətlə ölçülür. Bu ip sabit istilik xüsusiyyətləri olan bir korpusa quraşdırılmışdır və qoruyucu örtüklə örtülmüşdür. Yaradılan struktur temperaturu daim nəzarət edilməli olan bir mühitə yerləşdirilir.

Elektrik dövrəsinin telləri müqavimət ölçmə dövrəsini birləşdirən həssas elementin terminallarına quraşdırılmışdır. Onun dəyəri cihazın əvvəllər aparılmış kalibrlənməsi əsasında temperatur dəyərlərinə çevrilir.

Baretter - cari stabilizator

Bu, hidrogen qazı olan möhürlənmiş şüşə silindrdən və dəmir, volfram və ya platindən hazırlanmış metal məftilli spiraldan ibarət cihazın adıdır. Bu dizayn görünüşü ilə közərmə lampasına bənzəyir, lakin o, xüsusi bir cərəyan gərginliyi ilə qeyri-xətti xarakteristikaya malikdir.

Cari gərginlik xarakteristikasında, müəyyən bir diapazonda, bədənə tətbiq olunan gərginliyin dalğalanmasından asılı olmayan bir iş zonası meydana gəlir. Bu bölmədə barter güc dalğalarını yaxşı kompensasiya edir və ona ardıcıl olaraq qoşulmuş yükdə cari stabilizator kimi işləyir.

Baretterin işləməsi filamentin kiçik kəsiyi və onu əhatə edən hidrogenin yüksək istilik keçiriciliyi ilə təmin edilən filament gövdəsinin istilik ətalət xüsusiyyətinə əsaslanır. Buna görə cihazdakı gərginlik azaldıqda, onun filamentindən istiliyin çıxarılması sürətlənir.

Bu baretter və közərmə işıqlandırma lampaları arasındakı əsas fərqdir, burada parıltının parlaqlığını qorumaq üçün filamentdən konvektiv istilik itkisini azaltmağa çalışırlar.

Superkeçiricilik

Normal ətraf mühit şəraitində metal keçirici soyuduqda onun elektrik müqaviməti azalır.

Kelvin ölçmə sisteminə görə sıfır dərəcəyə yaxın kritik bir temperatura çatdıqda, müqavimətdə sıfıra kəskin bir azalma var. Sağ şəkil civə üçün belə bir əlaqəni göstərir.

Superkeçiricilik adlanan bu fenomen elektrik enerjisinin böyük məsafələrə ötürülməsi zamanı itkisini əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilən materialların yaradılması məqsədi ilə tədqiqatlar üçün perspektivli sahə hesab olunur.

Bununla belə, superkeçiriciliyin davam edən tədqiqatları kritik temperatur bölgəsində yerləşən metalın elektrik müqavimətinə digər amillərin təsir etdiyi bir sıra qanunauyğunluqları aşkar etmişdir. Xüsusilə, alternativ cərəyan onun salınımlarının tezliyinin artması ilə keçdikdə müqavimət yaranır, dəyəri işıq dalğaları dövrü ilə harmoniklər üçün adi dəyərlər diapazonuna çatır.

Temperaturun qazların elektrik müqavimətinə/keçiriciliyinə təsiri

Qazlar və adi hava dielektrikdir və elektrik cərəyanını keçirmir. Onun formalaşması üçün xarici amillərin təsiri nəticəsində yaranan ionlar olan yük daşıyıcıları lazımdır.

İstilik mühitin bir qütbündən digərinə ionların ionlaşmasına və hərəkətinə səbəb ola bilər. Bunu sadə bir təcrübə ilə yoxlaya bilərsiniz. İstiliyin metal keçiricinin müqavimətinə təsirini təyin etmək üçün istifadə etdiyimiz eyni avadanlığı götürək, lakin naqil yerinə, hava boşluğu ilə ayrılmış iki metal plitəni naqillərə birləşdirəcəyik.

Dövrə bağlı bir ampermetr cərəyanın olmamasını göstərəcəkdir. Plitələr arasında brülör alovu qoyularsa, cihazın iynəsi sıfır dəyərdən kənara çıxacaq və qaz mühitindən keçən cərəyanın miqdarını göstərəcəkdir.

Beləliklə, müəyyən edilmişdir ki, qızdırılan zaman qazlarda ionlaşma baş verir, elektrik yüklü hissəciklərin hərəkətinə və mühitin müqavimətinin azalmasına səbəb olur.

Cari dəyər xarici tətbiq olunan gərginlik mənbəyinin gücündən və onun kontaktları arasındakı potensial fərqdən təsirlənir. Yüksək qiymətlərdə qazların izolyasiya təbəqəsini sındırmağa qadirdir. Təbiətdə belə bir halın tipik təzahürü tufan zamanı təbii ildırım axıdılmasıdır.

Qazlarda cərəyan axınının cari gərginlik xarakteristikasının təxmini görünüşü qrafikdə göstərilmişdir.

İlkin mərhələdə, temperaturun və potensial fərqin təsiri altında, ionlaşmanın artması və cərəyanın keçməsi təxminən xətti qanuna uyğun olaraq müşahidə olunur. Sonra gərginliyin artması cərəyanın artmasına səbəb olmadıqda əyri üfüqi olur.

Üçüncü parçalanma mərhələsi tətbiq olunan sahənin yüksək enerjisi ionları o qədər sürətləndirir ki, onlar neytral molekullarla toqquşmağa başlayır, onlardan kütləvi şəkildə yeni yük daşıyıcıları əmələ gətirir. Nəticədə, cərəyan kəskin şəkildə artır, dielektrik təbəqənin parçalanmasını təşkil edir.

Qaz keçiriciliyinin praktiki istifadəsi

Qazlardan keçən cərəyan fenomeni elektron borularda və flüoresan lampalarda istifadə olunur.

Bunun üçün iki elektrod inert qazı olan möhürlənmiş şüşə silindrin içərisinə yerləşdirilir:

1. anod;

2. katod.

Bir floresan lampada, onlar termion emissiya yaratmaq üçün işə salındıqda qızdırılan filamentlər şəklində hazırlanır. Kolbanın daxili səthi fosfor təbəqəsi ilə örtülmüşdür. O, elektron axını ilə bombardman edilən civə buxarından çıxan infraqırmızı şüalanma nəticəsində yaranan görünən işığın spektrini yayır.

Qazın boşaldılması cərəyanı kolbanın müxtəlif uclarında yerləşən elektrodlar arasında müəyyən böyüklükdə gərginlik tətbiq edildikdə baş verir.

Filamentlərdən biri yandıqda, bu elektrodda elektron emissiyası pozulacaq və lampa yanmayacaq. Bununla belə, katod və anod arasındakı potensial fərqi artırsanız, lampanın içərisində yenidən qaz boşalması baş verəcək və fosforun parıltısı bərpa olunacaq.

Bu, zədələnmiş filamentləri olan LED lampalarından istifadə etməyə və onların xidmət müddətini uzatmağa imkan verir. Yalnız unutmayın ki, bu vəziyyətdə onun üzərindəki gərginlik bir neçə dəfə artırılmalıdır və bu, enerji istehlakını və təhlükəsiz istifadə risklərini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.

Mayelərin elektrik müqavimətinə temperaturun təsiri

Mayelərdə cərəyanın keçməsi əsasən kənardan tətbiq olunan elektrik sahəsinin təsiri altında kationların və anionların hərəkəti nəticəsində yaranır. Keçiriciliyin yalnız kiçik bir hissəsi elektronlar tərəfindən təmin edilir.

Temperaturun maye elektrolitin elektrik müqavimətinə təsiri şəkildə göstərilən düsturla təsvir edilmişdir. Orada α temperatur əmsalının dəyəri həmişə mənfi olduğundan, artan istiliklə keçiricilik artır və qrafikdə göstərildiyi kimi müqavimət azalır.

Maye avtomobil (və digər) akkumulyatorlarını doldurarkən bu fenomen nəzərə alınmalıdır.

Yarımkeçiricilərin elektrik müqavimətinə temperaturun təsiri

Temperaturun təsiri altında yarımkeçirici materialların xüsusiyyətlərinin dəyişməsi onlardan aşağıdakı kimi istifadə etməyə imkan verdi:

istilik müqaviməti;

termoelementlər;

soyuducular;

qızdırıcılar.

Termistorlar

Bu ad istilik təsiri altında elektrik müqavimətini dəyişən yarımkeçirici cihazlara aiddir. Onlar metallardan əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir.

Yarımkeçiricilər üçün TCR dəyəri müsbət və ya mənfi qiymətə malik ola bilər. Bu parametrə görə onlar müsbət "RTS" və mənfi "NTC" termistorlarına bölünür. Onların fərqli xüsusiyyətləri var.

Termistoru idarə etmək üçün onun cari gərginlik xarakteristikasında nöqtələrdən birini seçin:

xətti bölmə temperaturu idarə etmək və ya dəyişən cərəyanları və ya gərginlikləri kompensasiya etmək üçün istifadə olunur;

TCS olan elementlər üçün cərəyan-gərginlik xarakteristikasının enən qolu

Ultra yüksək tezliklərdə baş verən elektromaqnit şüalanma proseslərinin monitorinqi və ya ölçülməsi zamanı rele termistorunun istifadəsi rahatdır. Bu, onların sistemlərdə istifadəsini təmin etdi:

1. istilik nəzarəti;

2. yanğın siqnalı;

3. kütləvi mühitlərin və mayelərin axınının tənzimlənməsi.

Kiçik TCR>0 olan silikon termistorlar soyutma sistemlərində və tranzistorların temperaturunun sabitləşdirilməsində istifadə olunur.

Termoelementlər

Bu yarımkeçiricilər Seebeck fenomeni əsasında işləyir: iki fərqli metalın lehimli sahəsi qızdırıldıqda, qapalı bir dövrənin qovşağında bir emf yaranır. Bu yolla onlar istilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirirlər.

İki belə elementdən ibarət quruluşa termocüt deyilir. Onun effektivliyi 7÷10% daxilindədir.

Termoelementlər miniatür ölçüləri və oxunuşların yüksək dəqiqliyini tələb edən rəqəmsal hesablama cihazlarının temperatur ölçmə cihazlarında, həmçinin aşağı güclü cərəyan mənbələri kimi istifadə olunur.

Yarımkeçirici qızdırıcılar və soyuducular

Onlar elektrik cərəyanının keçdiyi termocütlərin istifadəsini tərsinə çevirərək işləyirlər. Bu vəziyyətdə, qovşağın bir yerində qızdırılır, əks yerdə isə soyudulur.

Selenium, vismut, antimon və tellur əsaslı yarımkeçirici birləşmələr termoelementdə 60 dərəcəyə qədər temperatur fərqini təmin etməyə imkan verir. Bu, soyutma kamerasında temperaturu -16 dərəcəyə qədər olan yarımkeçiricilərdən hazırlanmış soyuducu şkaf dizaynını yaratmağa imkan verdi.

Onun xüsusiyyətləri nələrdir? Yarımkeçiricilərin fizikası nədir? Onlar necə qurulub? Yarımkeçiricilərin keçiriciliyi nədir? Onların hansı fiziki xüsusiyyətləri var?

Yarımkeçiricilər nə adlanır?

Bu, metallar kimi elektrik keçirməyən kristal materiallara aiddir. Ancaq yenə də bu göstərici izolyatorlardan daha yaxşıdır. Bu cür xüsusiyyətlər hərəkət edən daşıyıcıların sayı ilə bağlıdır. Ümumiyyətlə, nüvələrə güclü bağlılıq var. Lakin keçiriciyə bir neçə atom, məsələn, artıq elektronu olan antimon daxil edildikdə, bu vəziyyət düzələcək. İndium istifadə edildikdə müsbət yüklü elementlər alınır. Bütün bu xüsusiyyətlər tranzistorlarda geniş istifadə olunur - cərəyanı yalnız bir istiqamətdə gücləndirə, bloklaya və ya ötürə bilən xüsusi qurğular. NPN tipli elementi nəzərə alsaq, zəif siqnalların ötürülməsi zamanı xüsusilə vacib olan əhəmiyyətli gücləndirici rolu qeyd edə bilərik.

Elektrik yarımkeçiricilərinin konstruksiya xüsusiyyətləri

Keçiricilərdə çoxlu sərbəst elektronlar var. İzolyatorlarda praktiki olaraq ümumiyyətlə yoxdur. Yarımkeçiricilər həm müəyyən sayda sərbəst elektronları, həm də sərbəst buraxılan hissəcikləri qəbul etməyə hazır olan müsbət yüklü boşluqları ehtiva edir. Və ən əsası, onların hamısı daha əvvəl müzakirə edilən NPN tranzistorunun növü yeganə mümkün yarımkeçirici element deyil. Beləliklə, PNP tranzistorları, həmçinin diodlar da var.

Sonuncu haqqında qısaca danışsaq, bu, siqnalları yalnız bir istiqamətdə ötürə bilən bir elementdir. Bir diod həmçinin alternativ cərəyanı birbaşa cərəyana çevirə bilər. Bu transformasiyanın mexanizmi nədir? Və niyə yalnız bir istiqamətdə hərəkət edir? Cərəyanın haradan gəldiyindən asılı olaraq, elektronlar və boşluqlar ya ayrıla bilər, ya da bir-birinə doğru gedə bilər. Birinci halda, məsafənin artması səbəbindən təchizatı təchizatı kəsilir və buna görə də mənfi gərginlik daşıyıcıları yalnız bir istiqamətdə ötürülür, yəni yarımkeçiricilərin keçiriciliyi birtərəfli olur. Axı, cərəyan yalnız tərkib hissəcikləri yaxınlıqda olduqda ötürülə bilər. Və bu, yalnız bir tərəfdən cərəyan verildikdə mümkündür. Mövcud olan və hazırda istifadə olunan yarımkeçiricilər bunlardır.

Zona quruluşu

Keçiricilərin elektrik və optik xassələri onunla bağlıdır ki, enerji səviyyələri elektronlarla doldurulduqda, onlar mümkün vəziyyətlərdən zolaq boşluğu ilə ayrılır. Onun xüsusiyyətləri nələrdir? Fakt budur ki, band boşluğunda enerji səviyyəsi yoxdur. Bu, çirkləri və struktur qüsurlarının köməyi ilə dəyişdirilə bilər. Ən yüksək tam dolu zolağa valentlik zolağı deyilir. Bunun ardınca icazə verilən, lakin boş olan biri gəlir. Bu keçiricilik bandı adlanır. Yarımkeçiricilər fizikası olduqca maraqlı bir mövzudur və məqalə çərçivəsində yaxşı işıqlandırılacaqdır.

Elektronların vəziyyəti

Bunun üçün icazə verilən zonanın sayı və kvazi impuls kimi anlayışlardan istifadə olunur. Birincinin quruluşu dispersiya qanunu ilə müəyyən edilir. O deyir ki, buna enerjinin kvazi impulsdan asılılığı təsir edir. Beləliklə, əgər valentlik zolağı tamamilə elektronlarla (yarımkeçiricilərdə yük daşıyan) doludursa, onda elementar həyəcanların olmadığını söyləyirlər. Əgər nədənsə zərrəcik yoxdursa, bu o deməkdir ki, burada müsbət yüklü kvazirəcik yaranıb - boşluq və ya çuxur. Onlar valentlik zolağında olan yarımkeçiricilərdə yük daşıyıcılarıdır.

Degenerasiya zonaları

Tipik bir dirijorda valentlik zolağı altı dəfə degenerativdir. Bu, spin-orbit qarşılıqlı təsirini nəzərə almadan və yalnız kvazi impuls sıfır olduqda olur. Eyni vəziyyətdə, ikiqat və dördlü degenerasiya zonalarına bölünə bilər. Aralarındakı enerji məsafəsinə spin-orbitin parçalanma enerjisi deyilir.

Yarımkeçiricilərdə çirklər və qüsurlar

Onlar elektrik cəhətdən qeyri-aktiv və ya aktiv ola bilərlər. Birincinin istifadəsi yarımkeçiricilərdə müsbət və ya mənfi yük əldə etməyə imkan verir ki, bu da valentlik zolağında bir çuxurun və ya keçirici zonada bir elektronun görünməsi ilə kompensasiya edilə bilər. Aktiv olmayan çirklər neytraldır və elektron xassələrə nisbətən zəif təsir göstərirlər. Üstəlik, tez-tez əhəmiyyət kəsb edə bilən şey, yük ötürmə prosesində iştirak edən atomların valentliyi və quruluşudur

Çirklərin növündən və miqdarından asılı olaraq, dəliklərin və elektronların sayı arasındakı nisbət də dəyişə bilər. Buna görə də, istənilən nəticəni əldə etmək üçün yarımkeçirici materiallar həmişə diqqətlə seçilməlidir. Bundan əvvəl çoxlu sayda hesablamalar, sonra isə təcrübələr aparılır. İnsanların əksəriyyətinin yük daşıyıcıları adlandırdığı hissəciklər azlıqdır.

Çirklərin yarımkeçiricilərə dozalı şəkildə daxil edilməsi tələb olunan xüsusiyyətlərə malik cihazları əldə etməyə imkan verir. Yarımkeçiricilərdəki qüsurlar həm də qeyri-aktiv və ya aktiv elektrik vəziyyətində ola bilər. Burada vacib olanlar dislokasiya, interstisial atom və boşluqdur. Maye və qeyri-kristal keçiricilər çirklərə kristaldan fərqli reaksiya verirlər. Sərt strukturun olmaması nəticədə yerdəyişmiş atomun fərqli bir valentlik alması ilə nəticələnir. Əvvəlcə əlaqələrini doyurduğundan fərqli olacaq. Atomun elektron əldə etməsi və ya əldə etməsi faydasız olur. Bu halda, o, hərəkətsiz olur və buna görə də çirkli yarımkeçiricilərin uğursuzluq şansı yüksəkdir. Bu, dopinqlə keçiriciliyin növünü dəyişdirmək və məsələn, pn qovşağı yaratmaq mümkün olmadığına gətirib çıxarır.

Bəzi amorf yarımkeçiricilər dopinqə məruz qaldıqda elektron xassələrini dəyişə bilirlər. Ancaq bu, kristal olanlara nisbətən daha az dərəcədə onlara aiddir. Amorf elementlərin ərintilərə həssaslığını texnoloji emal yolu ilə artırmaq olar. Nəhayət, qeyd etmək istərdim ki, uzun və gərgin iş sayəsində çirkli yarımkeçiricilər hələ də yaxşı xüsusiyyətlərə malik bir sıra nəticələrlə təmsil olunur.

Yarımkeçiricilərdə elektronların statistikası

Deliklərin və elektronların sayı yalnız temperatur, bant strukturu parametrləri və elektrik aktiv çirklərin konsentrasiyası ilə müəyyən edilir. Nisbət hesablandıqda, hissəciklərin bir hissəsinin keçiricilik zolağında (akseptor və ya donor səviyyəsində) olacağı güman edilir. Həmçinin nəzərə alınır ki, hissə valentlik ərazisini tərk edə bilər və orada boşluqlar yaranır.

Elektrik keçiriciliyi

Yarımkeçiricilərdə elektronlardan başqa ionlar da yük daşıyıcısı kimi çıxış edə bilər. Lakin onların elektrik keçiriciliyi əksər hallarda əhəmiyyətsizdir. İstisna olaraq, yalnız ion superkeçiriciləri qeyd etmək olar. Yarımkeçiricilərdə üç əsas elektron ötürmə mexanizmi var:

1. Əsas zona. Bu halda elektron bir icazə verilən sahə daxilində enerjisinin dəyişməsi səbəbindən hərəkət etməyə başlayır.
2. Lokallaşdırılmış ştatlar üzərindən keçid.
3. Polaronic.

Həyəcan

Bir dəlik və elektron bağlı bir vəziyyət yarada bilər. Buna Wannier-Mott eksitonu deyilir. Bu halda, udma kənarına uyğun gələn, bağlama dəyərinin ölçüsü ilə azalır. Kifayət qədər olarsa, yarımkeçiricilərdə əhəmiyyətli sayda eksitonlar əmələ gələ bilər. Onların konsentrasiyası artdıqca kondensasiya baş verir və elektron deşikli maye əmələ gəlir.

Yarımkeçirici səth

Bu sözlər cihazın sərhədi yaxınlığında yerləşən bir neçə atom təbəqəsini ifadə edir. Səth xüsusiyyətləri həcmli olanlardan fərqlənir. Bu təbəqələrin olması kristalın translyasiya simmetriyasını pozur. Bu, səthi vəziyyətlərə və polaritonlara gətirib çıxarır. Sonuncunun mövzusunu inkişaf etdirərək, spin və vibrasiya dalğaları haqqında da danışmalıyıq. Kimyəvi aktivliyinə görə səth ətraf mühitdən adsorbsiya edilmiş yad molekulların və ya atomların mikroskopik təbəqəsi ilə örtülmüşdür. Onlar həmin bir neçə atom təbəqəsinin xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirirlər. Xoşbəxtlikdən, yarımkeçirici elementlərin yaradıldığı ultra yüksək vakuum texnologiyasının yaradılması bir neçə saat ərzində təmiz səth əldə etməyə və saxlamağa imkan verir ki, bu da əldə edilən məhsulun keyfiyyətinə müsbət təsir göstərir.

Yarımkeçirici. Temperatur müqavimətə təsir göstərir

Metalların temperaturu artdıqda onların müqaviməti də artır. Yarımkeçiricilərdə bunun əksi doğrudur - eyni şərtlərdə bu parametr azalacaq. Burada məsələ ondan ibarətdir ki, hər hansı bir materialın elektrik keçiriciliyi (və bu xüsusiyyət müqavimətlə tərs mütənasibdir) daşıyıcıların hansı cərəyan yükünə malik olmasından, onların elektrik sahəsində hərəkət sürətindən və bir vahid həcmdə onların sayından asılıdır. material.

Yarımkeçirici elementlərdə temperatur artdıqca hissəciklərin konsentrasiyası artır, buna görə istilik keçiriciliyi artır və müqavimət azalır. Bunu yoxlaya bilərsiniz, əgər sadə bir gənc fiziklər dəsti və lazımi materialınız varsa - silikon və ya germanium, onlardan hazırlanmış yarımkeçirici də götürə bilərsiniz. Temperaturun artması onların müqavimətini azaldır. Buna əmin olmaq üçün bütün dəyişiklikləri görməyə imkan verəcək ölçmə vasitələrinə ehtiyat yığmaq lazımdır. Bu ümumi vəziyyətdədir. Bir neçə şəxsi seçimə baxaq.

Müqavimət və elektrostatik ionlaşma

Bu, mikrometrin təxminən yüzdə birini çatdıran çox dar bir maneədən keçən elektronların tunelləşməsi ilə əlaqədardır. Enerji zonalarının kənarları arasında yerləşir. Onun görünüşü yalnız güclü elektrik sahəsinin təsiri altında baş verən enerji zonaları əyildikdə mümkündür. Tunelləşmə baş verdikdə (bu, kvant mexaniki təsirdir) elektronlar dar potensial maneədən keçir və onların enerjisi dəyişmir. Bu, hər iki zolaqda yük daşıyıcılarının konsentrasiyasının artmasına səbəb olur: keçiricilik və valentlik. Elektrostatik ionlaşma prosesi inkişaf edərsə, yarımkeçiricinin tunel parçalanması baş verə bilər. Bu proses zamanı yarımkeçiricilərin müqaviməti dəyişəcək. O, geri çevrilir və elektrik sahəsi söndürüldükdən sonra bütün proseslər bərpa olunacaq.

Müqavimət və təsir ionlaşması

Bu vəziyyətdə, deşiklər və elektronlar güclü elektrik sahəsinin təsiri altında orta sərbəst yoldan keçərək atomların ionlaşmasına və kovalent bağlardan birinin (əsas atom və ya çirk) qırılmasına kömək edən dəyərlərə qədər sürətlənirlər. Zərbənin ionlaşması uçqun kimi baş verir və yük daşıyıcıları uçqun kimi çoxalır. Bu zaman yeni yaranan dəliklər və elektronlar elektrik cərəyanı ilə sürətləndirilir. Cari dəyərin son nəticəsi, bir yol seqmenti boyunca yük daşıyıcısı tərəfindən əmələ gələn elektron-deşik cütlərinin sayına bərabər olan təsir ionlaşma əmsalı ilə vurulur. Bu prosesin inkişafı son nəticədə yarımkeçiricinin uçqunla parçalanmasına gətirib çıxarır. Yarımkeçiricilərin müqaviməti də dəyişir, lakin tunelin dağılması vəziyyətində olduğu kimi, geri çevrilir.

Yarımkeçiricilərin praktikada tətbiqi

Bu elementlərin xüsusi əhəmiyyəti kompüter texnologiyasında qeyd edilməlidir. Demək olar ki, şübhəmiz yoxdur ki, onlardan istifadə edərək bir obyekti müstəqil şəkildə yığmaq istəyi olmasaydı, yarımkeçiricilərin nə olduğu sualı sizi maraqlandırmazdı. Müasir soyuducuların, televizorların, kompüter monitorlarının işini yarımkeçiricilərsiz təsəvvür etmək mümkün deyil. Qabaqcıl avtomobil inkişafları onlarsız edə bilməz. Onlar həmçinin aviasiya və kosmik texnologiyada istifadə olunur. Yarımkeçiricilərin nə olduğunu və onların nə qədər vacib olduğunu başa düşürsünüzmü? Təbii ki, bunların sivilizasiyamız üçün yeganə əvəzolunmaz elementlər olduğunu deyə bilmərik, lakin onları da qiymətləndirməmək lazım deyil.

Yarımkeçiricilərin praktikada istifadəsi həm də bir sıra amillərlə, o cümlədən onların hazırlandığı materialların geniş yayılması, emalın asanlığı və istənilən nəticənin əldə edilməsi və digər texniki xüsusiyyətlərlə bağlıdır ki, bu səbəbdən alimlər işlənmiş elektron avadanlıq onlar tərəfindən seçilmişdir.

Nəticə

Yarımkeçiricilərin nə olduğunu və necə işlədiyini ətraflı nəzərdən keçirdik. Onların müqaviməti mürəkkəb fiziki və kimyəvi proseslərə əsaslanır. Və sizə xəbər verə bilərik ki, məqalədə təsvir olunan faktlar yarımkeçiricilərin nə olduğunu tam başa düşməyəcək, sadə səbəbdən hətta elm onların işinin xüsusiyyətlərini tam öyrənməmişdir. Amma biz onların əsas xassələrini və xüsusiyyətlərini bilirik ki, bu da onlardan praktikada istifadə etməyə imkan verir. Buna görə də, ehtiyatlı olmaqla, yarımkeçirici materialları axtarıb özünüzlə təcrübə edə bilərsiniz. Kim bilir, bəlkə sizin içinizdə böyük bir kəşfiyyatçı var?!