Хахад дамжуулагша

Хахад дамжуулагша (; ХД тэмдэглэгдэһэн) — сахилгаан гүйдэл һайн дамжуулдаг дамжуулагша ба сахилгаан дамжуулдаггүй тусгаарлагша хоёрой дундаха һаармаг шэнжэ шанарые үзүүлдэг материал юм. Хахад дамжуулагшын сахилгаан дамжуулха шадабаринь оршоной сахилгаан орон болон дулаанай хэмһээ шалтагаалжа өөршэлэгдэжэ байдаг. Энэ хомор шэнжэ шанарынь мүнөөнэй сахилгаан түхеэрэмжэдэ шухала хэрэгсээтэй болоод диод, транзистор зэргэ электроникын һуури элемэнтнүүдынь үүн дээрэ үндэһэлэгдэһэн болоно.

Металл дамжуулагшада электронэй урасхал дангаараа сахилгаан дамжалжуулдаг бол, хахад дамжуулагшын хубида элелектронһоо гадна эергэ сэнэгтэй "нүхэн"эй урасхалшье гэһэн сахилгаан дамжуулалтанда оролсоно. Нүхэниинь электронтой адли бэетэ зүйл бэшэ юм. Юрэнхыдөө бол хаа нэгэ газарһаа электрон ниидэн одоход орондонь үлэхэ эергэ сэнэгтэй хооһон орон зайе нүхэн гэжэ хэлэжэ байгаа юм. Нүхэниинь электронтой адли, хахад дамжуулагша дундуур сүлөөтэй хүдэлхэ боломжотой тула нүхэнэй урасхалынь эергэ сэнэгтэй сахилгаан урасхалые бии болгоно.

Хахад дамжуулагшын гол түүхэй эдынь сахюур ба түүнһээ гадна германи болон бусад олон түрэлэй ниилмэл материалнуудаар хэгдэдэг.

 Хахад дамжуулагша доторхи сахилгаан гүйдэл 

Хахад дамжуулагшын бүтэcэ, өөрын дамжуулал
Холисото хахад дамжуулал
Электрон нүхэнэй шэлжэлтэ
Хахад дамжуулагша диодые хэрэглэхэ

Сахилгаан дамжуулалай хубида дамжуулагша, хүндырүүлэгшэ хоёрой забаһариин байра эзэлдэг бодосые хахад дамжуулагша гэжэ ангилдаг. Байгаалида хахад дамжуулагша ехэ элбэг, газарай хүрһэндэ оршохо бүхы бодосой дэлэнхинь хахад дамжуулагша байдаг. Сахюур, селениинь хахад дамжуулагшада ороно. Хахад дамжуулагшын сахилгаан дамжуулалынь температураһаа онсогой хамаардаг шэнжэ шанараараа металлһаа илгаатай. Хахад дамжуулагшын температура нэмэгдэхэд эсэргүүсэл огсом бууржа сахилгаан дамжуулалынь металлайхатай ойролсоо болодог. Харин бага температурата бараг хүндырүүлэгшэ болодог.
Германи бол 4 валентатай элемент. Түүнэй атом гадна бүрхөөл дотороо, сүмтэйгээ туйлын һула холбоотой 4 элекронтой. Хүршэ зэргэлдээ оршохо 2 атом хоорондоо хос элекроноор харилсан үйлэшэлнэ. Энэниие хос электронто (ковалент) холбооһон гэнэ. Уг холбооһон үүдэхэд атом бүридэ нэгэ электрон оролсоно. Үгэхэ хос электрон холбооһон тасархад һула электрон үүдэнэ. Халааха гэрэлээр үйлэшэлүүлхэ зэргэдэ хахад дамжуулагшын валентын электронуудай кинетик энерги нэмэгдэжэ, электроной холбооһон таһаржа валентын зарим, электрон һула болоно. Һула элэктроной байранда түүнтэй тэнсүү  сэнэгтэй нүхэн үлдэнэ. Энэниие сахилгаан орондо оруулбал электрон, нүхэн харилсан эсэргүү шэглэлдэ хүдэлнэ. Энэниие хахад дамжуулагша доторхи сахилгаан гүйдэл гэнэ. Сэбэр хахад дамжуулагша доторхи электрон, нүхэнэй тоотой тэнсүү. Иимэдэ хахад дамжуулагшань электрон нүхэн гэһэн хоёр сэнэгтэй. Сэбэр хахад дамжуулагшын сахилгаан дамжуулалые түүниин өөрын дамжуулал (индукци) гэнэ.

 Холисон дамжуулал 

Сэбэр хахад дамжуулагшын электрон нүхэнэй тоо сөөхэн байдаг ушар дамжуулал муутай байдаг. Гэбэш холисо нэмэгдэхэд дамжуулалынь сайжардаг онсолготой. Хэрбэ хахад дамжуулагша бодосто, түүнһээ олон валентатай элементые холибол валентын дутуу электроной уламһаа сүлөөтэ электроной тоо, ехэдшье электрон дамжуулал замхарна. Иимэ холисые донор холисо гэдэг. Донор холисотой хахад дамжуулагшые n-маягай хахад дамжуулагша гэдэг.

Хэрбэ хахад дамжуулагшые бодосто түүнһээ сөөн валленттай элементые холибол валлентын дутуу электроной уламһаа сүлөөтэ нүхэнэй тоо ехэджэ нүхэн дамжуулал зонхилно. Иимэ холисые акцентор холисо гэнэ. Акцентор холисотой хахад дамжуулагшые р-маягай хахад дамжуулагша гэнэ. Менделеевэй үелхэ системын 5 бүхын фосфор, арсеник донор, холисо бүлэгэй инди боронь акцентор холисо n- ба р-маягай хахад дамжуулагшын дамсжуулалые холисон дамжуулал гэнэ.

N-маягай хахад дамжуулагшын үндэһэн сэнэг зөөгшэнь электрон, үндэһэн бэшэ сэнэг зөөгшэнь нүхэн байна. Харин р-маягай хахад дамжуулагшын үндэһэн сэнэг зөөгшэнь нүхэн, үндэһэн бэшэ сэнэг зөөгшэнь электрон байна. Өөр түрэлэй дамжуулалтай хоёр хахад дамжуулагшын хоорондохи контактикые электрон нүхэнэй шэлжэл гү, али р → n шэлжэлтэ гэнэ. р → n шэлжэлтэ сахилгаан гүйдэлые шууд шэглэлдэ һайн дамжуулдаг. Энэ шэнжэ шанарые диод, транзистор зэргэ хахад дамжуулагша багажада хэрэглэдэг.

Нэгэ р-n шэлжэлтэ бүхы хахад дамжуулагшые багажын диод гэнэ. Хахад дамжуулагшые диодые германи, сахюур зэргэ бодосоор хэдэг. Германиие бүрижэ түүниин гадаргын оршомдо Р түрэлэй дамжуулалтай можо үүдхэнэ. Германи катод инди анод болоно. Үүнһээ гадна p-n хоёр шэлжэлтэ бүхы хахад дамжуулагша багажа транзистор гэжэ байдаг.

Үндэһэн сэнэг зөөгшын үүдхэһэн гүйдэлые диодой шууд гүйдэл гэнэ. Сахилгаан суранзан хэлбэлзэлые үдхэхэ, түүниие гарган абахад хахад дамжуулагшын электрон-нүхэн шэлжэлтын гол шэнжэ шанарые ашаглана. Оршон үедэ энэ зорилгоор хахад дамжуулагша триод гү, али транзесторые үргэн хэрэглэжэ байна.

Хахад дамжуулагшын эсэргүүсэл температураһаа ехэ хамаардаг. Энэ шэнжэ шанарые хахад дамжуулагша бүхы хэлхээгээр гүйхэ гүйдэлэй хүсэнэй хэмжээе ашиглан температурые хэмжэдэг. Иимэ багажые терморезистор гэнэ. Терморезистор бол хамагай хилбарихан хахад дамжуулагша багажа юм. Терморезисторые хэдэн микрометрһээ хэдэн см хүрэтэр хэмжээтэй болоод дугы, цилиндр сабха мэтын олон хэлбэритэй хэдэг. Ехэнхи терморезисторынь 170 К — 570 К хоорондохи температурые хэмжэдэг. Мүн асар үндэр (≈1300 К) асар бага ( -4-80 К) температурые хэмжэдэг терморезистор байдаг. Үүниин туһаламжатайгаар алас зайда оршох юумэнэй температурые хэмжэдэг.
Хахад дамжуулагшые гэрэлээр гэрэлтүүлхэд сахилгаан дамжуулалынь нэмэгдэдэг. Мүн эсэргүүсэлынь өөршэлэгдэнэ. Тиимэ эсэргүүсэлые фоторезистор гэнэ. Хүхэрлиг кадмиһаа тогтодог гэрэл мэдрэмдхые нингэн дабхарга юм.

 Шэнжэ шанар 
мини|120px|Монокристаллтай сахюур — үйлэдбэридэ эгээл ойро хэрэглэгдэһэн хахад дамжуулагша бодос
Дамжуулагша, хахад дамжуулагша, тусгаарлагша гурбын сахилгаан дамжуулха шадабаринь энергиин бүһын бүтэсэтэйнь нягта холбоотой. Дан атом дахи электрониинь тодорхой хэдэн таһаралтатай энергиин удхыел абажа болодог. Харин маша олон атомууд хоорондоо холбогдон металл, хахад дамжуулагша мэтын хатуу бэетэ үүдхэхэ үедэ, тэдэгээрэй энергиин түбшингүүдшье гэһэн маша олоноороо хоорондоо холбогдон хэд хэдэн энергиин можые үүдхэнэ. Гэбэшье бэетын атомай бүтэсэһээ шалтагаалан эдэгээр энергиин можонуудой хоорондо забаһари үүдэхэ ба үүниие хорёотой бүһэ гэнэ. Өөрөөр хэлэбэл хорёотой бүһэнь электрон энергиин абажа болохогүй удхын можо юм.

Электрон агуулха хамагай үндэр энергиин можые валентын бүһэ гэхэ ба металлын хубида валентын бүһэнь тала дунда хүрэтэрээ электроноор дүүрэһэн байна. Иимэдэ, валентын бүһэ дэхи электронууд сүлөөтэй хүдэлжэ сахилгаан гүйдэлые һайн дамжуулна. Харин хахад дамжуулагша болон тусгаарлагшын хубида, валентын бүһэнь һула зайгүй болотороо электроноор дүүрэһэн байна. Энэ хэбээригээ бол эдэгээр материалнуудта сүлөөтэй электрон байхагүй боложо сахилгаан гүйдэл дэмжэхэгүй. Гэбэшье валентын бүһын дээрэхи хорёотой бүһэнь хахад дамжуулагшада харисангүй нам байдаг ушар, валентын бүһэһээ сөөн тооной элетронууд дулаан болон гэрэлэй энергигээр хорёотой бүһые гаталжа дээдэ талын хооһон энергиин бүһэдэ орожо ерэнэ. Энэ бүһые дамжуулалтын бүһэ гэнэ. Энэ үедэ валентын бүһэдэ эдэгээр электроной орондо адли тооной нүхэн үүдэхэ ба дамжуулалтын бүһэ дэхи электрон, валентын бүһэ дэхи нүхэнүүдынь хахад дамжуулагша дотор сүлөөтэй хүдэлжэ сахилгаан дамжуулна.

 Элементнүүдэй үелхэ системэ дотор хахад дамжуулагшын түрэлнүүд 
 Бүлэг IIB IIIA IVA VA VIA   5 B 6 C 7 N  13 Al 14 Si 15 P 16 S  30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se  48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te  80 Hg

 Зүүлтэ 

 Холбооһон 
Howstuffworks' semiconductor page
Semiconductor Concepts at Hyperphysics
Calculator for the intrinsic carrier concentration in silicon
Semiconductor OneSource Hall of Fame , Glossary
Principles of Semiconductor Devices  by Bart Van Zeghbroeck, University of colorado. An online textbook
US Navy Electrical Engineering Training Series 
NSM-Archive  Physical Properties of Semiconductors
Semiconductor Manufacturer List 
ABACUS : Introduction to Semiconductor Devices – by Gerhard Klimeck and Dragica Vasileska, online learning resource with simulation tools on nanoHUB
Organic Semiconductor page
DoITPoMS Teaching and Learning Package- "Introduction to Semiconductors"
Semiconductor R&D Talent Locations report 

Категори:Электродинамика