Жартылай өткізгіштіктердің химиялық қосылулары
Кремний карбиді. Бұл Менделеевтің кестесінің SiC формуласына сәйкес төртінші тобының элементтері кремний және көміртегінің қосылуы. Масса бойынша кремний карбидінің құрамында Si=70 % ал, C=30 %.
Техникалық кремний құрамында кварцтық құмды көміртегімен электр пеште қалпына келтіру арқылы дайындалады. Процесс бітіп және пеш салқындағаннан кейін оның ішінен SiC кристалдардан құралған друз деп аталатын пакеттерін шығарады. Пакеттерді үгітіп, әртүрлі ірі дәндері бар порошок түрге келтіреді. SiC кристалдардың негізгі физикалық қасиеттері:
Тығыздығы 3,2 Мг/м3
20°С кездегі жылу өткізгіштілік коэффициеті 10 – 40 Вт/(м·К)
Меншікті жылу сыйымдылығы 620 – 750 Дж/(кг·К)
Сызықтық кеңеюдің температуралық коэффициенті (4 — 7)·10-6 К-1
Минералогиялық шкала бойынша қаттылығы 9,5
Тыйым салынған зонаның ені 2,8 – 3,1 эВ
20°С кездегі электрондардың жылжымалығы 0,01 – 0,05 м2/(В·с)
20°С кездегі тесіктердің жылжымалығы 0,002 – 0,005 м2/(В·с)
Диэлектриктік өтімділік 6,5 – 7,5
Мысқа салыстырмалы жылу-ЭҚК 300 мкВ/К
Порошок тәріздес кремний карбидінің электр өткізгіштігі бастапқы заттың түйірінің электр өткізгіштігіне, ұнтақтың ірілігіне, бөлшектерді қысу дәрежесіне, электр өрісінің кернеулігіне және температураға тәуелді.
13.1, а суретте кремний карбидінің түйірінің конгломератынан құралған варистор деп аталатын бейсызықты резистор көрсетілген.
Варистордың электр өткізгіштігі түйіспеленген дәнекердің параллельді тізбектерімен белгіленеді және де түйіспелердің тесілу кернеулері әртүрлі тізбектерде үлкен бытырықта болады (13.1, б сурет).
Солай, U_1-ге ынта салынған кернеуге дейін ток R кедергі арқылы ғана өтеді (5.7, б – сурет), ал содан кейін U_1, U_2, U_3 кернеулер кезде бір –бірінен кейін дәлелдердің басқа параллельді тізбектері қосылады, сонымен вольт-амперлік сипаттамасы сынған сызық болады (5.7, в – сурет). Нақтылы варистарде мұндай тізбектер өте көп болады, сондықтан вольтамперлік сипаттама (5.7, г–сурет) байсалды қисық болады. Бір –бірімен байланыспаған кремний карбидтер дәндерден құралған варистор тұрақсыз болады, соққыдан және селкілдеуден қорқады, сипаттамалерін жеңіл өзгертеді. Сондықтан SiC дәндерін байланыстыру керек. Байланыстыру заттар ретінде сары балшық, сұйық әйнек, лактар және т.б. қолданады. 5.7 – сурет. а – варистордың тілігі (1 – кремнийдің карбидінен жасалған дөңгелек, 2 – электрондар); б – варистордың балама сұлбасы; в – балама сұлбаға сәйкесті вольтамперлі сипаттамасы.
Сурет 13.1 – Кремний карбидінен жасалған варистордың
әрекет ету қағидасын анықтау
Электртехникада кремнийдің карбиді жоғары кернеулі желілері және аппаратураны қорғайтын винтельді разрядсыздандырғыштрдың резисторларын жасауға қолданылады; автоматикада, есептеу техникада, жоғары температуралық техникада және т.б. құрылғыларда қолданатын әртүрлі төмен кернеулі варисторлардың өндірісінде қолданады. Мысал ретінде жоғары кернеулі желілердің винтельді зарядсыздандырғыштардағы және силит оқтамаларда пайдаланатын кремнийлік карбидтерді қарап шығайық.
Вентильді зарядсыздандырғыш деп варистормен бірге бір дүркін немесе дүркін – дүркін ұшқын аралықтары бар зарядсыздандырғышты айтады.
Жоғары кернеулі желіде асқын кернеу болған кезде ұшқынды аралық тесіледі, варистор үлкен кернеудің астында қалады, оның кедергісі кенет азаяды да, желі жермен қосылады. Зарядсыздандырғыш арқылы ұзақтығы бірнеше жүз микросекундаға тең серпінді ток ағады. Сонымен бірге желінің жұмыс кернеуінің әсерімен разрядник арқылы өнеркәсіпті жиілігі бар айнымалы тоқ ағады (ере жүретін тоқ деп аталады).
Сурет 13.2 — Зарядсыздандырғыштың негіздік сұлбасы:
1 — ұшқынды аралық; 2 – варистор (вилит дөңгелек)
Варистордың кедергісі кенет өскеннен бұл тоқ бірінші жартылай периодта нөлден өткенде өшеді де, разряд аралықтар ионизациясыздандырылады. Желінің қорғанысы автоматты орнына қайтады. Силит оқтамалар кремнийдің карбиді, кристаллды кремний және көміртегі негізінде әзірленеді. Силит қыздырғыштар әртүрлі қуаты бар электр пештерде қолданады (пештердің максималды температурасы 1500 °С). Қазіргі уақытта ең көп қолданатын химиялық қосуларға фосфидтер, арсенидтер және антимонидтер жатады.
Галлийдің арсениді – ең келешегі бар жартылай өткізгіш заттың бірі. Оның тыйым салынған зонасының ені германийдің және кремнийдің тыйым салынған зонасының енінен артық және электрондардың жылжымалығы үлкен, ал кемтіктерінің жылжымалығы кремнийдің сондай мәндерімен салыстырмалы.
Акцепторлар ретінде – цинк, кадмий, мыс, ал донор ретінде – күкірт, селен, теллур қолданады. Галлийдің арсенидінен ПӘК 7 %-ға тең фотоэлементтер, рентген сәулеленудің өлшегіштері, жартылай өткізгіш лазерлер және туннельдік диодтар жасалады.
Индийдің актимониді стехиометриялық қатынаста тазалығы жоғары индий мен сурьмалардың ерітілуімен алынады. Материал зоналық тазалаудан өтеді, ал монокристаллдарды онан сорып алу әдісі бойынша алады. Тыйым салынған зонаның ені аз болғандықтан (0,18 эВ), бөлмелік температура кезінде электр өткізгіштігі оның қоспалығының емес, жеке өзінікі болады. Индийдің актимониді жоғары сезгіштік фотоэлементтерді (фотоэффектінің әртүрлі түрлеріне пайдалануға негізделген), Холлдың ЭҚК түрлендіріп бергіштерді және оптикалық сүзгіштерді дайындауға қолданады. Бұдан басқа, оларды жылулық электр генераторлар мен тоңазытқыштар үшін пайдаланады.