Yarim o'tkazgichlarda elektr toki

1. Yarimo'tkazgichlarning metallardan farqi

Yarimo'tkazgichlarda erkin elektronlar konsentratsiyasi o'tkazgichlarnikidan juda kichik, lekin dielektriklarnikidan ancha katta. Asosiy farq — tashqi ta'sirlarga sezgirlikda: qizdirish, yorug'lik yoki aralashma kiritish orqali yarimo'tkazgichning o'tkazuvchanligini keskin o'zgartirish mumkin, metallarniki esa bunday ta'sirlarga deyarli sezgir emas.

Oddiy tajriba: metall va yarimo'tkazgichni milliampermetr orqali batareyaga ulab qizdirsak, metallda tok kamayadi, yarimo'tkazgichda esa ortadi. Eng ko'p qo'llanadigan yarimo'tkazgich — kremniy: u Yer qobig'ining ~27,6 % ini tashkil etadi, zaharli emas va texnologik ishlov berish oson. Kompyuterlar, smartfonlar, lazerlar, diodlar, tranzistorlar va mikrosxemalar — barchasi yarimo'tkazgichlar asosida.

2. Elektron (n) o'tkazuvchanlik

Past temperaturalarda kremniyning kovalent bog'lanishlaridagi elektronlar atomlar qurshovida bo'ladi — erkin elektron deyarli yo'q va kremniy tok o'tkazmaydi. Harorat ko'tarilganda elektronlarning kinetik energiyasi ortadi, ayrim bog'lanishlar uziladi va elektronlar butun kristall bo'ylab harakatlana oladigan erkin elektronlarga aylanadi. Tashqi elektr maydon berilsa, ularning tartibli ko'chishi tok hosil qiladi — bu elektron yoki n tur o'tkazuvchanlik (lot. negativus — manfiy).

3. Kovak (p) o'tkazuvchanlik

Kovalent bog'lanishdan elektron chiqib ketganda bo'sh joy — kovak hosil bo'ladi. Neytral atomdan manfiy elektron chiqib ketgani uchun kovak musbat zaryadga ega bo'lib, zaryadi miqdoran elementar zaryadga teng: q = 1,6·10⁻¹⁹ Kl. Qo'shni bog'lanishdagi elektron kovakni to'ldiradi — kovak «ko'chadi» va maydon ta'sirida tok hosil qiladi. Bu kovakli yoki p tur o'tkazuvchanlik (lot. positivus — musbat).

Sof yarimo'tkazgichda bitta erkin elektron hosil bo'lganda albatta bitta kovak ham hosil bo'ladi — ularning soni teng. Yarimo'tkazgichdan o'tayotgan tok elektron va kovak toklarining yig'indisidan iborat:

4. Donor va akseptor aralashmalar

Donor aralashma. Kremniyga V guruh elementi (P, As, Sb, Bi) kiritilsa, masalan fosfor, uning 4 valent elektroni qo'shni kremniy atomlari bilan bog'lanadi, beshinchisi esa bo'sh qolib erkin elektronga aylanadi. Natijada erkin elektronlar soni kovaklardan keskin ortadi, qarshilik keskin kamayadi — bu n turdagi yarimo'tkazgich: asosiy zaryad tashuvchilar elektronlar.

Akseptor aralashma. III guruh elementi (B, Al, Ga, In) kiritilsa, masalan bor, unda bitta elektron yetishmaydi — u qo'shni kremniy atomidan elektron olib, kremniyda kovak hosil qiladi. Bor atomlari faqat kovaklar sonini oshiradi — bu p turdagi yarimo'tkazgich: asosiy zaryad tashuvchilar kovaklar. Shunday qilib, aralashma turini tanlab, yarimo'tkazgichning o'tkazuvchanligini boshqarish mumkin — butun zamonaviy elektronika shu prinsipga qurilgan.

5. Elektromobillar: tuzilishi va ishlash prinsipi

Elektromobil — ichki yonuv dvigateli o'rniga elektr dvigateli qo'llaniladigan transport vositasi. Energiya litiy-ion (yoki boshqa turdagi) qayta zaryadlanuvchi batareyalarda saqlanadi. Tesla, BYD, Nissan, Hyundai, Volkswagen, BMW va Mercedes-Benz — bu sohada yetakchi kompaniyalar.

Ishlash prinsipi: batareya tarmoqdan zaryadlanadi → harakatda batareya energiyasi inverterga uzatiladi → inverter o'zgarmas tokni (DC) dvigatel uchun kerakli tok turiga aylantiradi → dvigatel elektr energiyasini mexanik energiyaga aylantirib g'ildiraklarni buradi. Regenerativ tormozlashda esa kinetik energiyaning bir qismi yana elektr energiyasiga aylanib, batareyani qayta zaryadlaydi. Ichki yonuv dvigatelida yoqilg'ining katta qismi issiqlik sifatida yo'qolsa, elektr dvigatelida energiyaning asosiy qismi foydali ishga aylanadi. Iste'mol qilingan energiya:

6. Elektromobillarning ekologik ahamiyati

Elektromobillar CO₂, azot oksidlari va mayda chang chiqindilarini hamda shovqin ifloslanishini kamaytiradi. Biroq umumiy ekologik samaradorlik elektr qayerdan olinishiga va batareyalarning qayta ishlanishiga bog'liq: energiya quyosh, shamol yoki GESdan olinsa, foyda yanada ortadi. O'zbekistonda ham elektromobillar soni yildan-yilga oshib bormoqda — zaryadlash stansiyalarini qayta tiklanuvchi manbalar bilan birlashtirish energetika samaradorligini oshirishning muhim yo'nalishidir.