June 26, 2014

අර්ධ සන්නායකය (Semiconductors)

අර්ධ සන්නායකය (Semiconductors)
ඉලෙක්ට්‍රෝනික විද්‍යාවේ තාක්ෂණික අංශයේ මහත් වර්ධනයක් ඇතිවීමට හේතු වු ද්‍රව්‍ය කාණ්ඩයක් ලෙස අර්ධ  සන්නායකය පිළිඉදව විමසා බලමු.විදුලිය ගමන් කරවීමට ඇති හැකියාව අනුව ද්‍රව්‍ය ප්‍රධාන කාණ්ඩ තුනකට වර්ග කළ හැකිය.එනම්,
1.විද්‍යුත් සන්නායක(Electrical Conductors)
2.විද්‍යුත් අර්ධ සන්නායක(Electrical Semiconductors)
3.විද්‍යුත් පරිවාරක(Electrical Insulators)


විදුලිය ගමන් කිරීමෙහි යම් ද්‍රවයක් දක්වන බාධක ගුණය මැනීමට යෙදෙන රාශීය විද්‍යුත් ප්‍රතිරෝධකතාවයයි.විද්‍යුත් ප්‍රතිරෝධකතාවේපරස්පරය විද්‍යුත් සන්නායකතාවයයි.ද්‍රව්‍යයක් තුලින් විදුලිය ගමන් කිරීමට ඇති හැකියාව විද්‍යුත් සන්නායකතාව මගින් මැනිය හැකිය.ද්‍රව්‍ය කිහිපයක ප්‍රතිරෝධකතා හා සන්නායකතා  පහත වගුවේ දැක්වේ.


ද්‍රව්‍ය
ප්‍රතිරෝධකතාව
20o Cදී  - m
සන්නායකතාව
20o Cදී  -(m)-1
                                   සන්නායක
ශුද්ධ ලෝහ
1.6x10-8
1.7x10-8
2.4x10-8
2.7x10-8
5.5x10-8
8x10-8
44x10-8
49x10-8
110x10-8
6.25x107
5.9x107
4.2x10
3.7x107
1.8x107
1.25x10-7
0.23x107
0.20x107
0.09x107
රිදි
තඹ
රන්
ඇලුමිනියම්
ටංස්ටන්
මිශ්‍ර ලෝහ
පිත්තල
මැංගනින්
කොන්ස්ටන්ටන්
නික්‍රෝම්
කාබන් (මිනිරන්)
33-185x10-8
0.3-0.05x107

අර්ධ සන්නායක
ජර්මේනියම්
සිලිකන්
65x10-2
23x102
1.54
4.35x10-4
පරිවාරක
පැරපින් ඉටි
වීදුර
මයිකා
පොලිඑස්ටයිරින්
3x1010
1010-1014
1010-10-15
             1015
3.3x10-15
10-11-10-15
10-11-10-16
           10-16


විද්‍යුත් සන්නායකතාව කෙරහි තාපයේ බලපෑම


උෂ්ණත්වයේ (T) අනුව ද්‍රව්‍ය වල විද්‍යුත් සන්නායකතාව (ρ) විචලනය වන අන්දම පහත රූපයේ ඇති ප්‍රස්තාරවලින් දැක්වේ.
උෂ්ණත්වය වැඩි වීමත් සමග සන්නායක ද්‍රව්‍ය වල විද්‍යුත් සන්නායකතාව අඩු වේ.එනම් ප්‍රතිරෝධකතාව වැඩිවේ. ඒවායේ ප්‍රතිරෝධයේ උෂ්ණත්ව සංගුණකය (Temperature Cofficient of Resistance)ධන අගයක්වේ.උෂ්ණත්වය වැඩි විමේදි අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය වල සන්නායක තාව වැඩිවේ.එනම් ප්‍රතිරෝධතකතාව අඩුවේ.ඒවායේ ප්‍රතිරෝදයේ උෂ්ණත්ව සංගුනකය සෘණ වේ.විද්‍යුත් පරිවාරක වලද උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට විද්‍යුත් සන්නායක තාව ඉතා සුළු වශයෙන් අඩු වේ. එ බැවින් පරිවාරක වල ප්‍රතිරෝධයේ උෂ්ණත්ව සංගුණකය සෘණ වේ. එහෙත් එහි විශාලත්වය සාපේක්ෂ වශයෙන් ඉතා අඩුය.
සන්නායක ,අර්ධ සන්නායක හා පරිවාරක යන වර්ගීකරණය යටතේ කාබන් විශේෂ ස්වාභාවයක් ගනී.කාබන් පරමාණු වලින් සෑදුනු ද්‍රව්‍ය කැබැල්ලක පවතින පරමාණුක ව්‍යුහයේ ආකාරය අනුව එහි බාහිර සුවරූපය තිරණය වේ.
උදා:මිනිරන් සහ දියමන්ති
මෙම ද්‍රව්‍ය දෙකම සෑදී ඇත්තේ කාබන් පරමාණු වලිනි.එහෙත් එම එක් එක් ද්‍රව්‍යයේ පරමාණුක බන්ධන වල ස්භාවයේ ඇති වෙනස නිසා ඒවා එකිනෙකට බෙහෙවින් වෙනස් ගුණ දක්වයි.විද්‍යුත් සන්නායක ගුණ දක්වන අවස්ථා වලදී කාබන් වල සන්නායකතාව විශාල අගය පරාසයක් තුල පැවතිය හැකි බව 1.1 වගුවෙන් පැහැදිලිවේ.එබැවින් කාබන් මුල ද්‍රව්‍යෙයන් සෑදී ඇති ද්‍රව්‍ය සන්නායක ගුණ හෝ අර්ධ සන්නායක ගුණ හෝ පරිවාරක ගුණ හෝ ඉස්මතු වන පරිදි පැවතිය හැකි බව පෙනි යයි.  
 විද්‍යුත් සන්නායක ,අර්ධ සන්නායක හා පරිවාරක ද්‍රව්‍ය තුළ විද්‍යුත් ධාරා ගමනේ යාන්තුණය සැලකීමෙන් ඉහත රූපයේ ප්‍රස්තාර තේරුම් ගත හැකි වේ.
විද්‍යුත් ධාරා ගමනේ යාන්ත්‍රණය
(Mechanism of Fiow of Electric Current)
බොහෝ විට ම විද්‍යුත් සන්නායක ලෙස යෙදෙන්නේ ලෝහ හෝ මිශ්‍ර ලෝහ හෝ වේ.ඒවායේ මූල ද්‍රව්‍ය පරමාණු වල අවසන් ශක්ති මට්ටමේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනික න්‍යෂ්ටිය සමග බැදි ඇත්තේ ඉතාමත් ලිහිල්වය.එබැවින් සාමාන්‍ය පරිසර උෂ්ණත්වයේදි  වුවද ඒවාට පරමාණුක න්‍යෂ්ටියේ බලපෑමෙන් නිදහස් වීමට පුළුවන.එසේ නිදහස් වු ඉලෙක්ට්‍රෝනි නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන (Free Electrons)ලෙස හෝ මුක්ත ඉලෙක්ට්‍රෝන (Emitted Electronic)ලෙස හැදින්වේ. මෙම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ලෝහය තුල අහඹු ලෙස චලනය වෙමින් පවති.
ලෝහමය සන්නායක ද්‍රව්‍ය කැබැල්ලක් හරහර යම් විභව අන්තරයක් යෙදු විට නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන පරමාණු සමග ගැටෙමින් ම යම් දිශාවකට ශුද්ධ වශයෙන් ගමන් කිරීමට පෙළඹේ. මෙම සිදුවීම් හැදින්වන්නේ  ඉලෙක්ට්‍රෝනික ප්ලවනය වීම (Drift of Electrons)යනුවෙනි. ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලවනය වන්නේ වද්‍යුත් සෘණ විභවය ඇති දෙස සිට ව්ද්‍යුත් ධන විභවය ඇති දෙසටය.ධන විභිවය සහිත අග්‍රෙය් සිට සෘණ විභවය සහිත අග්‍රය වෙත විද්‍යුත්ධාරාවක ගලා යෑමක් ලෙස මෙය සැලකිය හැකිය. රූපය බලන්න.
ලෝහ කැබැල්ලේ සිට ධන අග්‍රය වෙතට ඉවත්ව යන ඉලෙක්ට්‍රෝන වෙනුවට සෘණ අග්‍රෙයන් ලෝහය වෙතට ඉලෙක්ට්‍රෝනසැපයෙන බැවින් ලෝහය තුල ඇති නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාව නියතව පවතින බවද සැලකිය යුතුය.මෙලෙස ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්වලනය වීම සිදු වන්නේ පරමාණු සමග ගැටිම්වලට යටත්වය.ලෝහයේ උෂ්ණත්වය වැඩ් වුවහොත් පරමාණු වල කම්පන විස්තාරය වැඩි වේ.එවිට පරමාණු සහ නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනප්වලනය අපහසු වේ.එනම් ව්ද්‍යුත් ධාරා ගමනය අපහසු වේ. එනම් විද්‍යුත් ප්‍රතිරෝධකතාව  වැඩිවේ.වද්‍යුත් සන්නායකතාක අඩු වේ.(1.1 රූපය (a)
පරිසර උෂ්ණත්වයේදි විද්‍යුත් පරිවාරක ද්‍රව්‍ය වල නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනනොමැති තරම්ය.එබැවින් ඒවායේ වද්‍යුත් සන්නායකතාව ද නොලිණිය හැකි තරම්ය.එහෙත් ඉහළ උෂ්ණත්ව වලදී පරමාණුත බන්ධන වලින් ඉලෙක්ට්‍රෝනික මුක්ත වේ. එසේ වුවද එය සිදු වන්නේ සුළු ප්‍රමාණයෙනි. එබැවින් උෂ්ණත්වය වැඩි වීමේදි පරිවාරක ද්‍රව්‍ය වල වද්‍යුත් සන්නායකතාවේ සුළු වැඩි වීමක් සිදු වේ.(1.1රූපය-c)
සාමාන්‍ය කාමර උෂ්ණතුවයේදි අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යක නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සුළු ප්‍රමාණයක් පවති.එබැවින් එය සුළු වශයෙන් විදුලිය සන්නයනය කරයිත එහි උෂ්ණත්වය වැඩි කළ විට පරමාණුක බන්ධන වල ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන සැලකිය යුතු ප්‍රමාණයක් නිදහස් තත්වයට පත්වේ.එම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන විදුලි සන්නායනය සදහා ද අධාර වේ.එපමණක් නොව අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යයක් ස්ඵටික දැලිසෙහි කුහරයක් හෙවත් සිදුරක් බැගින් ඇති කරයි.මෙම කුහරද ධන ආරෝපණ වැහක ලෙස ක්‍රියාකරමින් විදුලිය සන්නයනයට ආධාර වේ. එබැවින් උෂ්ණත්වය වැඩි වු විට අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය විද්‍යුත් සන්නායකතාව සැලකිය යුතු තරමකින් වැඩි වේ.

නිසග අර්ධ සන්නායක(Intrinsic Semiconductors)
අප ද්‍රව්‍ය මිශ්‍ර විමකින් තොරව ශ්‍රද්ධ තත්වයේ පවතින අර්ධ සන්නායක නිසග අර්ධ සන්නායක නම් වේ.
උදා:සංශුද්ධ සිලිකන්,සංශුද්ධ ජර්මේනියම්
නිසග අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යක ඇති පරමාණු එකිනෙක සමග සහ සංයුජ බන්ධන සාදා ගනිමින් දැලිසක් (lattice)ආකාරයේ පවති.

 
සංශුද්ධ සිලිකන් කැබැල්ලක ස්ඵටික දැලිසේ ද්විමාන ආකාරය රූපයේ දැක්වේ.

සාමාන්‍ය පරිසර උෂ්ණත්වයේපවතින විට තාපයේ බලපෑම නිසා ස්ඵටික දැලිසෙන් මුක්ත වී නිදහස් තත්වයට පත් වු ඉලෙක්ට්‍රෝනසුළු ප්‍රමාණයක් එහි පවති.ස්ඵටික දැලිසෙන් මුක්ත වු සෑම ඉලෙක්ට්‍රෝනයකින්ම ස්ඵටික දැලිසෙහි ඉලෙක්ට්‍රෝනයක අඩු පාඩු ස්ථානයක් බැගින් ඇති කරයි.එසේ ඉලෙක්ට්‍රෝනයක අඩු පාඩුවක් සහිත වු ස්ථානයක් කුහරයක් හෝ සිදුරක් ලෙස නම් කෙරේ.නිසග අර්ධ සන්නායකයක් තුල නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනහා කුහර යුගල වශයෙන් ඇති වන බව මේ අනුව තේරුම් ගත යුතු වේ කුහර බෝහෝ දුරට ධන ආරෝපණ වාහක ලෙස ක්‍රියා කරයි.

 

නිසග අර්ධ සන්නායකයක් තුල ඇති කුහරයක් සලකන්න.එය ස්වටික දැලිසේ ආසන්න ස්ථානයක් ඇති බන්ධනයකින් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් තමා වෙත ලබා ගැනීමේ උත්සහයක යෙදේ.සමහර විට මෙම උත්සාහය සඵල වී එම කුහරය ඉලෙක්ට්‍රෝනයකින් පිරෙන අතර එම ඉලෙක්ට්‍රෝනය ඉවත් වු ස්ථානයේ අළුත් කුහරයක් ඇතිවේ.කුහරයක් එක් ස්ථානයක සිට තවත් ස්ථානයකට පැනිමක් ලෙස මෙම සිදුවීම හැදින්විය හැක.මේ අන්දමට නිසග අර්ධ සන්නායකයක් තුල ඇති කුහර ස්ඵටික දැලිසතුල අහඹු ලෙස ඔබ මොබ චලනය වෙමින් පවති.මීට අමතරව අර්ධ සන්නායකය තුලඇති නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ද අහඹු ලෙස චලනය වෙමින් පවති.සමහර විට නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් මගින් ද කුහරයක් පිරවීමට හැකිය.එහෙත් ඒ වෙනුවට වෙනත් බන්ධනයකින් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් මුක්ත වී අළුත් කුහරයක් හා නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක්ඇති වේ.කෙසේ වුවද යම් උෂ්ණත්වයකදී අර්ධ සන්නායක කැබැල්ලක් සැලකු විට එය තුල පවතින කුහර හා නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාව නියත අගයක් වේ.තවද කුහර සංඛ්‍යාව නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනසංඛ්‍යාව එකිනෙකට සමාන වේ.අර්ධ සන්නායකයේ උෂ්ණත්වය වැඩි කළ හොත් තාපයේ බලපෑමෙන් සිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සිදුරු යුගල තව දුරටත් ඇති වීමට පටන් ගැනීම නිසා ඒවා සංඛ්‍යා‍ වෙන්  වැඩි වේ.
නිසග අර්ධ සන්නායක  කැබැල්ලක් හරහා විද්‍යුත් විභව අන්තරයක් යෙදු විට වුද්‍යුත් ධාරා ගමන සිදුවන අන්දම රූපය ඇසුරෙන් වටහා ගනිමු.


 

 විද්‍යුත් ක්ෂෙත්‍රයේ බලපෑම යටතේ A වැනි ස්ථායක ඇති කුහරයට යාබදව Bවැනි ස්ථානයක ඇති බන්ධනයක වු ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් එම බන්ධනයෙන් මිදි A වෙත යා හැකිය.එවිට Aහි ඇති කුහරය පිරෙන අතර B හි අළුත් කුහරයක් හට ගනී. A හි තිබු කුහරය B වෙත ගමන් කිරීමක් ලෙස මෙම මෙම සිදු වීම සැලකිය හැකිය. එනම් ධන අග්‍රය දෙස සිට සෘණ අග්‍රය දෙසට (හෙවත් ව්ද්‍යුත් ක්ෂෙත්‍රය පවතින දිශාවට)කුහරය ගමන් කිරීමට පෙළඹී ඇත.
                     විද්‍යුත් ක්ෂෙත්‍රයේබලපෑම යටතේ කුහරයක් ධන අග්‍රෙය් සිට සෘණ අග්‍රය වෙත ගමන් ගන්නා ආකාරය 1.4 රූපයේ දැක්වා ඇත. එහි 1 ස්ථානයේ ඇති බන්ධන ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ධන අග්‍රය මගින් ආකර්ශණය කර ගැනීමෙන් 1 හි කුහරයක් ඇති වේ.එවිට 2 හි  ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් 1 වෙත පැමිනිමෙන් කුහරය 2 වෙත පැමිණේ. ඉන්පසු 3හි ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් 2 වෙත පැමිණ තුහරය 3 වෙතට යයි. මෙලෙස කුහරය පිළිවෙලින් 4,5,6,හා7යන ස්ථාන වලට පැමිණේ.7 හි ඇති කුහරය සෘණ අග්‍රය වෙතින් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ලබා ගනිමින් පිරැවේ.කුහරයක් (ධන ආරෝපණ වාහකයක් ) සෘ/ණ අග්‍රය වෙත ළගාවීම ලෙස එම සිදුවීම හැදින්විය හැකිය.
                                                      විද්‍යුත් ධාරා ගමන ඇති වීමේදි කුහරය ධන අග්‍රයේ සිට සෘණ අග්‍රය වෙත පැමිණෙන තෙක් සිදු වන කාල පමාව බල නොපාන බව මෙහිදි සැලකිය යුතුය. ධන අග්‍රය වෙත ස්ඵටික දැලිසෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන යම් සංඛ්‍යාවක් ලබා ගැනීම සිදු වන මොහොතේදි ම සෘණ අග්‍රය අසල ඇති කුහර සෘණ අග්‍රය වෙතින් ඉලෙක්ට්‍රෝන සමාන සංඛ්‍යාවක් ලබා ගනී.ඒඅතරම  A වැනි ස්ථානවල ඇති කුහර Bවැනි ස්ථාන වලටද යෑමද ස්ඵටික දෑලිස  අභ්‍යන්තරයේ සිදුවේ.මෙලෙස විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම යටතේ ආරෝපණ වාහක තිබෙන ස්ථානයෙන් වෙනත් ස්ථානයකට පැනීමත් සමගම ධාරාව හට ගනී.එනම් ධාරා ගමන ක්ෂණිකව සිදු වී ඇත.එහෙක් ධන අග්‍රෙය් බලපෑමෙන් ඇති වු කුහරයක් සැබැවින්ම සෘණ අගව ටවත ළගාවීමට යම් කාළයක් ගත වේ.මෙම කාළය තීරණය කෙරෙන එක් සාධකයක් වන්නේ කුහරවල සචලතාව(Mobility)ය.
කුහරවලට සමාන සංඛ්‍යාවක් සිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ද නිසග අර්ධ සන්නායකය තුල පවති.එම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනද ව්ද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම යටතේ සෘණ අග්‍රයේ සිට  ධන අග්‍රය වෙත(එනම් ව්ද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවට ප්‍රතිවිරුද්ධව)ප්ලවනය වේ.මෙය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවට ධන ආරෝපණගලා යෑමක් ලෙස සැලකිය හැකිය. එනම් එම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්වලනය මගින්ද විද්‍යුත් ධාරාවක් ඇති කරනු ලබයි.අර්ධ සන්නායකය තුලින් ගලා යන මුළු විද්‍යුත් ධාරාව වන්නේ මෙම ධාරා දෙකේ සංඛ්‍යාත්මක අගයන්ගේ එකතුවයි.එබැවින් නිසග අරුධ සන්නායකයක් තුල ධාරා ගමනය සදහා නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනහා කුහරය යන වාහක දෙවර්ගයම සහභාගී වේ.

බාහ්‍ය අර්ධ සන්නායක(Extrinsic Semiconductors)
 නිසග අර්ධ සන්නායක කැබැල්ලකට වෙනත් සුදුසු දුව්‍යයකින් සුළු ප්‍රමාණයක් එකතු කිරීම මගින් එම අර්ධ සන්නායක කැබැල්ලේ සන්නායකතාව වැඩි කර ගත හැකිය.එසේ ද්‍රව්‍ය එකතු කිරීම පාලනය කළ තත්වයවක් යටතේ සිදු කිරීමෙන් අර්ධ සන්නායකයේ සන්නායකතාව ද පාලනයකින් යුතුව වැඩි කර ගත හැකිය.මෙලෙස එකතු කරන ආගන්තුක ද්‍රව්‍යය අශුද්ධ ද්‍රව්‍යය (Impurity)ලෙස හැදින්වේ.අර්ධ සන්නායකයකට පාලනය කළ තත්වයක් යටතේ අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය එකතු කිරීමේ ක්‍රියාවලිය හැදින්වන්නේ මාත්‍රණය (Doping)යනුවෙනි.මාත්‍රණය කිරීම මගින් විද්‍යුත් සන්නායකතාව වැඩි කරන ලද අර්ධ සන්නායකතාව වැඩි කරන ලද අර්ධ සන්නායක බාහ්‍ය අර්ධ සන්නායක ලෙස නම් කෙරේ.
                     අර්ධ සන්නායකමූල ද්‍රව්‍ය සාමාන්‍යයෙන් ආවර්තිතා වගුවේ iv වැනි කාණ්ඩයේ පවති.අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය ලෙස යොදා ගනු ලබන්නේ ආවර්තිතා වගුවේ iii වැනි කාණ්ඩයේ හෝ  vවැනි කාණ්ඩයේ හෝ පවතින මුල ද්‍රව්‍යයි. නිසග අර්ධ සන්නායකයක් iii කාණ්ඩයේ අශුද්ධ ද්‍රව්‍යකින් මාත්‍රණය කිරීමෙන් p වර්ගයේ බාහ්‍ය අර්ධ සන්නායකයක්ද v කාණඩයේ අශුද්ධ ද්‍රව්‍යයකින් මාත්‍රණය කිරීමෙන් n වර්ගයේ බාහ්‍ය සන්නායකයක්ද නිපදවා ගත හැකිය.
P වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක (P Type Semiconductors)

 
 අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යයක් (උදා:සිලිකන්-Si)ආවර්තිතා වගුවේ iii වැනි කාණ්ඩයට අයත් මුල ද්‍රව්‍යක(උදා: බෝරෝන්- B)පරමාණු වල්න මාත්‍රණය කළ විට එහ් ස්ඵටික දැලිසේ ආකාරය ඉහත රූපයේ දැක්වේ.
 පරමාණුවට,යාබද සිලිකන් පරමාණු සමග සහ- සංයුජ බන්ධන සාදා ගැනීමට බාහිර ශක්ති මට්ටමේ ඇත්තේ ඉලෙක්ට්‍රෝන තුනක් පමණි.එහෙත් ස්ඵටික දැලිස සම්පූර්ණ වීම පිණිස එක් එක් පරමාණුවක් සදහා සහ සංයුජ බන්ධන හතරක් බැගින් තිබිය යුතු වේ.මේ නිසා ස්ඵට්ක දැලිසේ බෝරෝන් පරමාණුවේ එක් බන්ධනයක් සදහා ඉලෙක්ට්‍රෝනයක හිගතාවක් ඇතිවේ.මෙය ස්ඵටික දැලිසෙහි කුහරයක් හට ගැනීමට සමානය.එබැවින් මාන්ත්‍රණයේදී සෑම බෝරෝන් පරමාණුවක්  සදහාම එක් කුහරයක් බැගින් ජනනය වේ. මෙවැනි බෝරෝන් පරමාණුවක්  කුහරය පුරවා ගැනීම සදහා උත්සහයක     යෙදෙන බැවින් එය ඉලෙක්ට්‍රෝනලබා ගැනීම කෙරෙහි නැමියාවක් දක්වයි.එබැවින් ආවර්තිතා වගුවේ iii කාණ්ඩයට අයත් මෙවනි අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය වල පරමාණු ප්‍රතිගාහක  පරමාණු (Accept Atoms)යනුවෙන් හැදින්වේ.
                 මෙසේ මාත්‍රණය කළ සිලිකන් ස්ඵටිකයේ ඇති සිදුරක් යාබද බන්ධනයක ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ලබා ගෙන තම කුහරය පුරවා ගැනීමට පෙළබෙන අතර ඉලෙක්ට්‍රෝනයක සැපයු බන්ධනයේ කුහරයක් ඇතිවේ. එම කුහරයද තවත් යාබද බන්ධනයකින් ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගෙන තම කුහරය පුරවා ගනිමින් වෙනත් ස්ථානයක කුහරයක් ඇති කරයි.මෙලෙස දිගටම සිදුවන බැවින් මෙම කුහරය සිලිකන් ස්ඵටික දැලිස තුළ අහඹු ලෙස චලනය වන්නේ යැයි සැලකිය හැකිය.
                         මෙවැනි බාහ්‍ය අර්ධ සන්නායකයක් හරහා ව්ද්‍යුත් විභව අන්තරයක් යෙදු විට ඇති වන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑමට හසුවීම නිසා කුහරවල  අහඹු චලනය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවට සිදුවන ප්ලවනයක් බවට පත්වේ.එබැවින් විද්‍යුත් ධාරාවක් ඇතිවීම සදහා මෙම සිදුරැ දායක වේ.මීට අමතරව තාපයේ බලපෑමෙන් ඇති වු නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සිදුරු යුගලද (නිසග අර්ධ සන්නායක මෙන් )මෙහි පවතී.මේවාද විද්‍යුත් ධාරා ගමනය සදහා සුළු වශයෙන් ආධාර වේ.මෙහිදි ධාරා ගමනය සදහා වැඩිපුරම දායක වන්නේ වැඩිපුරම ඇති කුහරයි.කුහරයක් ධන ආරෝපණයක ගුණ පෙන්වයි.එබැවින් මේ අන්දමට මාත්‍රණය කළ අර්ධ සන්නායකයක් P වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක් ලෙස නම් කෙරේ.
P  වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක් තුල බහුලව ඇති ආරෝපණ වාහකය කුහර වන අතර සුළු වශයෙන් ඇති ආරෝපණ වාහකය නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන වේ.එබැවින් P වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක  ඇති කුහර බහුතර වාහක (Majority Carriers)ලෙසද නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන අල්පතර වාහක (Minority Carriers)ලෙසද නම් කෙරේ.
N  වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක (N- Type Semiconductors)

 
අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යයක් (උදා:සිලිකන්)ආවර්තිතා වගුවේ v වැනි කාණ්ඩයට අයත් මූල ද්‍රව්‍යක (උදා:ආසනික් - As)පරමාණු වලින් මාත්‍රණය කළ යිව එහි ස්ඵටික දැලිසේ ආකාරය රූපයේ දැක්වේ.
 ආසනික් පරමාණුවේ අවසන් ශක්ති මට්ටමේ ඉලෙක්ට්‍රෝන පහකි.ඉන් හතරක් යාබද සිලිකන් පරමාණු සමග සහ -සංයුජ බන්ධන සාදා ගැනීමට යෙදවේ.එම බන්ධන සාදා ගැනීමත් සමග ආසනික් පරමාණුවේ අවසන් ශක්ති මට්ටම ස්ථායි තත්වයකට පත්වන අතර එහි එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් අමතරව පවති.එය ඉතා පහසුවෙන් ආසනික්පරමාණුවෙන් මුක්ත වී නිදහස් තත්වයට පත්වේ.මෙලෙසින් මාත්‍රණය සදහා යොදා ගත් සෑම ආසනික් පරමාණුවෙන් මුක්ත වී නිදහස් තත්වයට පත්වේ.මෙලෙසින් මාත්‍රණය සදහා යොදා ගත් සෑම ආසනික් පරමාණුවකින්ම එකක් බැගින් නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇතිවේ.මෙම ක්‍රියාවලියේදි අසනික් පරමාණු ඉලෙක්ට්‍රෝනඉවත් කිරීමට පෙලැඹේ. එබැවින් මෙහි අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය වල පරමාණුක දායක පරමාණු (Donor Atoms)ලෙස හැදින්වේ.
                                   මෙලෙස මාත්‍රණය කළ සිලිකන් ස්ඵටික ඇති වන නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන අහඹු ලෙස ස්ඵටිකයෙහි චලනය වෙමින් පවති.ස්ඵටිකය හරහා විද්‍යුත් විභව අන්තරයක් යෙදු විට මෙම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට වන ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලවනයක් බවට පත්වේ.මෙහි ප්‍රතිඵලය වන්නේ ස්ඵටිකය තුළින් විද්‍යුත් ධාරාවක් ගමන් කිරීමයි.මීට අමතරව තාපයේ බලපෑමෙන් ඇති වු නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සිදුරු යුගල (Electron Hole Pairs)ද මෙහි පවතී. මේවාද ව්ද්‍යුත් ධාරා ගමනය සදහා සුළු වශයෙන් ආධාර වේ. මෙහිදී ධාරා ගමනය සදහා වැඩිපුර දායක වන්නේ වාඩිපුර ප්‍රමාණයක් ඇති නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනයයි.එබැවින් මේ අන්දමට මාත්‍රණය කළ අර්ධ සන්නායකයක් N වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක් ලෙස නමි කෙරේ.
           N වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක් තුළ බහුලව ඇති ආරෝපණ වාහකය නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන වන අතර සුළු වශයෙන් ඇති ආරෝපණ වාහකය කුහර වේ.එබැවින් N වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක ඇති බහුතර වාහක නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන  වන අතර සුළු වශයෙන් ඇති ආරෝපණ වාහකය කුහර වේ. එ බැවින් N වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක ඇති බහුතර වාහක නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනද  අල්පතර වාහක කුහරද වේ.

අර්ධ සන්නායකය භාවිතා කර සාදන ලද උපකරණ
Two-terminal devices:
Three-terminal devices:
Four-terminal devices:
Multi-terminal devices:

1 comments:

Post a Comment