සන්නායක හා අර්ධසන්නායක (2කොටස)

කොහොමද යාළුවනේ!

කලින් පාඩමෙන් මම කතා කලේ 'සන්නායක හා අර්ධසන්නායක' ගැනනේ. ඒකෙදි, මම 'නිසඟ අර්ධසන්නායක'  කියන කොටසෙන් පාඩම නැවැත්තුවා කියලා ඕගොල්ලන්ට මතක ඇතිනේ. ඉතින් ඒ ලිපිය බැලුවෙ නැත්නම්  මෙතනින්  ගිහින් ඒක බලන්නකෝ.

හරි එහෙනම් අද පාඩමෙන් මම කතා කරන්න යන්නේ ඒ ලිපියේ දෙවෙනි කොටස ගැනයි. එනම් අර්ධසන්නායකවල විද්යුත් සන්නායකතාව වැඩි කරන ආකාරය ගැන, හා P හා N යන අර්ධසන්නායක දෙවර්ගය පිලිබදවයි. දැන් අපි මේ මාතෘකා ගැන විමසා බලමු.

අර්ධසන්නායක වල විද්යුත් සන්නායකතාව වැඩි කරන අයුරු

අර්ධසන්නායක මූලද්‍රව්‍ය සාමාන්‍ය පරිසර උෂ්ණත්වයේ පවතිද්දි, ඒවා තුල ස්වල්ප ලෙස නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන පවති. එනිසා මේවා තුලින් ඉතාමත් සුළු ප්‍රමාණයේ විදුලි ප්‍රමාණයක් යැවිය හැකිවේ. නමුත් එය අපට ප්‍රමාණවත් නොවන නිසා, අපට සිදුවෙනවා අර්ධසන්නායක තුල නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇතිකිරීමට. එවිට පහසුවෙන් අර්ධසන්නායක හරහා විදුලිය ගමන් කිරීම සිදුවේ. අර්ධසන්නායක වල විදුලිය ගමන් කලහැකි ලෙස නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝණ ඇතිකල හැකි ප්‍රධාන ආකාර දෙකක් පවතිනවා එනම්,

1. රත් කිරීම හා
2. මාත්‍රණය කිරීම යන දෙආකාරය වේ

1) රත් කිරීමේ ක්‍රමය

මෙහිදි සිදුවන්නේ සිලිකන් හා ජර්මේනියම් වැනි අර්ධසන්නායක දෙයක් තරමක් ඉහල උෂ්ණත්වයකට රත් කිරීමයි. එලෙසින් අර්ධසන්නායකවල උෂ්ණත්වය ටිකෙන් ටික වැඩි කරන විට, මේවායේ තදින් බැදී තිබු ඉලෙක්ට්‍රෝනවල බන්ධන බුරුල් වී යම් ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රමාණයක් නිදහස් තත්වයට පත්වීම සිදුවේ. මෙලෙස නිදහස් වන සෑම ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් නිසාම, එම අර්ධසන්නායකයේ පරමාණුක දැලිස තුල  ඒ ඉලෙක්ට්‍රෝනය තිබු ස්ථනයේ 'කුහරයක්' බැගින්ද ඇතිවේ. මේ විදියට රත් කරන විට ඇතිවු නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන හා කුහර සහිත සිලිකන් දැලිසක රූපයක් පහතින් දැක්වේ.

මේ විදියට අර්ධසන්නායකයක් දිගින් දිගටම රත් කිරීම තුලින්, අර්ධසන්නායක දැලිස තුල කුහර හා නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන විශාල ප්‍රමාණයක් ඇතිවේ. එවිට මේ තුලින් පහසුවෙන් විදුලිය සන්නයනය වීම සිදුවේ. මේ තාක්ෂණය පදනම් කරගෙන තමා 'වෑල්ව්' (Electronic Vacuum Tube) නම් පැරණි විද්යුත් උපාංගය නිපදවා තිබෙන්නේ. නමුත් මෙම උපාංගය ක්‍රියාත්මක වීමට අධික විදුලි ප්‍රමාණයක් වැය වීම හා මෙයින් අධික තාපයක් පිටකිරීම වැනි විවිධ ගැටලු නිසා කාලයත් සමග මේවා භාවිතයෙන් ඉවත් විය.

2)මාත්‍රණය කිරීමේ ක්‍රමය

ඉහතදී දැක්වු ආකාරයට අර්ධසන්නායකවල උෂ්ණත්වය වැඩි කිරීම තුලින් එහි විද්යුත් සන්නායකතාව වැඩිකල හැකි වුවද, එය ප්‍රායෝගික භාවිතයේදි එතරම් වාසිදායක නොවේ. මේනිසා තමා 'මාත්‍රණය' කිරීම යන විකල්ප ක්‍රමය භාවිතා කරනු ලබන්නේ. වර්තමාණයේ දක්නට ඇති සෑම විද්යුත් උපාංගයක්ම පාහේ නිපදවා ඇත්තේ මෙම 'මාත්‍රණය' කිරීම යන ක්‍රියාවලිය තුලින්ය.

"මාත්‍රණය කිරීම කියන්නේ අර්ධසන්නායකයක් තුලට වෙනත් මූලද්‍රව්‍යයක් එකතු කිරීම තුලින් එහි විද්යුත් සන්නායකතාව වැඩි කිරීමටයි." ඒකත් හරියට කෑම කන්නේ නැති කෙනෙක්ට (කෑම අරුචියට) බෙහෙත් පොවලා හරි කෑම කවනවා වගේ වැඩක්. මේවිදියට සිලිකන් හා ජර්මේනියම් වැනි අර්ධසන්නායක මූල්ද්‍රව්‍යය 'මාත්‍රණය' කිරීම සදහා බහුලව යොදාගනු ලබන මූලද්‍රව්‍ය වන්නේ,

• පොස්පරස් (P)
• ඇන්ටිමනි (Sb)
• බෝරෝන් (B)
• ඇලුමිනියම් (Al)

වැනි මූලද්‍රව්‍යයි. මේවා සුළු වශයෙන් අර්ධසන්නායක සමග මිශ්‍රකිරීම තුලින්, ඒවායේ විද්යුත් සන්නායකතාව වැඩිකරගත හැකිය. මෙලෙස මාත්‍රණය කිරීමේ ආකාරය අනුව අර්ධසන්නායක දෙවර්ගයක් බිහිවෙනවා. ඒවා නම්,

• 'N'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක
• 'P'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක

යන අර්ධසන්නායක දෙවර්ගය වේ.

'N'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක(Negative)

ආවර්තිතා වගුවේ 5වන කාණ්ඩයේ තිබෙන 'පොස්පරස්, ඇන්ටිමනි' වැනි මූලද්‍රව්‍ය ස්වල්ප ප්‍රමාණයක් සිලිකන්, ජර්මේනියම් වැනි අර්ධසන්නායකවලට එක්කර මාත්‍රණය කිරීම තුලින්, 'N'වර්ගයේ හෙවත් ඍණ වර්ගයේ අර්ධසන්නායක නිපදවනු ලැබේ.

පහතින් දැක්වෙන්නේ ඒ ආකාරයට සිලිකන් පරමාණු 4කට 'ඇන්ටිමනි (Sb)' පරමාණුවක් මාත්‍රණය කර සැකසු 'N'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක දැලිසක රූපයකි.

මෙහි දැක්වෙන පරිදි, අවසාන ශක්ති මට්ටම තුල ඉලෙක්ට්‍රෝන 4ක් පමනක් පවතින සිලිකන් පරමාණු තුලට, අවසාන ශක්ති මට්ටමේ ඉලෙක්ට්‍රෝණ 5ක් සහිත 'ඇන්ටිමනි' පරමාණූවක් එක්කල විට, මෙම මූලද්‍රව්‍ය දෙකෙහි අවසාන ශක්ති මට්ටමේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝණ එකිනෙකා අතර හුවමාරු කරගෙන ඉලෙක්ට්‍රෝණ 9කින් යුත් ශක්ති මට්ටමක් 'ඇන්ටිමනි' පරමාණූව වටා ඇතිවේ. නමුත් එක් ශක්ති මට්ටමක් තුල තබා ගත හැක්කේ ඉලෙක්ට්‍රෝණ 8ක් පමනක් වන නිසා, එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් සියලු බන්ධන වලින් නිදහස් වී පැත්තකට වී සිටියි. මේ ආකාරයට  නිදහස්  ඉලෙක්ටෝන ඇතිවන පරිදි මාත්‍රණය කරන ලද අර්ධසන්නායක 'N'වර්ගයේ නැතිනම් ඍණ වර්ගයේ අර්ධසන්නායක ලෙස හදුන්වයි.

('N'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක තුල නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන විශාල ප්‍රමාණයක් දක්නට ලැබේ.)

'P'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක(Positive)

ආවර්තිතා වගුවේ 3වන කාණ්ඩයේ තිබෙන 'ඇලුමිනියම්, බෝරෝන්' වැනි මූලද්‍රව්‍ය ස්වල්පයක් අර්ධසන්නායක වලට එක්කර මාත්‍රණය කිරීම තුලින්, 'P'වර්ගයේ හෙවත් ධන වර්ගයේ අර්ධසන්නායක නිපදවනු ලැබේ.

පහතින් දැක්වෙන්නෙ ඒ ආකාරයට සිලිකන් පරමාණු 4කට 'බෝරෝන් (B)' පරමාණුවක් මාත්‍රණය කර සැකසු 'P'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක දැලිසක රූපයකි.

මෙහි දැක්වෙන පරිදි අවසාන ශක්ති මට්ටමේ ඉලෙක්ට්‍රෝණ 4ක් පවතින සිලිකන් පරමාණූ තුලට, අවසාන ශක්ති මට්ටමේ ඉලෙක්ට්‍රෝන 3ක් සහිත 'බෝරෝන්' පරමාණූවක් එක්කල විට, මෙම මූලද්‍රව්‍ය දෙකෙහි අවසාන ශක්ති මට්ටමේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන එකිනෙකා අතර හුවමාරු කරගෙන ඉලෙක්ට්‍රෝන 7කින් සමන්විත ශක්ති මට්ටමක් 'බෝරෝන්' පරමාණුව වටා ඇතිවේ. නමුත් මෙහි බන්ධන සම්පූර්ණ කිරීමට ඉලෙක්ට්‍රෝන 8ක් නොමැති නිසා, එක් තැනක හිඩැසක් ඇතිවේ. එය 'කුහර' නමින් හදුන්වනු ලබයි. මේ ආකාරයට කුහර ඇතිවන පරිදි මාත්‍රණය කරන ලද අර්ධසන්නායක 'P'වර්ගයේ නැතිනම් ධන වර්ගයේ අර්ධසන්නායක ලෙස හදුන්වයි.

('P'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක තුල කුහර විශාල ප්‍රමාණයක් දක්නට ලැබේ.)

• ඉතින් මේ 'P'වර්ගයේ අර්ධසන්නායකයකුත්, 'N'වර්ගයේ අර්ධසන්නායකයකුත් එකිනෙකට සම්බන්ධ කිරීමෙන් අපි P-N සන්ධියක් සකසා ගන්නවා. ඉතින් මේ 'P-N සන්ධිය' ගැන වැඩිදුර තොරතුරු මම ඊලග ලිපියෙන් ඕගොල්ලන්ට කියන්නම්කෝ.

හරි එහෙනම් අද පාඩම අවසන් කරන්නයි යන්නේ අද මම කතා කලේ,

1. අර්ධසන්නායක වල වල විද්යුත් සන්නායකතාව වැඩි කරන ආකාර
2. 'N'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක
3. 'P'වර්ගයේ අර්ධසන්නායක

යන කරුනු පිලිබදවයි. මේ ගැන ඔබේ අදහස්, යෝජනා, චෝදනා Comment එකක් තුලින් ඉදිරිපත් කර මාව දිරිමත් කරන්න

             මෙම ලිපියේ අවසාන කොටස සමගින් 
                         නැවත හමුවෙමු.

- Buddhika Isuru-

Share on Google Plus

About REX