ஒளி எலக்ட்ரானியல் கருவிகள்

ஒளி எலக்ட்ரானியல் கருவிகள்

ஒளி எலக்ட்ரானியல் கருவிகள் குறைகடத்திகள் மூலம் மின்னாற்றலை ஒளியாகவும், ஒளியைப் மின்னாற்றலாகவும் மாற்றும் சாதனங்களில் பயன்படுகின்றன. இச்சாதனங்கள் ஒளியை பயனுள்ள வழியில் உபயோகப்படுத்தும் எலக்ட்ரானியல் கருவிகளாகும். இப்பகுதியில் நாம் சில முக்கிய ஒளி எலக்ட்ரானியல் கருவிகளான ஒளி உமிழ் டையோடு, ஒளி டையோடு மற்றும் சூரிய மின்கலங்களைப் பற்றி விவாதிப்போம்.

1 ஒளி உமிழ்வு டையோடு (LED)

LED என்பது முன்னோக்குச் சார்பில் அமைக்கப்பட்டுக் கட்புலனாகும் மற்றும் கட்புலனாகாத ஒளியை உமிழும் p-n சந்தி டையோடு ஆகும். இந்நிகழ்வில் மின்னாற்றலானது ஒளி ஆற்றலாக மாறுவதால், இது மின் ஒளிர்வு எனவும் அழைக்கப்படும். LED இன் மின்சுற்றுக் குறியீடு படம் 9.22 (அ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

வணிக அடிப்படையில் பயன்படுத்தப்படும் LED இன் குறுக்கு வெட்டு படம் 9.22 (ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இதில் p-பகுதி , n-பகுதி மற்றும் அடிப்பரப்பு ஆகியவை உள்ளன. குறிப்பிட்ட ஒரு திசையில் ஒளியைச் செலுத்துவதற்கு ஒளி ஊடுருவும் சன்னல் ஒன்று உள்ளது. LED வழியாக பாயும் முன்னோக்கு மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்த சார்புபடுத்தும் மூலத்துடன் தொடரிணைப்பில் ஒரு புற மின்தடை இணைக்கப்பட்டுள்ளது. மேலும், இதில் ஆனோடு மற்றும் கேதோடு எனும் இரு முனைகள் உள்ளன.

படம் 9.22 (அ) ஒளி உமிழ் டையோடின் மின் சுற்று குறியீடு (ஆ) ஒளி உமிழ் டையோடின் உட்பகுதி தோற்றம் (இ) மறு இணைப்பு செயல்பாட்டினை விளக்கும் குறியீட்டு படம்

p-n சந்தியானது முன்னோக்குச் சார்பில் அமைக்கப்பட்டால், n-பகுதியில் உள்ள கடத்து பட்டை எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் p- பகுதியில் உள்ள இணைதிறன் பட்டை துளைகள் சந்தியின் குறுக்கே விரவுகின்றன. அவை சந்தியைக் கடந்த பிறகு, அதிகப்படியான சிறுபான்மை ஊர்திகளாகின்றன [p-பகுதிக்குச் சென்ற எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் n-பகுதிக்குச் சென்ற துளைகள்) இந்த அதிகப்படியான சிறுபான்மை ஊர்திகள் அவற்றிற்கு எதிரான மின்னூட்டமுள்ள அப்பகுதிகளுக்குறிய பெரும்பான்மை ஊர்திகளுடனான மறு இணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. அதாவது, கடத்து பட்டை எலக்ட்ரான்கள் இணைதிறன் பட்டையின் துளைகளுடன் மறு இணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. இது படம் 9.22 (இ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

மறு இணைப்பு நிகழ்வின்போது, ஆற்றலானது, ஒளி (கதிர்வீச்சு) அல்லது வெப்ப (கதிர்வீச்சற்ற) வடிவில் வெளியிடப்படுகிறது. கதிர்வீச்சு மறு இணைப்பில், hv ஆற்றலுள்ள ஃபோட்டான் வெளியிடப்படுகிறது. கதிர்வீச்சற்ற மறு இணைப்பில், ஆற்றலானது வெப்ப வடிவில் வெளியிடப்படும்.

வெளியிடப்படும் ஒளியின் நிறமானது பொருளின் ஆற்றல் பட்டை இடைவெளியைப் பொருத்து அமையும். எனவே, LED க்கள் பல்வேறு நிறங்களில் அதாவது நீலம் (SIC), பச்சை (AlGaP) மற்றும் சிவப்பு (GaAsP) ஆகிய நிறங்களில் கிடைக்கின்றன. தற்போது ஒளி உமிழ்வு டையோடுகள் வெள்ளை நிறத்தில் (GalnN) கூடக் கிடைக்கின்றன.

பயன்பாடுகள்

• அறிவியல் மற்றும் ஆய்வகக் கருவிகளின் முன்பக்க பலகையில் சுட்டு விளக்காகப் (Indicator lamp) பயன்படுகிறது.

• ஏழு உறுப்பு காட்சித் திரையாகப் (seven segment display) பயன்படுகிறது.

• போக்குவரத்துச் சைகை விளக்குகள், அவசர கால ஊர்திகளின் விளக்குகள் போன்றவற்றில் பயன்படுகிறது

• தொலைக்காட்சி, அறை குளிரூட்டி ஆகியவற்றின் தொலை இயக்கிக் கருவியாகப் பயன்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு 9.4

GaAsP னால் உருவாக்கப்பட்ட LED லிருந்து வெளிப்படும் ஒளியின் அலைநீளத்தைக் கண்டுபிடி. இந்தக் குறைகடத்தியின் விலக்கப்பட்ட ஆற்றல் இடைவெளி 1.875eV ஆகும். வெளிப்படும் ஒளியின் நிறத்தையும் குறிப்பிடுக. (h = 6.6x10-34Js எனக் கொள்க)

தீர்வு

அலை நீளத்தின் மதிப்பு 660 nm என்பது, சிவப்பு நிற ஒளிக்கு உரியது ஆகும்.

2. ஒளி டையோடுகள்

மின் சைகைகளை ஒளியியல் சைகைகளாக மாற்றும் p-n சந்தி டையோடு ஒளி டையோடு எனப்படும். எனவே, ஒளி டையோடின் செயல்பாடு LED-இன் செயல்பாட்டுக்கு நேர் எதிரானது ஆகும். ஒளி டையோடு பின்னோக்குச் சார்பில் செயல்படும். இதன் மின்சுற்றுக் குறியீடு படம் 9.23 (அ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. அதிலுள்ள அம்புக்குறிகள் ஒளி அதன்மீது படுவதைக் குறிக்கின்றன.

இக்கருவியில் ஒளி உணர்வு உள்ள குறைகடத்தி பொருளாலான p-n சந்தியானது பாதுகாப்பாக ஒரு நெகிழிப் பெட்டியில் படம் 9.23 (ஆ) இல் உள்ளவாறு வைக்கப்பட்டுள்ளது. இதில் p-n சந்திமீது ஒளி விழ ஏதுவாக ஒளி ஊடுருவும் ஒரு சிறிய சன்னல் உள்ளது. ஒளி டையோடின் p-n சந்தி மீது ஒளிபட்டவுடன் மின்னோட்டத்தை உற்பத்தி செய்வதால் அவை ஒளி 

படம் 9.23 (அ) மின் சுற்று குறியீடு (ஆ ) ஒளி டையோடின் குறியீட்டுத் தோற்றம்

போதுமான ஆற்றல் கொண்ட போட்டான் hv ஆனது, டையோடின் இயக்கமில்லாப் பகுதி மீது படும் போது, இணைதிறன் பட்டையிலுள்ள சில எலக்ட்ரான்கள் கடத்து பட்டைக்கு செல்கின்றன. இதனால், இணைதிறன் பட்டையில் துளைகள் உருவாகின்றன. இது எலக்ட்ரான் - துளை இணையை உருவாக்கும். எலக்ட்ரான் - துளை இணையின் எண்ணிக்கை p-n சந்தி மீது படும் ஒளியின் செறிவினைப் பொருத்து அமையும். இங்கு இந்த எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் மறு இணைப்பு ஏற்படுவதற்கு முன்பே, பின்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்தம் கொண்டு மின்புலத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட சந்தியின் குறுக்கே எதிரெதிராக விரட்டப்படுகின்றன. அதாவது, துளைகள் n-பகுதிக்கும், எலக்ட்ரான்கள் p-பகுதிக்கும் செல்கின்றன.

இதனைப் புற மின்சுற்றில் இணைக்கும் போது, எலக்ட்ரான்கள் புறமின் சுற்றில் பாய்ந்து ஒளி மின்னோட்டத்தை ஏற்படுத்தும்.

படும் ஒளியின் செறிவு சுழியாக இருக்கும் போதும், புறக்கணிக்கத் தக்க அளவு பின்னோக்கு மின்னோட்டம் இருக்கும். படும் ஒளி இல்லாத நிலையில் ஏற்படும் இந்த பின்னோக்கு மின்னோட்டம், இருள் மின்னோட்டம் எனப்படும். இது வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட சிறுபான்மை ஊர்திகளால் ஏற்படுகிறது.

பயன்பாடுகள்

• எச்சரிக்கை மணி அமைப்பு

• கிடைத்தள இயக்கத்திலுள்ள இயங்குபட்டையில் எண்ணிக்கைக் கருவியாக பயன்படுதல்

• ஒளி கடத்திகள்

• குறுந்தகடு இயக்கிகள், புகை கண்டுணர்விகள்

• மருத்துவத் துறையில் X- கதிர்கள் மூலம் உடல் உறுப்புகளைக் கண்டுணர்ந்து கணினி மூலம் வரைபடமாக அளித்தல்.

3 சூரிய மின்கலம்

சூரிய மின்கலம் அல்லது ஒளி வோல்டா மின்கலமானது, ஒளி வோல்டா விளைவினால் ஒளி ஆற்றலை நேரடியாக மின்னோட்டமாகவோ அல்லது மின்னழுத்த வேறுபாடாகவோ மாற்றும் சாதனமாகும். இது p-n சந்தியில் சூரிய ஒளிபடும் போது மின்னியக்கு விசையை உருவாக்கும் பொதுவான p-n சந்தி டையோடு ஆகும். சூரிய மின்கலங்கள் இரு வகைப்படும். அவை p-வகை மற்றும் n-வகை ஆகும்.

இரண்டு வகைகளிலும் p-வகை மற்றும் n-வகை சிலிக்கான்கள் இணைந்து, சூரிய மின்கலத்தின் p-n சந்தியை உருவாக்குகின்றன. p-வகை சூரிய மின்கலனில் p-வகை சிலிக்கான் அடிப்பகுதியும், அதன்மீது மீநுண்ணிய வகை சிலிக்கான் படலமும் உள்ளன. இது படம் 9.24 இல் காணப்பட்டுள்ளது. இதற்கு வேறுபாடாக n- வகை சூரிய மின்கலனில் எதிர்மறையான இணைப்பு பயன்படுத்தப்படுகிறது. p-வகை சிலிக்கானின் மறுபுறம் உலோகப் பூச்சு ஏற்படுத்தப்பட்டு, பின்புற மின் இணைப்பிற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. in வகை சிலிக்கானின் மேற்பகுதியில் உலோக

-

படம் 9.24 சூரிய மின்கலத்தின் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றம்

வலைச்சட்டம் பதிய வைக்கப்பட்டு முன்புற மின் இணைப்பிற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. சூரிய மின்கலத்தின் மேற்பகுதியில் எதிரொளிப்பை கட்டுப்படுத்தும் பூச்சும், வலிமையான கண்ணாடியும் பதிய வைக்கப்பட்டுள்ளன.

சூரிய மின்கலனில் எலக்ட்ரான் துளை இணையானது சந்திக்கு அருகில் உட்கவரப்படும் ஒளியினால் உருவாக்கப்படுகின்றன. இயக்கமில்லாப் பகுதியில் மின்புலத்தின் காரணமாக ,மின்னூட்ட ஊர்திகள் பிரிக்கப்படுகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் n-வகை சிலிக்கானை நோக்கியும், துளைகள் p-வகை n-பகுதியை அடையும் எலக்ட்ரான்களை முன்புற மின் இணைப்பு மின்வாயும், p-பகுதியை அடையும் துளைகளை பின்புற மின் இணைப்பு மின்வாயும் சேகரிப்பதால் மின்கலத்தின் குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு உருவாகும். சூரிய மின்கலத்துடன் வெளிப்புற பளு இணைக்கப்படும் போது அதன் வழியாக, ஒளி மின்னோட்டம் பாயும்.

அதிக எண்ணிக்கையில் சூரிய மின்கலன்கள் தொடரிணைப்பாகவோ பக்க இணைப்பாகவோ இணைக்கப்பட்டு சூரியமின்கலன் பலகையாகவோ, தொகுப்பாகவோ உருவாக்கப்படுகின்றன. அதிக சூரிய மின்கலன் பலகைகள் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்பட்டு சூரிய தகடுகளின் தொகுப்பு உருவாக்கப்படுகிறது. மிக அதிக மின்திறன் பயன்பாடுகளில் சூரிய பலகைகள் மற்றும் சூரிய தகடுகளின் தொகுப்பு ஆகியவை பயன்படுகின்றன. பயன்பாடுகள்

• கணிப்பான்கள், கடிகாரங்கள், பொம்மைகள் ஆகியவற்றில் சூரிய மின்கலன்கள் அதிகளவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சூரிய மின்கலன்கள் நகரும் மின்வழங்கிகளில் பயன்படுகிறது.

• செயற்கைக் கோள் மற்றும் விண்வெளி பயன்பாடுகளில் பயன்படுகிறது.

• சூரிய பலகைகள் மின்னோட்டத்தை உருவாக்க பயன்படுகின்றன.