குறை கடத்திகளின் வகைகள்

குறை கடத்திகளின் வகைகள்

உள்ளார்ந்த குறை கடத்திகள்

மாசுகள் எவையும் கலக்காத தூய்மையான குறை கடத்தியானது உள்ளார்ந்த குறைகடத்தி எனப்படும். இங்கு மாசு என்பது, அதன் படிக அணிக்கோவையில் பிற அணுக்கள் இடம்பெறுவது ஆகும். படம் 9.3 (அ) இல் சிலிக்கானின் படிக அணிக்கோவை காட்டப்பட்டுள்ளது. ஒவ்வொரு சிலிக்கான் அணுவின் வெளிச்சுற்றுப்பாதையிலும்

படம் 9.3 (அ) சிலிக்கான் படிக தளத்தின் இருபரிமாண அமைப்பு (ஆ) உள்ளார்ந்த சிலிக்கான் படிகத்தில் உள்ள கட்டுறா எலக்ட்ரான், துளை மற்றும் முறிக்கப்பட்ட சகப்பிணைப்பு

நான்கு எலக்ட்ரான்கள் அருகிலுள்ள அணுக்களுடன் சகப்பிணைப்பில் ஈடுபட்டு அணுக்கோவையை உருவாக்கியுள்ளன. படம் 9.4 (அ) இல் இந்த நிலைக்கான ஆற்றல் பட்டை படம் காட்டப்பட்டுள்ளது.

குறைந்த வெப்பநிலையே சில சகப்பிணைப்புகளை முறிக்க போதுமானதாக அமைந்து எலக்ட்ரான்களை அணிக்கோவையிலிருந்து விடுவிப்பதைப் படம் 9.3 (ஆ ) இல் காணலாம். இதன் விளைவாக இணைதிறன் பட்டையில் ஒரு சில நிலைகள் காலியானதாக மாறிவிடும் மற்றும் கடத்துபட்டையில் ஒரு சில நிலைகளில் எலக்ட்ரான்கள் இடம்பெறும். இதனை படம் 9.4 (ஆ) இல் காணலாம்.

இணைதிறன் பட்டையில் காணப்படும் காலியிடம் துளைகள் எனப்படும் துளைகள் என்பதில் எலக்ட்ரான்கள் இல்லாமல் இருப்பதால் அவை நேர்மின் துகளாகக் கருதப்படுகின்றன. எனவே குறை கடத்திகளில் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் என இரு வகை மின்னூட்ட ஊர்திகள் உள்ளன.

உள்ளார்ந்த குறைகடத்திகளில், கடத்து பட்டையிலுள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையும், இணைதிறன் பட்டையிலுள்ள துளைகளின் எண்ணிக்கையும் சமமாக அமையும்.

கடத்துப்பட்டையில் மின்னோட்டம் எலக்ட்ரான்கள் மூலமும், இணைதிறன் பட்டையில் மின்னோட்டம் துளைகள் மூலமும் ஏற்படும். இந்த மின்னோட்டங்கள் முறையே I_e மற்றும் I_h எனக் குறிக்கப்படும். 

படம் 9.4 (அ) உள்ளார்ந்த குறைகடத்தியில் இணைதிறன் பட்டை மற்றும் கடத்து பட்டை (ஆ) கடத்து பட்டையில் உள்ள வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் அறை வெப்பநிலையில் இணைதிறன் பட்டையிலிருந்து கடத்து பட்டைக்கும் எலக்ட்ரான்கள் இடம் பெயர்ந்த பிறகு ஏற்பட்ட காலியிடம் (துளை)

குறிப்பு

துளை என்பதின் வரையறை: எலக்ட்ரான் கிளர்ச்சி அடையும். போது, சகப்பிணைப்பு முறியும். எனவே, கிளர்ச்சி அடைந்த எலக்ட்ரான் பிணைப்பினை முழுமையாக்க காலியிடத்தை ஏற்படுத்தும். இந்த எலக்ட்ரான் பற்றாக்குறை துளை எனப்பெயரிடப்பட்டுள்ளது.

மொத்த மின்னோட்டம் (I) ஆனது எப்போதும் எலக்ட்ரான் மின்னோட்டம் (I_e) மற்றும் துளை மின்னோட்டம் (I_h) ஆகியவற்றின் கூடுதலாகவே அமையும். I = I_e + I_h

0 K வெப்பநிலையில் உள்ளார்ந்த குறைகடத்திகள் காப்பான்களாகவே செயல்படும். வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது மின்னூட்ட ஊர்திகளும் (எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள்) அதிகரிக்கும். உள்ளார்ந்த குறைகடத்திகளின் ஆற்றல் மட்டப் படம் (9.4 ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. உள்ளார்ந்த குறைகடத்திகளில் மின்னூட்ட ஊர்திகளின் செறிவு என்பது கடத்துப்பட்டையில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அல்லது இணைதிறன் பட்டையில் உள்ள துளைகளின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமாகும்.

புறவியலான குறைகடத்திகள்

உள்ளார்ந்த குறைகடத்திகளில் உள்ள மின்னூட்ட ஊர்திகளின் செறிவு அதிக திறனுள்ள எலக்ட்ரானியல் கருவிகளை உருவாக்க போதுமானதாக இருக்காது. உள்ளார்ந்த குறைகடத்திகளில் மாசு அணுக்களைச் சேர்ப்பது மின்னூட்ட ஊர்திகளின் செறிவை அதிகரிக்க ஒரு வழியாக அமைகிறது. அதாவது, உள்ளார்ந்த குறைகடத்திகளுடன் மாசுகளைச் சேர்க்கும் நிகழ்வு மாசூட்டுதல் எனப்படும். இம்முறை குறைகடத்திகளில் மின்னூட்ட ஊர்திகளின் (எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள்) செறிவினை அதிகரித்து, அதன் மின் கடத்துதிறனையும் அதிகரிக்கிறது. இந்த மாசு அணுக்கள் மாசூட்டிகள் எனப்படும். மாசூட்டலின் அளவு 100ppm (மில்லியனில் ஒரு பங்கு ) ஆக இருக்கும்.

i. n வகை குறைகடத்தி

ஒரு தூய ஜெர்மானியம் ( அல்லது சிலிக்கான்) படிகத்துடன் தொகுதி V இல் உள்ள ஐந்து இணைதிறன் தனிமங்களான பாஸ்பரஸ், ஆர்சனிக் மற்றும் ஆண்டிமனி ஆகியவற்றை மாசூட்டும் போது n-வகை குறைகடத்திகள் பெறப்படுகின்றன. இது படம் 9.5 (அ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இந்த மாசூட்டிகள் ஐந்து இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டவை; ஆனால், ஜெர்மானியம் நான்கு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை கொண்டது. மாசூட்டல் செயல்முறையின் போது சில ஜெர்மானிய அணுக்களுக்குப் பதிலாக தொகுதி V மாசூட்டிகள் சேர்க்கப்படுகின்றன. மாசு அணுவின் ஐந்து இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களுள் நான்கு எலக்ட்ரான்கள் அருகிலுள்ள நான்கு ஜெர்மானிய அணுக்களுடன் சகப்பிணைப்பில் இணைக்கப்படுகின்றன. மாசு அணுவின் ஐந்தாவது எலக்ட்ரான் அணுக்கருவுடன் தளர்வாக இணைக்கப்பட்டும் சகப்பிணைப்பில் இணைக்கப்படாமலும் உள்ளது

மாசூட்டி அணுவில் தளர்வாக இணைக்கப்பட்டுள்ள ஐந்தாவது எலக்ட்ரானின் ஆற்றல் நிலையானது, கடத்தும் பட்டையின் விளிம்புக்கு சற்றுக்கீழே அமைந்துள்ளது. இது கொடையாளி ஆற்றல் நிலை எனப்படும். இதனை படம் 9.5 (ஆ) இல் காணலாம். அறை வெப்பநிலையில் இந்த எலக்ட்ரான்கள் வெப்ப ஆற்றலை உட்கவர்ந்து கொண்டு கடத்துப்பட்டையை அடையும். இது படம் 9.6 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. மேலும் புற

படம் 9.5 n - வகை புறவியலான குறைகடத்தி (அ) படிக தளத்துடன் தளர்வாக பிணைக்கப்பட்ட கட்டுறா எலக்ட்ரான் (ஆ ) கொடையாளி ஆற்றல் நிலையைக் குறித்தல்.

மின்புலத்தினால் கூட தளர்வாகப் பிணைக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் கட்டுறா நிலைக்கு மாற்றப்பட்டு மின்னோட்டம் கடத்தப்படும்.

படம் 9.6 இணைதிறன் பட்டையில் உள்ள வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட துளை மற்றும் கடத்துப் பட்டையில் மாசு அணுக்களால் உருவாக்கப்பட்ட கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் (n வகை குறைகடத்தி).

உள்ளார்ந்த குறைகடத்தியில் இணைதிறன் பட்டையிலிருந்து எலக்ட்ரானை, கடத்து பட்டைக்கு மாற்ற தேவைப்படும் ஆற்றல் ஜெர்மானியம் மற்றும் சிலிக்கானில் முறையே 0.7eV மற்றும் 1.1eV ஆகும், ஆனால், கொடையாளி எலக்ட்ரானைக் கட்டுறா நிலைக்குக் கொண்டு செல்ல தேவைப்படும் ஆற்றல் ஜெர்மானியம் மற்றும் சிலிக்கானுக்கு முறையே 0.01 eV மற்றும் 0.05eV மட்டுமே என்பதை முக்கியமாகக் கவனிக்க வேண்டும்.

தொகுதி V ல் இணைதிறன் மாசு அணுக்கள் கடத்து பட்டைக்கு ஓர் எலக்ட்ரானை அளிப்பதால், அவை கொடையாளி மாசுகள் எனப்படும். எனவே, கடத்து பட்டையில் வெப்ப அதிர்வின் காரணமாக உள்ள எலட்ரான்களுடன் கூடுதலாக ஒவ்வொரு மாசு அணுவும் ஓர் எலக்ட்ரானை அளிக்கும். வெப்பத்தினால் உண்டாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் இணைதிறன் பட்டையில் உண்டாக்கும். எனவே n- வகை குறைகடத்தியில் எலக்ட்ரான்கள் பெரும்பான்மை ஊர்திகளாகவும், துளைகள் சிறுபான்மை ஊர்திகளாகவும் அமைந்துள்ளன. ஐந்து இணைதிறன் கொண்ட மாசு சேர்க்கப்பட்டுள்ள இந்த குறைகடத்தி n- வகை குறைகடத்தி எனப்படும்.

ii. p - வகை குறைகடத்தி

தொகுதி III இல் உள்ள போரான், அலுமினியம், கேலியம் மற்றும் இண்டியம் போன்ற மூன்று இணைதிறன் கொண்ட தனிமங்களின் அணுக்கள் ஜெர்மானியம் அல்லது சிலிக்கான் படலத்துடன் சேர்க்கப்பட்டு, p- வகை குறைக்கடத்திகள் பெறப்படுகின்றன. மாசு அணுவின் மூன்று இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் அருகிலுள்ள ஜெர்மானிய அணுவுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளதைப் படம் 9.7 (அ) இல் காணலாம். ஜெர்மானிய அணுவில் நான்கு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதால் ஜெர்மானிய படிகத்தில் மாசுஅணுவின் ஓர் எலக்ட்ரான் நிலை காலியாக அமையும். சகப்பிணைப்பில் எலக்ட்ரான் இல்லாத வெளியானது துளை என அழைக்கப்படுகிறது.

படம் 9.7 p-வகை புறவியலான குறைகடத்தி (அ) மாசு அணுவினால் உருவாக்கப்பட்ட துளை (ஆ) ஏற்பான் ஆற்றல் நிலையைக் குறித்தல்.

அருகிலுள்ள நான்கு அணுக்களுடன் சகப்பிணைப்பினை நிறைவு செய்ய மாசு அணுவிற்குக் கூடுதலாக ஓர் எலக்ட்ரான் தேவைப்படுகிறது. இந்த மாசு அணுக்கள் அருகிலுள்ள உள்ள அணுக்களிலிருந்து எலக்ட்ரானை ஏற்றுக்கொள்ளும். எனவே, இவ்வகை மாசு அணு ஏற்பான் மாசு எனப்படும். ஒவ்வொரு மாசு அணுவினால் தோற்றுவிக்கப்படும் துளைகளின் ஆற்றல் மட்டம் இணைதிறன் பட்டைக்குச் சற்று மேலே அமையும். இதனை ஏற்பான் ஆற்றல் நிலை என்கிறோம். இதனைப்படம். 9.7 (ஆ) இல் காணலாம்.

படம் 9.8 கடத்து பட்டையில் வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் மற்றும் மாசு அணுவினால் இணைதிறன் பட்டையில் உருவாக்கப்பட்ட துளைகள் (p-வகை குறைக்கடத்தி )

ஒவ்வோர் ஏற்பான் அணுவிற்கும் இணைதிறன் பட்டையில் ஒரு துளை இருக்கும். மேலும், அதனுடன்கூட வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களும் இருக்கும். இந்தப் புறவியலான குறைகடத்திகளில், துளைகள் பெரும்பான்மை ஊர்திகளாகவும், வெப்பத்தினால் விடுவிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் சிறுபான்மை ஊர்திகளாகவும் செயல்படும் என்பதைப் படம் 9.8 இல் காணலாம். இம்முறையில் உருவாக்கப்பட்ட குறைகடத்திகள் p-வகை குறைகடத்திகள் எனப்படும்.

உங்களுக்குத் தெரியுமா?

உள்ளார்ந்த குறைகடத்தியில்  நடுநிலை அணுக்களையே நாம் மாசுகளாக சேர்ப்பதன் விளைவாக n-வகை மற்றும் p-வகை குறைகடத்திகள் மின்சுமையற்று நடுநிலையாகவே இருக்கும்