මාත්‍රණය
අර්ධ සන්නායක
අඩංගු කරමින් විද්‍යුත් උපාංග සෑදීම සඳහා වූ ඒවායේ ගුණය වන්නේ අර්ධ සන්නායකවල ස්ඵටික දැලිසට
අපද්‍රව්‍ය එකතු කිරීමෙන් ඒවායේ සන්නායකතාව පහසුවෙන් වෙනස් කළ හැකි වීමයි. පාලනයකින්
යුතුව අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය අර්ධ සන්නායකයකට එකතු කිරීමේ ක්‍රියාවලිය මාත්‍රණය ලෙස
හඳුන්වයි.
අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය
හෝ මාත්‍රක ප්‍රමාණ නිසග (ශුද්ධ) අර්ධ සන්නායකයකට එකතු කිරීමෙන් එහි සන්නායක මට්ටම වෙනස් වේ.
මාත්‍රණය කළ අර්ධ සන්නායක නිතරම බාහ්‍ය අර්ධ සන්නායක ලෙස හඳුන්වයි.
මාත්‍රක
සුදුසු මාත්‍රක
ලෙස තෝරන ද්‍රව්‍යය , මාත්‍රක හා
මාත්‍රණය කිරීමට ඇති ද්‍රව්‍ය යන
දෙකෙහිම පරමාණුක ගුණ මත රඳා පවතී. පොදුවේ , අවශ්‍ය ලෙස පාලනය කළ වෙනස්කම් ඇති කරන මාත්‍රක ඉලෙක්ට්‍රෝන
ප්‍රතිග්‍රාහක හෝ දායක ලෙස වර්ගීකරණය කරයි. දායක පරමාණු එහි දුර්වලව බන්ධිත සංයුජතා
ඉලෙක්ට්‍රෝන ද්‍රව්‍යයට
දායක කර අතිරේක සෘණාරෝපිත වාහක සාදයි. මෙම දුර්වලව බන්ධිත සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝනවල‍ට ස්ඵටික
දැලිසෙහි සාපේක්ෂව නිදහස් ලෙස චලනය විය හැකි අතර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් ඉදිරියේ සන්නායකතාවට
පහසුකම් සැලසිය හැක. (දායක පරමාණු
සන්නායක කලාපය මායිමට යටින් නමුත් එයට ඉතා ආසන්නව සමහරක් තත්ව ඇති කරයි. මෙම
තත්ව යටතේ පවතින ඉලෙක්ට්‍රෝන කාමර උෂ්ණත්වයේ දී නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන බවට පත්වෙමින් පහසුවෙන්
සන්නායක කලාපයට උත්තේජනය කළ හැක. විලෝමීයව , ක්‍රියාකාරී ප්‍රතිගාහක කුහර නිපදවයි. දායක අශුද්ධ ද්‍රව්‍යවලින්
මාත්‍රණය කළ අර්ධ සන්නායක n - වර්ගයේ යැයි
කියනු ලබන අතර ප්‍රතිග්‍රාහක
අශුද්ධ ද්‍රව්‍යවලින් මාත්‍රණය කළ අර්ධ සන්නායක p - වර්ගයේ යැයි කියනු ලැබේ. මෙම n හා p වර්ග නාමය
මගින් බහුතර වාහක වන්නේ කුමන ආරෝපිත වාහක වන්නේ ද යැයි දක්වයි. එවිට ප්‍රතිවිරුද්ධ වාහක
සුළුතර වාහක ලෙස හඳුන්වන අතර
ඒවා තාප උත්තේජනය නිසා ඇතිවන බහුතර වාහක හා සසඳන විට අඩු සාන්ද්‍රණයකින් යුක්ත වේ.
නිදසුනක් ලෙස
ශුද්ධ සිලිකන් අර්ධ සන්නායකයකට සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝන හතරක් ඇත. සිලිකන්වලදී වඩාත් බහුලව භාවිතා
කරන මාත්‍රක වන්නේ ආවර්තිතා වගුවේ IUPAC ක්‍රමයට 13 වන කාණ්ඩයේ (සාමන්‍යයෙන් III වන කාණ්ඩය ලෙස හඳුන්වන) සහ 15 වන කාණ්ඩයේ (සාමාන්‍යයෙන් V වන කාණ්ඩය ලෙස හඳුන්වන) මූලද්‍රව්‍යයි.
13වන කාණ්ඩයේ මූලද්‍රව්‍යවල
සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝන තුනක් ඇති අතර එය සිලිකන් මාත්‍රණය කිරීමේදී ප්‍රතිග්‍රාහක ලෙස
හැසිරීමට හේතු වේ. 15 වන කාණ්ඩයේ මූලද්‍රව්‍යවලට
දායක ලෙස හැසිරීමට හේතුවන සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝන පහක් ඇත. එමනිසා බෝරෝන් සමග මාත්‍රණය කළ
සිලිකන් දැලිසක් p වර්ගයේ අර්ධ
සන්නායකයක් නිර්මාණය කරන
අතර පොස්පරස් සමග මාත්‍රණය කළ විට ප්‍රතිඵල n - වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයකි.
වාහක සාන්ද්‍රණය
නිසග අර්ධ
සන්නායකයකට යොදන මාත්‍රක සාන්ද්‍රණය එහි සාන්ද්‍රණය නිර්ණය කිරීම හා එහි
විද්‍යුත් ගුණාංග බොහොමයක් සදහා වක්‍රව බලපෑම් කිරීම සිදු කරයි. මාත්‍රණය සෘජුවම බලපෑම් කරන වඩා
වැදගත්ම සාධකය වනුයේ ද්‍රව්‍යයේ වාහක සාන්ද්‍රණයයි. තාපජ සමතුලිතය යටතේ පවතින නිසග අර්ධ
සන්නායකයකවල ඉලෙක්ට්‍රෝන හා
කුහර සාන්ද්‍රණ සමාන‍වේ. එනම් ,
n = p = ni
මෙහි n යනු සන්නායක ඉලෙක්ට්‍රෝන සාන්ද්‍රණය ද
p යනු කුහර
සාන්ද්‍රණය ද ni යනු ද්‍රව්‍යයේ
නිසග වාහක සාන්ද්‍රණය ද වේ. නිසග වාහක සාන්ද්‍රණය ද්‍රව්‍යයන් අතර විවිධ වන අතර
උෂ්ණත්වය මත රදා පවතී. නිදසුනක් ලෙස කෙල්වින් 300 (කාමර උෂ්ණත්වය) උෂ්ණත්වයේදී සිලිකන්වල ද ni දළ වශයෙන් 1.6 x 1010 cm-3 වේ.
සාමාන්‍යයෙන් , මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණයේ වැඩිවීම , සන්නයනය සදහා පවතින වාහක සාන්ද්‍රණය ඉහළ
දමන බැවින් සන්නායකතාව වැඩි කරයි. පිරිහුණු ලෙස මාත්‍රණය කළ අර්ධ
සන්නායකවලට ලෝහවලට සැසදිය හැකි සන්නායකතා මට්ටම් ලැබෙන අතර බොහෝ විට නවීන සංගෘහිත
පරිපථවල ලෝහ සදහා ආදේශයක් ලෙස භාවිතා කරයි. බොහෝ විට උඩු ලකුණු ධන හා ඍණ සංකේත අර්ධ සන්නායකවල
මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය දැක්වීමට යොදා ගනී. නිදසුනක් ලෙස අධික මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණයක් සහිත n වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක , බොහෝ විට පිරිහුණු මට්ටම්වලට ළගාවුණු
අර්ධ සන්නායක , n+ මගින් දක්වයි. එලෙසම ඉතා
අඩුවෙන් මාත්‍රික p - වර්ගයේ අර්ධ
සන්නායක p- මගින් දක්වයි. මාත්‍රණයේ
පිරිහුණු මට්ටම් පවා මූලික අර්ධ සන්නායකවලට සාපේක්ෂව අඩු අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය
සාන්ද්‍රණයක් පෙන්වන බව මතක තබා ගැනීම ප්‍රයෝජනවත් වේ. ස්ඵටිකරූපී නිසග සිලිකන්වල
ආසන්න වශයෙන් ඝන සෙන්ටිමීටරයකට පරමාණු 5 x 1022 ක් ඇත. සිලිකන් අර්ධ සන්නායක සදහා මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණයේ පරාසය 1013 cm-3 සිට 1018cm-3 දක්වා වේ. කාමර උෂ්ණත්වයේ දී මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය 1018cm-3 පමණ ඉහළ අගයක් වන විට එය පිරිහුණු අර්ධ
සන්නායකයක් යැයි සලකයි. පිරිහිණු ලෙස මාත්‍රික සිලිකන්වල දහසකට ඇති කොටස් ලෙස සිලිකන්වලට
සමානුපාතික අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය අඩංගු
වේ. මෙම අනුපාතය ඉතා අඩු ලෙස මාත්‍රික සිලිකන්වලදී බිලියනයට කොටස් ලෙස අඩු
වේ. නියම සාන්ද්‍රණ අගයන් මෙම පරාසයේ යම් තැනකට වැටෙන අතර උපාංගවල අර්ධ සන්නායක මගින්
බලාපොරොත්තුවන ගුණාංග ලබා ගත හැකි පරිදි සාන්ද්‍රණය වෙනස් කරයි.
කලාප ව්‍යුහය
මත බලපෑම
මෙය p+n සන්ධියක කලාප සටහනකි. p+ හා n පැතිවල ෆර්මි මට්ටම් ස්ථානගත වීමේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස කලාප නැමීම ඇති වේ.
අර්ධ සන්නායක
ස්ඵටිකයක් මාත්‍රණය කිරීම කලාප හිඩැස් අතර ශක්ති මට්ටම්වලට ඉඩ දෙන නමුත්
මාත්‍රක වර්ගයට අනුරූප වන ශක්ති කලාපවලට අනුරූප වේ. වෙනත් අයුරකින් කිවහොත් දායක අශුද්ධතා
සන්නායක කලාපය අතර මට්ටම් සාදන අතරතුර ප්‍රතිග්‍රාහක අශුද්ධ ද්‍රව්‍ය සංයුජතා කලාපය අතර මට්ටම්
ඇති කරයි. මෙම ශක්ති මට්ටම්
හා ආසන්නව ශක්ති කලාපටය අතර පරතරය මාත්‍රක - ගොපෙළ බන්ධන ශක්තිය හෝ EB ලෙස සාමාන්‍යයෙන් දක්වන අතර සාපේක්ෂව
කුඩා වේ. නිදසුනක් ලෙස සිලිකන්ගේ 1.12ev වන කලාප හිඩැස හා සැසඳීමේ දී සිලිකන් කුට්ටියක වූ බෝරෝන්වල EB අගය 0.045ev වේ. EB කුඩා නිසා මාත්‍රක
පරමාණු අයනීකරණයට අඩු ශක්තියක් ගන්නා
අතර සංයුජතා හෝ සන්නායක කලාපයේ නිදහස් වාහක නිර්මාණය කරයි. සාමාන්‍යයෙන්
කාමර උෂ්ණත්වයේ පවතින තාප ශක්තිය බොහොමයක් මාත්‍රක අයනීකරණය කිරීමට ප්‍රමාණවත්
වේ. මාත්‍රකවලට ද්‍රව්‍යයන්ගේ ෆ්ර්මි මට්ටම් ශක්ති කලාප දෙසට උත්තේජනය කිරීමේ වැදගත් ගුණාංගය
ඇත. තාපගතික සමතුලිත පද්ධතියක ෆර්මි මට්ටම් නියතව පැවතිය යුතු නිසා, ද්‍රව්‍යවල වෙනස් ගුණ ඇති ද්‍රව්‍යවල ඇසුරුම් ස්ථර
බොහෝ වැදගත් විද්‍යුත් ගුණ දැක්වයි. නිදසුනක් ලෙස ශක්ති මට්ටම්වල නැවීම නිසා වන p – n සන්ධියක ගුණ ද්‍රව්‍යයේ p වර්ගයේ හා n වර්ගය අතර ස්පර්ශක කලාපයේ ෆර්මි මට්ටම්
ආස්තරනයේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස සිදුවේ.
මෙම ආචරණය කලාප
සටහනේ දක්වා ඇත. කලාප සටහන ප්‍රධාන වශයෙන් පෙන්වන්නේ x ලෙස හඳුන්වන යම් විශේෂිත මානයකට
එදිරිව සංයුජතා කලාප‍ෙය් හා සන්නායක කලාපයේ දාරවල වෙනස්වීමයි. සමහරක් විට ෆර්මි
මට්ටම්වල මාත්‍රණයේ කර නොපවතින නිසග ෆර්මි ශක්තිය Ei ලෙස ද පෙන්වයි. විවිධ වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක උපාංග ක්‍රියාකාරීත්ය
විස්තර කිරීමේ ක්‍රියාවලදී මෙම සටහන් ප්‍රයෝජනවත් වේ.
විකිපීඩියා, නිදහස් විශ්වකෝෂය
වෙතින් උපුටා ගැනීමකි