உள்ளார்ந்த மற்றும் வெளிப்புற குறைக்கடத்திகள்: வேறுபாடுகள் மற்றும் பயன்பாடுகள்

இன்றைய தொழில்நுட்பத்தின் மிக முக்கியமான கூறுகளில் ஒன்று செமிகண்டக்டர்கள், ஸ்மார்ட்போன்கள் முதல் கணினிகள் வரை நம் அன்றாட வாழ்க்கையில் நாம் பயன்படுத்தும் பல்வேறு வகையான சாதனங்களில் உள்ளன. இந்த வகை பொருள் பல ஆண்டுகளாக தொழில்களில் புரட்சியை ஏற்படுத்தியுள்ளது, மின்சாரத்தின் ஓட்டத்தை திறமையாகவும் பொருளாதார ரீதியாகவும் கட்டுப்படுத்தும் திறனுக்கு நன்றி. இருப்பினும், அனைத்து குறைக்கடத்திகளும் ஒரே மாதிரியானவை அல்ல, மேலும் இந்த துறையில் அறிமுகமில்லாதவர்களுக்கு குழப்பமான இரண்டு சொற்கள் தோன்றும்: உள்ளார்ந்த மற்றும் வெளிப்புற குறைக்கடத்திகள்.

எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில், இந்த இரண்டு வகையான குறைக்கடத்திகளுக்கு இடையிலான வேறுபாட்டை அறிந்துகொள்வது சாதனங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வது மற்றும் சில பயன்பாடுகள் ஏன் ஒன்றை மற்றொன்றை விரும்புகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியம். இந்த கட்டுரையில், இரண்டு வகையான குறைக்கடத்திகளின் பண்புகள் மற்றும் அவற்றின் அமைப்பு எவ்வாறு அவற்றின் நடத்தையை பாதிக்கிறது என்பதை நாங்கள் முழுமையாக உடைப்போம். உங்கள் நியூரான்களைத் தயார்படுத்துங்கள், ஏனென்றால் நாம் பொருள் இயற்பியல் மற்றும் நவீன மின்னணுவியல் தூண்களில் ஒன்றில் மூழ்கி இருக்கிறோம்!

உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்தி என்றால் என்ன?

தி உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகள் அவை தூய அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன, அதாவது ஊக்கமருந்து செயல்முறை மூலம் அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட எந்த அசுத்தங்களும் இல்லை. இந்த வகை குறைக்கடத்திகள் பொருளின் 'தரை நிலை' என்று கருதப்படுகிறது, ஏனெனில் அதன் மின் பண்புகள் பொருளின் உள்ளார்ந்த பண்புகளை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது. சிலிக்கான் (Si) மற்றும் ஜெர்மானியம் (Ge) ஆகியவை மிகவும் பொதுவான உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகள் ஆகும், ஏனெனில் அவற்றின் மின்னணு பண்புகள் மின்னணு சாதனங்களை தயாரிப்பதில் அவற்றைப் பயன்படுத்த சிறந்தவை.

அறை வெப்பநிலையில், உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகள் பலவீனமான மின் கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது, ​​அவற்றின் வேலன்ஸ் ஷெல்லில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் கடத்தல் பட்டைக்குள் குதிக்க போதுமான ஆற்றலைப் பெறுகின்றன, இதனால் மின்னோட்டம் பாய அனுமதிக்கிறது. இந்த நிகழ்வு, வெப்பத்தின் மூலம் கடத்துத்திறனைக் கடுமையாகக் கட்டுப்படுத்த வேண்டிய பயன்பாடுகளுக்கு உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகளை மிகவும் சுவாரஸ்யமான பொருட்களை உருவாக்குகிறது.

ஒரு தூய செமிகண்டக்டரில், கடத்தல் பட்டையில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையும், வேலன்ஸ் பேண்டில் உள்ள துளைகளின் எண்ணிக்கையும் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதைக் கவனிக்க வேண்டியது அவசியம். இது இரண்டு சார்ஜ் கேரியர்களுக்கும் இடையே சரியான சமநிலையை ஏற்படுத்துகிறது, இது ஒரு உள்ளார்ந்த பொருளில் கடத்துத்திறன் மிகவும் சுத்தமான மற்றும் ஒழுங்கான நிகழ்வு என்று பரிந்துரைக்கிறது.

வெளிப்புற குறைக்கடத்தி என்றால் என்ன?

உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திக்கு மாறாக, வெளிப்புற குறைக்கடத்திகள் அவர்கள் ஓட்டும் திறனை மேம்படுத்த அசுத்தங்கள் டோப் செய்யப்பட்டவை. இந்த அசுத்தங்கள் பொதுவாக டிரிவலன்ட் (அலுமினியம் போன்றவை) அல்லது பென்டாவலன்ட் (பாஸ்பரஸ் போன்றவை) தனிமங்களிலிருந்து வருகின்றன, மேலும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அளவுகளில் சேர்க்கப்படும் போது, ​​அவை அடிப்படை குறைக்கடத்தியின் மின்னணு பண்புகளை மாற்றும். இந்த ஊக்கமருந்து எலக்ட்ரான் சூப்பர்சாச்சுரேஷன் (N-வகை செமிகண்டக்டர்கள்) அல்லது ஹோல் சூப்பர்சாச்சுரேஷனை (P-வகை குறைக்கடத்திகள்) உருவாக்குகிறது.

N-வகை செமிகண்டக்டர்கள் என்பது, செமிகண்டக்டரின் கோவலன்ட் பிணைப்புகளுக்குத் தேவைப்படுவதைக் காட்டிலும் அதிக எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட தனிமங்களைக் கொண்டு உட்பொருளை உள்ளடக்கியவை. இந்த அதிகப்படியான எலக்ட்ரான் நகர்த்துவதற்கு இலவசம், இது பொருளின் கடத்துத்திறனை கணிசமாக அதிகரிக்கிறது. பாஸ்பரஸ், ஆண்டிமனி மற்றும் ஆர்சனிக் ஆகியவை N-வகை குறைக்கடத்திகளை உருவாக்க பயன்படுத்தப்படும் டோபண்டுகளின் பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகள்.

மறுபுறம், பி-வகை குறைக்கடத்திகள் என்பது கோவலன்ட் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு குறைவான எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட தனிமங்களைக் கொண்ட பொருள் டோப் செய்யப்படுவதால், இது துளைகளை உருவாக்குகிறது. இந்த துளைகள் மின்னோட்டத்தை கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும் மொபைல் நேர்மறை கட்டணங்கள் போல செயல்படுகின்றன. போரான், காலியம் மற்றும் இண்டியம் ஆகியவை பி-வகை குறைக்கடத்திகளை உருவாக்க பயன்படுத்தப்படும் டோபண்ட் தனிமங்களின் எடுத்துக்காட்டுகள்.

உள்ளார்ந்த மற்றும் வெளிப்புற குறைக்கடத்திகளுக்கு இடையிலான ஒப்பீடு

எலக்ட்ரானிக்ஸில் உள்ளார்ந்த மற்றும் வெளிப்புற குறைக்கடத்திகள் இரண்டும் ஒரு அடிப்படை பாத்திரத்தை வகிக்கின்றன, ஆனால் அவற்றின் வேறுபாடுகள் அவற்றின் வேதியியல் கலவை மற்றும் சில நிபந்தனைகளின் கீழ் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன. அடுத்து, இரண்டு வகையான குறைக்கடத்திகளுக்கு இடையிலான முக்கிய பண்புகளை ஒரு முழுமையான ஒப்பீடு செய்யப் போகிறோம்:

• பொருள் தூய்மை: உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகள் முற்றிலும் தூய்மையானவை, அதே சமயம் வெளிப்புற குறைக்கடத்திகள் அவற்றின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்த அசுத்தங்களுடன் டோப் செய்யப்பட்டுள்ளன.
• மின் கடத்துத்திறன்: வெளிப்புறத்துடன் ஒப்பிடும்போது உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகள் மிகக் குறைந்த கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளன. உள்ளார்ந்த கடத்துத்திறன் வெப்பநிலை மாறுபாடுகளை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது.
• சுமை தாங்கிகள்: உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகளில், எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையும் துளைகளின் எண்ணிக்கையும் சமமாக இருக்கும். வெளிப்புற குறைக்கடத்திகளில், ஊக்கமருந்து காரணமாக இந்த சமநிலை உடைந்து, அதிகப்படியான எலக்ட்ரான்கள் (N-வகை) அல்லது துளைகள் (P-வகை) ஏற்படுகிறது.
• தொழில்நுட்பம் மற்றும் பயன்பாடுகள்: வெளிப்புற குறைக்கடத்திகள் மின்சாரத்தை கடத்தும் அதிக திறன் காரணமாக நடைமுறை பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். அவை டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் டையோட்கள் உட்பட கிட்டத்தட்ட அனைத்து நவீன மின்னணுவியலுக்கும் அடிப்படையாகும்.

பி-வகை மற்றும் என்-வகை குறைக்கடத்திகள்

வெளிப்புற குறைக்கடத்திகளின் இரண்டு முக்கிய வகைகளில், தி N-வகை குறைக்கடத்தி மேலும் இலவச எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது பி-வகை குறைக்கடத்தி இதில் அதிக ஓட்டைகள் உள்ளன. N-வகை குறைக்கடத்திகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் மின்சாரத்தை கடத்துவதற்கான முக்கிய சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களாக செயல்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் P-வகை குறைக்கடத்திகளில், துளைகள் (நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்கள்) மின்னோட்டத்தை செயல்படுத்துகின்றன.

இரண்டு வகைகளுக்கும் இடையிலான மிக முக்கியமான வேறுபாடுகளில் ஒன்று, வெளிப்புற சக்தி மூலத்துடன் இணைக்கப்படும் போது அவை நடந்து கொள்ளும் விதம் ஆகும். இரண்டு பகுதிகளுக்கு இடையே சாத்தியமான வேறுபாடு பயன்படுத்தப்படும் போது (PN), நாம் என்ன தெரியும் ஒரு PN சந்திப்பு, டையோட்கள் போன்ற சாதனங்களின் செயல்பாட்டிற்கு முக்கியமான கட்டமைப்பு. சந்திப்பு ஒரு திசையில் "துருவப்படுத்தப்பட்ட" போது, ​​அது மின்னோட்டத்தை கடக்க அனுமதிக்கிறது; துருவமுனைப்பு தலைகீழாக மாற்றப்பட்டால், அது ஒரு இன்சுலேட்டராக செயல்படுகிறது.

வெளிப்புற குறைக்கடத்திகளில் ஊக்கமருந்து முக்கியத்துவம்

வெளிப்புற குறைக்கடத்திகளில், ஊக்கமருந்து செயல்முறை செமிகண்டக்டர் படிகத்தில் அதன் இயற்கை சமநிலையை மாற்றவும் அதன் கடத்தும் திறனை அதிகரிக்கவும் அசுத்தங்களை அறிமுகப்படுத்துகிறது. N-வகை குறைக்கடத்திகளை உருவாக்க, ஐந்து வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்கள் கொண்ட டோபண்டுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் P-வகை குறைக்கடத்திகளுக்கு, அடிப்படை பொருள் மூன்று வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்களை மட்டுமே கொண்ட தனிமங்களுடன் டோப் செய்யப்படுகிறது. இந்த செயல்முறை பொருளின் மின் பண்புகளை நேரடியாக பாதிக்கிறது, மின்னோட்டத்தின் துல்லியமான கட்டுப்பாடு அவசியமான பயன்பாடுகளில் அதன் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது.

இந்த ஊக்கமருந்து, இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்றுகளை உருவாக்குவது போன்ற பல்வேறு வகையான பயன்பாடுகளாக மொழிபெயர்க்கப்படுகிறது, நவீன மின்னணுவியலின் பிற அத்தியாவசிய கூறுகளுடன்.

வெளிப்புற மற்றும் உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகளின் பயன்பாடுகள்

குறைந்த கடத்துத்திறன் காரணமாக உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்திகள் வரையறுக்கப்பட்ட பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், வெப்பநிலை உணரிகள் போன்ற வெப்பநிலை மாற்றங்களுக்கு துல்லியமான பதில் தேவைப்படும் சூழல்களில் அவை பயனுள்ளதாக இருக்கும். அவற்றின் பங்கிற்கு, வெளிப்புற குறைக்கடத்திகள், அவற்றின் சிறந்த கடத்தும் திறன் காரணமாக, டிரான்சிஸ்டர்கள் முதல் டையோட்கள் மற்றும் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் வரை பல்வேறு வகையான மின்னணு சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

எடுத்துக்காட்டாக, நுண்செயலிகளில், வெளிப்புற N-வகை மற்றும் P-வகை செமிகண்டக்டர்களின் நடத்துதல் மற்றும் நடத்தாத நிலைகளுக்கு இடையே மாறக்கூடிய திறன் கணினிகள் தருக்க செயல்பாடுகளைச் செய்ய அனுமதிக்கிறது, தகவலைச் சேமிக்கவும் மற்றும் செயலாக்கவும் செய்கிறது.

குறைக்கடத்திகளின் புலம் தொடர்ந்து உருவாகி வருவது குறிப்பிடத்தக்கது, மேலும் சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) மற்றும் காலியம் ஆர்சனைடு (GaAs) போன்ற குறைக்கடத்தி பொருட்களின் சமீபத்திய முன்னேற்றங்களுடன், பெருகிய முறையில் வேகமான மற்றும் திறமையான சாதனங்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

பொறியாளர்கள் மற்றும் விஞ்ஞானிகளுக்கு, உள்ளார்ந்த மற்றும் வெளிப்புற குறைக்கடத்திகளுக்கு இடையிலான வேறுபாடுகளைப் புரிந்துகொள்வது மிகவும் திறமையான சாதனங்களை வடிவமைக்க மட்டுமல்லாமல், தற்போதுள்ள தொழில்நுட்பங்களை மேம்படுத்தவும் அவசியம்.