ಪಿಯುಸಿ ಶಿಕ್ಷಣ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿ: p-n ಸಂಧಿ (ರಚನೆ)

ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ
ತೆಳುವಾದ p-ಬಗೆಯ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅರೆವಾಹಕ ಬಿಲ್ಲೆಗೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಪ್ರಮಾಣದ ಪಂಚವೇಲೆಂಟ್‌ ಅಶುದ್ಧತೆಯನ್ನು ಸೇರಿಸಿದರೆ ಬಿಲ್ಲೆಯ ಒಂದು ಭಾಗ p-ವಲಯವಾಗಿ ಮತ್ತು ಬಿಲ್ಲೆಯ ಇನ್ನೊಂದು ಭಾಗ n-ವಲಯವಾಗಿ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಇದರಿಂದ p ವಲಯ ಮತ್ತು n-ವಲಯಗಳ ನಡುವೆ ಲೋಹೋದ್ಧಾರಣ ಸಂಧಿಯು ಏರ್ಪಟ್ಟು ಇದನ್ನು p-n ಸಂಧಿ ಎನ್ನುವರು. p-n ಸಂಧಿಯ ರಚನೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಸಾರತೆ ಹೆಚ್ಚಿರುವ n-ಬದಿಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು p-ಬದಿಗೂ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಸಾರತೆ ಹೆಚ್ಚಿರುವ p- ಕಡೆ‌ಯಿಂದ ರಂಧ್ರಗಳು n-ಬದಿಗೂ ವಿಸರಣಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಒಂದು n ನಿಂದ p ಗೆ ವಿಸರಣಗೊಂಡಾಗ ತನ್ನ ಹಿಂಬದಿಯ n ವಲಯದಲ್ಲಿ ಅಯಾನಿಕರಣಗೊಂಡ ದಾನಿ(+) n, ರಂಧ್ರವೊಂದು p- ಯಿಂದ n ಗೆ ವಿಸರಣಗೊಂಡಾಗ ತನ್ನ ಹಿಂಬದಿಯ p- ವಲಯದಲ್ಲಿ ಸ್ವೀಕಾರಿ (-) ಬಿಟ್ಟು ಬರುತ್ತವೆ. ಇವು ಅಚಲನ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿದ್ದು ಸಂಧಿಯ n- ಬದಿಯಲ್ಲಿ ಧನಾವೇಶದ ಪದರ ಮತ್ತು ಸಂಧಿಯ p- ಬದಿಯಲ್ಲಿ ಋಣಾವೇಶದ ಪದರವನ್ನು ಉಂಟು ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಈ ಆವೇಶ ವ್ಯೋಮ ವಲಯವನ್ನು ‘ಬರಿದಾದ ಸ್ತರ’ ಅಥವಾ ‘ಬರಿದಾದ ವಲಯ’ ಎನ್ನುವರು. ಇದರ ದಪ್ಪವು ಸರಿ ಸುಮಾರು ಮೈಕ್ರೋಮೀಟರಿನಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ.

ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಪ್ರಭಾವದಿಂದ ಉಂಟಾದ ಆವೇಶ ವಾಹಕತೆಗಳ ಚಲನೆಯ ‘ಅಲೆತ’ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಮತ್ತು ಇದು ವಿಸರಣದ ಪ್ರವಾಹದ ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ವಿಸರಣದ ಪ್ರವಾಹವು ಅಲೆತ ಪ್ರವಾಹಕ್ಕೆ ಸಮನಾದಾಗ p-n ಸಂಧಿಯ ರಚನೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಂಧಿಯ ಸಮತೋಲನ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿರುವಾಗ ಅದರಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ನಿವ್ವಳ ಪ್ರವಾಹವಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಸಂಧಿಯಲ್ಲಿ ವಿಭವಾಂತರ (v0)ಏರ್ಪಟ್ಟು ವಿಭವದ ಧ್ರುವಗಳು ಆವೇಶಗಳ ಚಲನೆಯನ್ನು ವಿರೋಧಿಸುತ್ತವೆ.

ಅರೆವಾಹಕ ಡಯೋಡು
ಇದು ಮೂಲತಃ ಒಂದು p-n ಸಂಧಿಯಾಗಿದ್ದು ಬಾಹ್ಯ ವೋಲ್ವತೆಯನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವುದಕ್ಕೆ ಅದರ ಎರಡು ಬದಿಗೆ ಲೋಹ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಬೆಸೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

p-n ಸಂಧಿ ಡಯೋಡು ನೇರ ಪಕ್ಷಪಾತದಲ್ಲಿ:
ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನ ತುದಿಯನ್ನು ಡಯೋಡಿನ p-ಬದಿಗೆ ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣ ತುದಿಯನ್ನು ಡಯೋಡಿನ n- ಬದಿಗೆ ಜೋಡಿಸುವುದನ್ನು ಡಯೋಡಿನ ನೇರಪಕ್ಷಪಾತ ಜೋಡಣೆ ಎನ್ನುವರು. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಅನ್ವಯಿತ ವೋಲ್ಟಜ್‌ಗೆ ದಿಕ್ಕು ನಿರ್ಮಿತ ವಿಭವನ (V0) ದಿಕ್ಕಿಗೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿದ್ದು ಇದರ ಫಲವಾಗಿ ಅನ್ವಯಿತ ವಿಭವವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿದಂತೆ ಬರಿದಾದ ಸ್ತರದ ಅಗಲ ಮತ್ತು ಸೀಮಾ ಎತ್ತರ ಕ್ಷೀಣಿಸುತ್ತಾ ಹೋಗುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಸೀಮಾ ಎತ್ತರ (V0 - V) ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಯಾವಾಗ ಅನ್ವಯಿತ ವಿಭವ ನಿರ್ಮಿತ ವಿಭವವನ್ನು ಜಯಿಸುತ್ತದೆಯೋ ಆಗ n- ಬದಿಯಿಂದ ಒಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಬರಿದಾದ ಸ್ತರವನ್ನು ದಾಟಿ p- ಬದಿಗೆ ಒಂದು ತಲುಪುತ್ತವೆ ಮತ್ತು p- ಬದಿಯಿಂದ ಬಂಧ ರಂಧ್ರಗಳು ಬರಿದಾದ ಸ್ಥರವನ್ನು ದಾಟಿ n- ಬದಿಗೆ ತಲುಪುತ್ತವೆ. ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ‍‘ಅಲ್ಪ ಸಂಖ್ಯಾ ವಾಹಕಗಳ ಚುಚ್ಚುವಿಕೆ’ ಎನ್ನುವರು. ಇದರಿಂದ ಆವೇಶಗಳು ಎರಡು ಬದಿಗೆ ಚಲಿಸುವುದರಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ mA ನಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ.

p-n ಸಂಧಿ ಡಯೋಡು ವಿಪರ್ಯಾಯ ಪಕ್ಷಪಾತದಲ್ಲಿ
ಬಾಹ್ಯ ವೋಲ್ಟಜ್‌ನ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನ ತುದಿಯನ್ನು ಡಯೋಡಿನ n- ಬದಿಗೆ ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣ ತುದಿಯನ್ನು ಡಯೋಡಿನ p- ಬದಿಗೆ ಜೋಡಿಸುವುದನ್ನು ಡಯೋಡಿನ ವಿಪರ್ಯಾಯ ಪಕ್ಷಪಾತ ಜೋಡಣೆ ಎನ್ನುವರು.

ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಅನ್ವಯಿತ ವೋಲ್ಟಜ್‌ ಮತ್ತು ಸೀಮಾ ವಿಭವದ ದಿಕ್ಕು ಒಂದೇ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ ಅನ್ವಯಿತ ವಿಭವವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿದಂತೆ ಸೀಮಾ ಎತ್ತರವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತಾ ಹೋಗುತ್ತದೆ. ಇದರಿಂದ ಬರಿದಾದ ವಲಯ ವಿಸ್ತಾರಗೊಳ್ಳುತ್ತಾ ಹೋಗುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಸೀಮಾ ಎತ್ತರ (V0 + V) ಆಗಿದ್ದು, ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು n- ನಿಂದ p-ಕಡೆಗೆ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು p-ನಿಂದ n- ಕಡೆಗೆ ಹರಿಯುವುದನ್ನು ಕುಗ್ಗಿಸುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಅಲ್ಪ ಆವೇಶಗಳು ಯಾದೃಚ್ಛಿಕ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿ ಸಂಧಿಗೆ ಸಮೀಪವಿರುವುದರಿಂದ ಇವು ತಮ್ಮ-ತಮ್ಮ ವಲಯಗಳಿಗೆ ಸೆಳೆಯಲ್ಪಟ್ಟಿರುವುತ್ತವೆ. ಈ ವಾಹಕತೆಗಳ ಪ್ರವಾಹವು ನಷ್ಟಿರುತ್ತದೆ.