ದ್ವಿತೀಯ ಪರೀಕ್ಷೆ ದಿಕ್ಸೂಚಿ: ಅಂತಸ್ಥ ಅರೆವಾಹಕಗಳು

ಅಂತಸ್ಥ ಅರೆ ವಾಹಕಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕವಾಗಿ ಅತಿ ಶುದ್ಧ ವಸ್ತುಗಳಾಗಿದ್ದು ಕಡಿಮೆ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ.

ಉದಾ: ಸಿಲಿಕಾನ್, ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಇವು ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪದಲ್ಲಿ ನಿರೋಧಕವಾಗಿ ವರ್ತಿಸುತ್ತವೆ. ಅರೆವಾಹಕದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅಥವಾ ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ತೆಗೆದುಕೊಂಡಾಗ ಅವು ನಾಲ್ಕು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿರುವ ಪ್ರತಿ ಪರಮಾಣುವು ಅಕ್ಕಪಕ್ಕದ ನಾಲ್ಕು ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ನಾಲ್ಕು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಂಡು ಸೇರ್ಪಡೆಯಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇವು ಕೋವೆಲೆಂಟ್ ಬಂಧ ಅಥವಾ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬಂಧವನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುತ್ತದೆ.

ಉಷ್ಣತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಬಂಧವನ್ನು ಮುರಿದುಕೊಂಡು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟಿಯಿಂದ ವಾಹಕಪಟ್ಟಿಗೆ ದಾಟುತ್ತವೆ. ಹೀಗೆ ದಾಟುವಾಗ ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವುಳ್ಳ ಖಾಲಿ ರಂಧ್ರವನ್ನು ಉಳಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ರಂಧ್ರಗಳು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಸ್ಥಿರವಾದ ಜಾಗದಲ್ಲಿರದೆ ವಸ್ತುವಿನ ವಾಹಕತೆಗೆ ಕಾರಣಿಕರ್ತವಾಗುತ್ತವೆ.

ಅಂತಸ್ಥ ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ವತಂತ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ne ಗಳಿಗೆ nh ಸಮನಾಗಿರುತ್ತವೆ.

ne= nh= ni ಇಲ್ಲಿ ni ಅಂತಸ್ಥ ಆವೇಶಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯಾಗಿದೆ.

ಇಲ್ಲಿ Ih ರಂಧ್ರಗಳ ಚಲನೆಯಿಂದಾದ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು Ie ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಚಲನೆಯಿಂದಾದ ವಿದ್ಯುತ್‌ ಪ್ರವಾಹವಾದರೆ ಒಟ್ಟು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವು I = Ie + Ih

ಅಂತಸ್ಥ ಅರೆ ವಾಹಕವು ಶೂನ್ಯ ತಾಪ ಅಂದರೆ T = 0 K ನಲ್ಲಿ ನಿರೋಧಕಗಳಾಗಿ ವರ್ತಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ತಾಪವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿದಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಾಹಕಪಟ್ಟಿಗೆ ದಾಟುವುದರ ಮೂಲಕ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ. ಇಲ್ಲಿ ವಾಹಕತೆಯ ತಾಪಕ್ಕೆ ನೇರ ಅನುಪಾತವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಬಾಹ್ಯಸ್ಥ ಅರೆವಾಹಕಗಳು

ಸ್ವಲ್ಪ ಪ್ರಮಾಣದ ಸೂಕ್ತವಾದ ಅಶುದ್ಧತೆಯನ್ನು ಅಂದರೆ ಒಂದು ಮಿಲಿಯನ್‌ನಲ್ಲಿ ಕೆಲವೇ ಕೆಲವು ಭಾಗ ಶುದ್ಧವಾದ ಅರೆವಾಹಕಕ್ಕೆ ಮಿಶ್ರಣ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ಅವುಗಳ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು. ಇಂತಹ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಬಾಹ್ಯಸ್ಥ ಅರೆವಾಹಕಗಳು ಎನ್ನುವರು.

ಅಶುದ್ಧ ಪದಾರ್ಥವನ್ನು ಅಂತಸ್ಥ ಅರೆವಾಹಕಕ್ಕೆ ಮಿಶ್ರಣಗೊಳಿಸುವುದನ್ನು ಡೋಪಿಂಗ್ ಎಂತಲೂ ಮಿಶ್ರಗೊಳಿಸಿದ ಅಶುದ್ಧ ಪರಮಾಣುವನ್ನು ಡೋಪೆಂಟ್ಸ್ ಎಂತಲೂ ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

n- ಬಗೆಯ ಅರೆವಾಹಕ

ಪಂಚವೇಲೆಂಟ್‌ ಮೂಲಧಾತುವಾದ As, Sb ಅಥವಾ P ಗಳನ್ನು ಟೆಟ್ರಾವೇಲೆಂಟ್ ಅರೆವಾಹಕಗಳಾದ Si ಅಥವಾ Ge ಗೆ ಮಿಶ್ರಣಗೊಳಿಸಿದಾಗ, +5 ವೇಲೆನ್ಸಿಯಿರುವ ಮೂಲಧಾತುವಿನ ಪರಮಾಣುವೊಂದು Si ಹರಳಿನ ಜಾಲಕದಲ್ಲಿರುವ ಪರಮಾಣುವಿನ ಜಾಗವೊಂದನ್ನು ಆಕ್ರಮಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

ಹೀಗೆ ಆಕ್ರಮಿಸಿಕೊಂಡಾಗ ತನ್ನಲ್ಲಿರುವ ಐದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಪೈಕಿ ನಾಲ್ಕು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ತನ್ನ ಸುತ್ತುವರೆದಿರುವ ನಾಲ್ಕು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಬಂಧ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಉಳಿದ ಐದನೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಮೂಲ ಪರಮಾಣುವಿನೊಂದಿಗೆ ದುರ್ಬಲವಾಗಿ ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಈ ದುರ್ಬಲ ಬಂಧಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಬಂಧದಿಂದ ವಿಮುಕ್ತಿಗೊಳಿಸಲು ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿ ಸಾಕಾಗಿದ್ದು ಕೊಠಡಿ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಚಲಿಸಬಲ್ಲದು.

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಬಾಹ್ಯಸ್ಥ ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು 0.01 eV ಮತ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಬಾಹ್ಯಸ್ಥ ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಅನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು 0.05 eV ಸಾಕಾಗುತ್ತದೆ. ಇದರಿಂದ ವಾಹಕತೆಯು ಕೊಠಡಿ ತಾಪದಲ್ಲಿ ಶುದ್ಧ ವಾಹಕಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ.

n - ಬಗೆಯ ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ ne >> nn

p - ಬಗೆಯ ಅರೆವಾಹಕ

ತ್ರಿವೇಲೆಂಟ್‌ ಅಶುದ್ಧತೆಗಳಾದ AI, B ಅಥವಾ In ಮುಂತಾದವುಗಳನ್ನು ಟೆಟ್ರಾವೇಲೆಂಟ್‌ ಅರೆವಾಹಕಗಳಾದ Si ಅಥವಾ Ge ನೊಂದಿಗೆ ಡೋಪ್‌ ಮಾಡಿದಾಗ p - ಬಗೆಯ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ಹೀಗೆ ಡೋಪ್ ಮಾಡುವಾಗ ಡೊಪೆಂಟ್‌ ಪರಮಾಣು ತನ್ನ ಸುತ್ತುವರೆದಿರುವ ನಾಲ್ಕು Si ಪರಮಾಣುಗಳ ಪೈಕಿ ಮೂರು ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಕೊವೇಲೆಂಟ್‌ ಬಂಧ ರಚಿಸಿ ನಾಲ್ಕೇ Si ಪರಮಾಣು ಮತ್ತು ಡೋಪೆಂಟ್‌ ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವೆ ಇರುವ ಬಂಧದಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರವನ್ನು ಉಂಟು ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಈ ರಂಧ್ರವು ಧನಾವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದು ಆ ಜಾಗವನ್ನು ತುಂಬಲು ಅಕ್ಕಪಕ್ಕದಲ್ಲಿನ ಪರಮಾಣುವಿನ ಹೊರ ಕವಚದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ನೆಗೆಯುತ್ತವೆ. ನೆಗೆದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಜಾಗದಲ್ಲಿ ಉಂಟಾದ ರಂಧ್ರವನ್ನು ತುಂಬಲು ಇನ್ನೊಂದು ಪರಮಾಣುವಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನೆಗೆಯುತ್ತದೆ.

ಈ ಪ್ರಕಾರವಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ನ ಚಲನೆಯು ವಾಹಕತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ
p - ಬಗೆಯ ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ nn>> ne