ಅರೆವಾಹಕ

ವಾಹಕಗಳು (Conductors) ಮತ್ತು ಅವಾಹಕಗಳ (Insulators) ನಡುವಣ ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು (electrical conductivity) ಹೊಂದಿರುವ ಘನ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಅರೆವಾಹಕಗಳು (ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್) ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಇವು ವಾಹಕ ಮತ್ತು ಅವಾಹಕಗಳೆರಡರ ಗುಣಗಳ ಸಮ್ಮಿಶ್ರಣವಾಗಿವೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮತ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಬಹುವಾಗಿ ಬಳಸಲ್ಪಡುವ ಎರಡು ಪ್ರಮುಖ ಅರೆವಾಹಕಗಳು. ಪರಿಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಈ ವಸ್ತುಗಳ ವಾಹಕತೆ ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ ಇವುಗಳ ವಾಹಕತೆ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಾ ಹೋಗುತ್ತದೆ. ಈ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್‍ಗಳಲ್ಲಿ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮಧ್ಯದ ಅಂತರ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದರೆ, ಉಷ್ಣ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ, ಅಂತರ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿ, ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‍ನ ( ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟಿ) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ಗಳು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‍ಗೆ(ವಾಹಕ ಪಟ್ಟಿ) ಪಯಣಿಸಿ, ವಸ್ತುವಿಗೆ ವಾಹಕತೆ ತುಂಬಲು ಸಹಕರಿಸುತ್ತವೆ. ಅರೆವಾಹಕ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಇದರ ಗುಣಗಳಾದ ನಿರಾಯಾಸ ವಿಧ್ಯುತ್ ಚಲನೆ , ಬದಲಾಯಿಸ ಬಹುದಾದ ಪ್ರತಿರೋದಕ,ಬೆಳಕು ಮತ್ತು ಶಾಖ ದೊಡಗಿನ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯನ್ನು ಕಾಣಬಹುದು.ಈ ಗುಣಗಳಿಂದಲೇ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಹಿಗ್ಗಿಸುವಿಕೆ(Amplification),ಬದಲಾಯಿಸುವಿಕೆ(Switching),ಶಕ್ತಿಯ ಪರಿವರ್ತಕ(Energy Conversion) ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹಣಾ ವಾಹನಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಈ ಸಂಗ್ರಹಣಾ ವಾಹನಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ಹೋಲ್ಸ ಗಳಿಂದ ಕೂಡಿರುತ್ತವೆ.ಕಲಬೆರೆಕೆ ಕಣಗಳನ್ನು ಅರೆವಹಾಕಗಳಿಗೆ ಸೇರಿಸುವುದರ ಮುಖಾಂತರ ಸಂಗ್ರಹಣಾ ವಾಹನಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು. ಈ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಡೋಪಿಂಗ್(Doping) ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.ಡೋಪಿಂಗ್ ಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಸೆರೆಯಲ್ಲಿಲ್ಲದ ಹೋಲ್ಸಗಳು ಸೇರಿದಾಗ ಅದನ್ನು ಪ-ಟೈಪ್(p-type) ಎಂದೂ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಸೆರೆಯಲಿಲ್ಲದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಸೇರಿದಾಗ ಅದನ್ನು ನ್-ಟೈಪ್(n-type) ಅರೆವಾಹಕಗಳೆಂದೂ ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಅರೆವಾಹಕಗಳ ಕೆಲವು ಗುಣಗಳನ್ನು ೧೯ನೇ ಶತಮಾನದ ಮಧ್ಯದಿಂದ ೨೦ನೇ ಶತಮಾನದ ಆದಿಯ ಕಾಲಗಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಗಮನಿಸಲಾಯಿತು.ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಫಿಸಿಕ್ಸ್ ನ ಪ್ರಗತಿ ೧೯೪೭ ರಲ್ಲಿ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ (ಇಂಗ್ಲಿಷ್ - Transistor) ನ ಅಭಿವೃದ್ದಿಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು.ಕೆಲವೊಂದು ಮೂಲದಾತುಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಸಾಕಷ್ಟು ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ಅರೆವಾಹಕ ಗುಣಗಳಿದ್ದರೂ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಸಿಲಿಕಾನ್,ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಲೋಹಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸುತ್ತಾರೆ.

ಗುಣಗಳು

ಮಾರ್ಪುಕ ವಾಹಕ ಪರಿಶುದ್ದ ಅರೆವಾಹಕಗಳು ತಮ್ಮ valance bond ಗಳಲ್ಲಿ ಅವಶ್ಯವಿರುವ ಸಂಖ್ಯೆಯಷ್ಟೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಾರಣ ಅವು ಗುಣಮಟ್ಟವಲ್ಲದ ವಾಹಕಗಳಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಅದ್ದರಿಂದ ಮೇಲೆ ತಿಳಿಸಿದಂತೆ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅಥವಾ ಗೇಟಿಂಗ್ ತಂತ್ರಗಳ ಮುಖಾಂತರ ಅವುಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ/ಕಡಿಮೆ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು ಹೊಂದುವಂತೆ ಮಾರ್ಪಡಿಸಬಹುದು. ಹೀಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದಾಗ ಅರೆವಹಾಕಗಳು ಉತ್ತಮ(ಲಕ್ಷ ಅಥವಾ ಅದುಕ್ಕೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪಟ್ಟು) ವಾಹಕಗಳಗುತ್ತವೆ. ಶಕ್ತಿಯುತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳ ದೂರ ಪ್ರಯಾಣ ಅರೆವಾಹಕಗಳ Energy Band Gap ಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು ವಿವಿಧ ತಂತ್ರಗಳ ಮೂಲಕ ಉದ್ದೀಪಿಸಬಹುದು,ಇಂತಹ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಉದ್ದೀಪನದಿಂದ ಪಡೆದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಹಾಯದಿಂದ ತನ್ನೆಲ್ಲಾ ಶಕ್ತಿಯುನ್ನು ಶಾಖವಾಗಿ ಬೀರುತ್ತಾ ಬಹುದೂರ ಸಾಗುತ್ತವೆ. ಸೋಲಾರ್ ಸೆಲ್ಲ್ಸ್ ಮತ್ತು Bipolar Junction ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಗಳು ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಅರೆವಾಹಕಗಳ ಈ ಗುಣವನ್ನೇ ನೆಚ್ಚಿಕೊಂಡಿವೆ. ಬೆಳಕು ಸೂಸಿಕೆ ಕೆಲವೊಂದು ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಉದ್ದೀಪಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಶಾಖವಾಗಿ ಬೀರುವ ಬದಲು ಬೆಳಕನ್ನು ಸೂಸುತ್ತವೆ.ಇಂತಹ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಬೆಳಕನ್ನು ಸೂಸುವ diodes (ಒಂದೇ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಲನೆ ಮಾಡಲು ಅನುವುಮಾಡಿಕೊಡುವ ಉಪಕರಣ)ಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಶಾಖೋತ್ಪನ್ನ ಅಂಶ ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮವಾದ ಶಾಖೋತ್ಪನ್ನ ಅಂಶ ಇರುವುದರಿಂದ ಉಷ್ಣವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದಕಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣವಿದ್ಯುತ್ ಕೂಲರ್(ತಂಪು ಗೊಳಿಸುವ ಯಂತ್ರ)ಗಳಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸುತ್ತಾರೆ.