ஏற்கனவே மின்தேக்கிகள் மற்றும் மின்தடைகள் குறித்து இரண்டு கட்டுரைகளில் விவாதித்திருந்தேன்.
அந்தக் கட்டுரைகளை படிக்கவில்லை எனில், இந்த கட்டுரையை படித்துவிட்டு அதையும் பார்வையிடவும்.
சரி! இன்றைய தலைப்புக்கு வருவோமா?
குறை கடத்திகள் அப்படி என்றால் என்ன?
ஏன் அவை குறைவாக கடத்த வேண்டும்?
என அடுக்கடுக்கான கேள்விகள் உங்களுக்குள் வரலாம்.
அடிப்படையில் திடப்பொருட்கள் மூன்று வகையில் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.
இந்த வகைப்பாடானது, திடப் பொருட்களின் ஆற்றல் மட்ட கோட்பாட்டின்( Band theory of solids) அடிப்படையில் மேற்கொள்ளப்படுகிறது.
அவையாவன,
- கடத்திகள்( conductors )
- காப்பு பொருட்கள் ( insulators)
- குறை கடத்திகள் ( semi conductors )
தனது ஊடாக பாயும் மின்னூட்டத்தை, பெருமளவு கடத்தக்கூடிய பொருட்கள் கடத்திகள் என வரையறுக்கப்படுகின்றன.
தனது ஊடாக மின்னூட்டத்தை கடத்தாத பொருட்கள், காப்பு பொருட்கள்(insulators) என வரையறுக்கப்படுகின்றன.
ஆனால், குறை கடத்திகளின் வேலை சற்றே வேறுபட்டது. சில சூழ்நிலைகளில், அவை கடத்திகளாக செயல்படுகின்றன! மற்றும் சில சூழ்நிலைகளில் அவை காப்பு பொருட்களாகவும் செயல்படுகின்றன.
அது தொடர்பாக நாம் அறிந்து கொள்வதற்கு, முதலிலேயே நான் குறிப்பிட்ட திடப்பொருட்களின் ஆற்றல் மற்ற கோட்பாடு(band theory of solids) குறித்து அறிந்து கொள்ள வேண்டும்.
நம் அனைவருக்கும் தெரியும்! ஒரு அணுவின் மையப் பகுதியில் புரோட்டானும்,நியூட்ரானும் இருக்கும். அதை சுற்றி இருக்கும் ஆற்றல் மட்டங்களில்( energy bands), எலக்ட்ரான்கள் நிரப்பப்பட்டு இருக்கும்.
பொதுவாக, கடைசியான ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் இணை திறன் எலக்ட்ரான்கள்( valence band electrons) என்று அறியப்படுகின்றன.
இந்த எலக்ட்ரான்களே பொதுவாக வேதிவினைகளில் ஈடுபட்டு, பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றன.
இந்த இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களுக்கும் மேலே, ஒரு ஆற்றல் மட்டம் இருக்கிறது.
அந்த ஆற்றல் மட்டத்தின் பெயர்தான் கடத்து மட்டம்(conduction band). இணைதிறன் மட்டத்திற்கும் கடத்து மட்டத்திற்கும் இடையேயான தொலைவின் அடிப்படையிலேயே, ஒரு திடப்பொருள் கடத்தியா? காப்பு பொருளா? அல்லது குறை கடத்தியாயென தீர்மானம் செய்ய முடியும்.
பொதுவாக, இந்த இடைவெளியை எலக்ட்ரான் வோல்ட்(eV)எனும் அலகால் அளவீடு செய்கிறோம்.
அதன் வகைப்பாடுகள் பின்வருமாறு குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது..
கடத்திகள் – 0 to 0.3 eV
குறை கடத்திகள் – 0.3eV to 3 eV
காப்பு பொருட்கள் – பொதுவாக 7 eV
மேலே குறிப்பிடப்பட்டுள்ள வகைப்பாடுகள் அனைத்தும், இணை திறன் ஆற்றல் மட்டத்திற்கும்,கடத்து ஆற்றல் மட்டத்திற்கும் இடையேயான தொலைவை வரையறுக்கிறது.
உதாரணத்திற்காக ,
மூன்று கால்வாய்கள்(A,B மற்றும் C) இருக்கின்றன. முதலாவது கால்வாயில்(A) நீர் தாராளமாக செல்ல முடியும். இரண்டாவது கால் வாயில்(B) சுமார் ஓரடி உயரத்தில் தடுப்பணை கட்டப்பட்டுள்ளது. ஒரு அடி உயரத்திற்கு மேலான நீர்மட்டம் இருக்கும் போது மட்டுமே அந்த கால்வாயில் நீர் செல்லும். அதே, மூன்றாவது கால்வாயில்(C) 10 அடி உயரத்திற்கு தடுப்பணை கட்டப்பட்டுள்ளது. சாதாரண சூழலில், அந்த கால்வாயில் நீர் செல்வதற்கு வாய்ப்பே கிடையாது.
இங்கு குறிப்பிடப்பட்டு இருக்கக்கூடிய A கால்வாயை கடத்தியாக கொள்ளுங்கள்.
B கால்வாயை குறை கடத்தியாக கொள்ளுங்கள்.
C கால்வாயை காப்பு பொருளாக கொள்ளுங்கள்.
இப்பொழுது உங்களுக்கு புரிந்திருக்கும், என்று நம்புகிறேன்.
சரி! இந்த குறை கடத்திக்களுக்கு, ஏதாவது சிறந்த எடுத்துக்காட்டுகள் இருக்கின்றனவா?
உண்மையை சொல்லப் போனால், நாம் தினமும் மிதித்து நடக்கும் மண் தான் சிறந்த குறைகடத்தி.
ஆம்! மண்ணில் இருக்கும் சிலிக்கா தான் இந்த உலகில் பயன்படுத்தப்படும் ஆகச்சிறந்த குறைகடத்தி.
அதைத்தொடர்ந்து ஜெர்மானியம், கேலியம் ஆர்செனிட் உள்ளிட்ட பல எடுத்துக்காட்டுகளை குறிப்பிடலாம்.
சிலிக்கா வின் , இணைதிறன் மட்டத்திற்கும் ஆற்றல் மட்டத்திற்கும் ஆன இடைவெளி 1.1 எலக்ட்ரான் வோல்ட் ஆகும்.
அதாவது 1.1 வோல்ட் மின்சாரத்தை வழங்கும் வரை கடத்தியாக செயல்படாது என பொருள்படும்.
அதற்குப் பிறகு தான் கடத்தியாக செயல்படும்.
இதன் அடிப்படையிலேயே, டையோடுகள் தயாரிக்கப்படுகின்றன.
மாசூட்டுதல்(doping )எனும் முறையின் மூலமாக, திறன்மிக்க குறை கடத்திகள் தயாரிக்கப்படுகின்றன.
உதாரணமாக, 10 லட்சம் சிலிக்கான் அணுக்களில் 10 போர் ஆன் அணுக்களை நுழைக்கும் போது, அந்த கடத்தியின் கடத்தும் திறனில் மிகப்பெரிய மாற்றம் ஏற்படுகிறது.
இதன் அடிப்படையிலேயே சந்திடையோடு,செனார் டையோடு போன்றவை தயாரிக்கப்பட்டு இருக்கின்றன.
மேலும், ஒளி உமிழ் டையோடு(LED) போன்றவையும் குறை கடத்தியின் மேம்படுத்தப்பட்ட ஒரு வடிவம் தான்.
மற்றபடி ட்ரான்சிஸ்டர்கள்( திரிதடையம்) போன்றவையும், இதன் அடிப்படையிலேயே செயல்படுகின்றன.
மின்சாரத்தை கடத்துவதோடு நின்று விடாமல் தரவுகளை சேமித்து வைக்கும் அளவுக்கு குறை கடத்திகள் துறை வளர்ந்திருக்கிறது.
குறை கடத்திகள் இல்லாத எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையே இல்லை என்று குறிப்பிடலாம்.
நீங்கள் வீட்டில் பயன்படுத்தும் மொபைல் போனில் தொடங்கி செயற்கைக்கோள்கள் வரை, குறை கடத்திக்களின் பங்கு அளப்பரியது.
ஆயிரக்கணக்கான( எண்ணிக்கை தெரியவில்லை) குறைகடத்திகளை கடந்து கொண்டுதான்! நான் இங்கு எழுதிக் கொண்டிருக்கும் தரவுகளை கூட, நீங்கள் படித்துக் கொண்டிருக்கிறீர்கள்.
இவ்வளவு சிறப்புகளைக் கொண்ட குறை கடத்தியின் அடிப்படை பொருளாக விளங்கும், சிலிக்கான் உற்பத்தியில் சீனா முதலிடத்தில் இருக்கிறது.
குறை கடத்திகளை அடிப்படையாகக் கொண்டு இயங்கும் நிறுவனங்களின் மையமாக, அமெரிக்காவின் சிலிக்கான் பள்ளத்தாக்கு(silicon valley) அமைந்திருக்கிறது.
உண்மையை சொல்லப்போனால், தற்கால சூழலில் குறைக்கடத்திகள் இல்லாத ஒரு நிமிடத்தை கூட நம்மால் கற்பனை செய்து பார்க்க முடியாது.
எண்ணில் அடங்காத அறிவியல் விந்தைகளை தன்னகத்தே கொண்டிருக்கும் குறை கடத்திகள் குறித்து முழுமையாக விளக்க வேண்டும் என்றால் நூற்றுக்கணக்கான கட்டுரைகள், ஏன் ! ஆயிரக்கணக்கான கட்டுரைகள் கூட தேவைப்படலாம்.
இங்கே எனக்குத் தெரிந்த மிகவும் அடிப்படையான தகவல்களை ஒருங்கிணைத்து அளித்திருக்கிறேன்.
மேற்படி நான் வழங்கியிருக்கும் தகவல்களில் ஏதேனும் பிழைகள் இருப்பின், தயங்காது என்னுடைய மின் மடல் முகவரிக்கு தெரிவியுங்கள். உங்களுடைய கருத்துக்கள் எப்போதும் வரவேற்கப்படுகிறது.
கட்டுரையாளர்
ஸ்ரீ காளீஸ்வரர் செ,
இளங்கலை இயற்பியல் மாணவர்,
இளநிலை கட்டுரையாளர் மற்றும் மொழிபெயர்ப்பாளர்,
கணியம் அறக்கட்டளை.
மின் மடல் முகவரி : srikaleeswarar@myyahoo.com