ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಕೆಲಸ ಹೇಗೆ

ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಬೇಸಿಕ್ಸ್

ಅವಲೋಕನ

ಆಧುನಿಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಅರೆವಾಹಕಗಳೆಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ವಸ್ತುಗಳ ವರ್ಗಕ್ಕೆ ಧನ್ಯವಾದಗಳು. ಎಲ್ಲಾ ಸಕ್ರಿಯ ಘಟಕಗಳು, ಸಂಯೋಜಿತ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು, ಮೈಕ್ರೋಚಿಪ್ಗಳು, ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು, ಹಾಗೆಯೇ ಅನೇಕ ಸಂವೇದಕಗಳನ್ನು ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳೊಂದಿಗೆ ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗಿದೆ. ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅತ್ಯಂತ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲ್ಪಡುವ ಮತ್ತು ಪ್ರಸಿದ್ಧವಾದ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಾಗಿದ್ದಾಗ, ಜರ್ಮನಿಯನಿಯಮ್, ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಮತ್ತು ಜೈವಿಕ ಅರೆವಾಹಕಗಳು ಸೇರಿದಂತೆ ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿ ವಸ್ತುವು ವೆಚ್ಚ / ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಅನುಪಾತ, ಉನ್ನತ ವೇಗ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನ, ಅಥವಾ ಸಿಗ್ನಲ್ಗೆ ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮುಂತಾದ ಟೇಬಲ್ಗೆ ಕೆಲವು ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ತರುತ್ತದೆ.

ಅರೆವಾಹಕಗಳು

ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ನಿಖರವಾಗಿ ತಮ್ಮ ವಿದ್ಯುತ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಅರೆವಾಹಕಗಳು ಎಷ್ಟು ಉಪಯುಕ್ತವೆಂದು ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಸಣ್ಣ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಕಲ್ಮಶಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಿಭಿನ್ನ ಕಲ್ಮಶಗಳು ಮತ್ತು ವಿಭಿನ್ನ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಉತ್ಪತ್ತಿ ಮಾಡುವ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಡೋಪಿಂಗ್ ಎಂಬ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಮೂಲಕ. ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಅರೆವಾಹಕದ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ಚಲಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು.

ತಾಮ್ರದಂತಹ ವಿಶಿಷ್ಟ ಕಂಡಕ್ಟರ್ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪ್ರಸಕ್ತವನ್ನು ಸಾಗಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಚಾರ್ಜ್ ವಾಹಕವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು 'ರಂಧ್ರಗಳು', ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಚಾರ್ಜ್ ವಾಹಕಗಳಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್, ವಾಹಕತೆ ಮತ್ತು ಚಾರ್ಜ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್ನ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅಥವಾ ರಂಧ್ರದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಮಾಡಬಹುದು.

ಎರಡು ರೀತಿಯ ಡೋಪಿಂಗ್, ಎನ್-ಟೈಪ್, ಮತ್ತು ಪಿ-ಟೈಪ್ ಇವೆ. ಎನ್-ಟೈಪ್ ಡೋಪಂಟ್ಗಳು, ವಿಶಿಷ್ಟವಾಗಿ ಫಾಸ್ಫರಸ್ ಅಥವಾ ಆರ್ಸೆನಿಕ್, ಐದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಇದು ಅರೆವಾಹಕಕ್ಕೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ನಕಾರಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ, ಈ ವಿಧಾನವನ್ನು ಎನ್-ಟೈಪ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬೋರಾನ್ ಮತ್ತು ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ನಂತಹ ಪಿ-ಟೈಪ್ ಡೋಪಂಟ್ಗಳು ಕೇವಲ ಮೂರು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಇದು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸ್ಫಟಿಕದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ, ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ರಂಧ್ರವನ್ನು ಅಥವಾ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಪಿ-ಟೈಪ್ ಎಂಬ ಹೆಸರನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಎನ್-ಟೈಪ್ ಮತ್ತು ಪಿ-ಟೈಪ್ ಡೋಪಂಟ್ಗಳು ಎರಡೂ ನಿಮಿಷಗಳಲ್ಲೂ ಸಹ, ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಒಂದು ಯೋಗ್ಯ ವಾಹಕವನ್ನು ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎನ್-ಟೈಪ್ ಮತ್ತು ಪಿ-ಟೈಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು ಕೇವಲ ಯೋಗ್ಯವಾದ ವಾಹಕಗಳಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಅವುಗಳು ಬಹಳ ವಿಶೇಷವಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ನೀವು ಪರಸ್ಪರ ಸಂಪರ್ಕದಲ್ಲಿ ಇರುವಾಗ, ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ರಚಿಸಿದಾಗ, ನೀವು ಕೆಲವು ವಿಭಿನ್ನವಾದ ಮತ್ತು ಅತ್ಯಂತ ಉಪಯುಕ್ತವಾದ ನಡವಳಿಕೆಗಳನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತೀರಿ.

ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ ಡಯೋಡ್

ಪ್ರತಿ ವಸ್ತುವನ್ನು ಭಿನ್ನವಾಗಿ ಒಂದು ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್, ಕಂಡಕ್ಟರ್ನಂತೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಎರಡೂ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತುತ ಹರಿಯುವಿಕೆಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುವುದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ, ಒಂದು PN ಜಂಕ್ಷನ್ ಪ್ರಸ್ತುತ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಹರಿಯುವಂತೆ ಮಾಡಲು ಮೂಲಭೂತ ಡಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ. ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ನಲ್ಲಿ ಮುಂದಕ್ಕೆ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ (ಫಾರ್ವರ್ಡ್ ಬಯಾಸ್) ಒಂದು ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವುದರಿಂದ ಎನ್-ಟೈಪ್ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪಿ-ಟೈಪ್ ಪ್ರದೇಶದ ರಂಧ್ರಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತವೆ. ಡಯೋಡ್ ಮೂಲಕ ಪ್ರಸಕ್ತ (ರಿವರ್ಸ್ ಬಯಾಸ್) ಹರಿವನ್ನು ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಹೊರತುಪಡಿಸಿ, ಜಂಕ್ಷನ್ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ತಡೆಯುತ್ತದೆ. ಇತರ ಮಾರ್ಗಗಳಲ್ಲಿ ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ಗಳನ್ನು ಜೋಡಿಸುವುದು ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ನಂತಹ ಇತರ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಘಟಕಗಳಿಗೆ ಬಾಗಿಲು ತೆರೆಯುತ್ತದೆ.

ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು

ಒಂದು ಡಯೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಬಳಸಲ್ಪಡುವ ಬದಲು ಮೂರು ಎನ್-ಟೈಪ್ ಮತ್ತು ಪಿ-ಟೈಪ್ ವಸ್ತುಗಳ ಜಂಕ್ಷನ್ನ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ಮೂಲಭೂತ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಅನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ ಎನ್ಪೋನ್ ಮತ್ತು ಪಿಎನ್ಪಿ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳನ್ನು ಬೈಪೋಲಾರ್ ಜಂಕ್ಷನ್ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು ಅಥವಾ ಬಿಜೆಟಿಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸೆಂಟರ್, ಅಥವಾ ಬೇಸ್, ಪ್ರದೇಶ BJT ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಸ್ವಿಚ್ ಅಥವಾ ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್ ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.

ಎನ್ಪಿಎನ್ ಮತ್ತು ಪಿಎನ್ಪಿ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು ಹಿಂಭಾಗಕ್ಕೆ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಿದ ಎರಡು ಡಯೋಡ್ಗಳಂತೆ ಕಾಣುತ್ತವೆಯಾದರೂ, ಎರಡೂ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿಯೂ ಹರಿಯುವ ಎಲ್ಲ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಇದು ನಿರ್ಬಂಧಿಸುತ್ತದೆ. ಕೇಂದ್ರದ ಪದರವು ಪೂರ್ವಪಾವತಿಯಾದಾಗ, ಕೇಂದ್ರದ ಪದರದ ಮೂಲಕ ಸಣ್ಣ ಪ್ರವಹಿಸುವಿಕೆಯು ಹರಿಯುತ್ತದೆ, ಡಯೋಡ್ನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಕೇಂದ್ರದ ಪದರ ಬದಲಾವಣೆಯೊಂದಿಗೆ ರಚನೆಯಾಗುತ್ತವೆ, ಇಡೀ ಸಾಧನದಾದ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹವು ಹರಿಯುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ವರ್ತನೆಯು ಸಣ್ಣ ಪ್ರವಾಹಗಳನ್ನು ವರ್ಧಿಸಲು ಮತ್ತು ಪ್ರಸಕ್ತ ಮೂಲವನ್ನು ಆನ್ ಅಥವಾ ಆಫ್ ಮಾಡಲು ಸ್ವಿಚ್ ಆಗಿ ವರ್ತಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಸುಧಾರಿತ, ವಿಶೇಷ ಕಾರ್ಯ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿತ ಡಯೋಡ್ಗಳಿಗೆ ಹಲವಾರು ವಿಧಗಳಲ್ಲಿ ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ಗಳನ್ನು ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸುವ ಮೂಲಕ ವಿವಿಧ ವಿಧದ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಮಾಡಬಹುದು. ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ಗಳ ಎಚ್ಚರಿಕೆಯ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ತಯಾರಿಸಿದ ಕೆಲವೊಂದು ಅಂಶಗಳು ಕೆಳಕಂಡಂತಿವೆ.

• DIAC
• ಲೇಸರ್ ಡಯೋಡ್
• ಲೈಟ್-ಎಮಿಟಿಂಗ್ ಡಯೋಡ್ (ಎಲ್ಇಡಿ)
• ಝೀನರ್ ಡಯೋಡ್
• ಡಾರ್ಲಿಂಗ್ಟನ್ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್
• MOSFET ಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ಫೀಲ್ಡ್-ಎಫೆಕ್ಟ್ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್
• IGBT ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್
• ಸಿಲಿಕಾನ್ ನಿಯಂತ್ರಿತ ರಿಕ್ಟಿಫೈಯರ್ (SCR)
• ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ (ಐಸಿಗಳು)
• ಮೈಕ್ರೋಪ್ರೊಸೆಸರ್
• ಡಿಜಿಟಲ್ ಮೆಮೊರಿ - RAM ಮತ್ತು ROM

ಸಂವೇದಕಗಳು

ಅರೆವಾಹಕಗಳು ಅನುಮತಿಸುವ ಪ್ರಸ್ತುತ ನಿಯಂತ್ರಣಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, ಅವುಗಳು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಸಂವೇದಕಗಳಿಗಾಗಿ ಮಾಡುವ ಗುಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ತಾಪಮಾನ, ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳಿಗೆ ಅವುಗಳನ್ನು ಸೂಕ್ಷ್ಮಗ್ರಾಹಿಯಾಗಿ ಮಾಡಬಹುದು. ಅರೆವಾಹಕ ಸಂವೇದಕಕ್ಕೆ ಪ್ರತಿರೋಧದ ಬದಲಾವಣೆಯು ಅತ್ಯಂತ ಸಾಮಾನ್ಯ ರೀತಿಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ. ಅರೆವಾಹಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಕೆಲವು ರೀತಿಯ ಸಂವೇದಕಗಳನ್ನು ಕೆಳಗೆ ಪಟ್ಟಿ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ.

• ಹಾಲ್ ಪರಿಣಾಮ ಸಂವೇದಕ (ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಸಂವೇದಕ)
• ಥರ್ಮಿಸ್ಟರ್ (ನಿರೋಧಕ ತಾಪಮಾನ ಸಂವೇದಕ)
• CCD / CMOS (ಇಮೇಜ್ ಸಂವೇದಕ)
• Photodiode (ಬೆಳಕಿನ ಸಂವೇದಕ)
• ಫೋಟೋಸೋಸ್ಟರ್ (ಬೆಳಕಿನ ಸಂವೇದಕ)
• ಪೈಜೋಸಿಸ್ಟಿವ್ (ಒತ್ತಡ / ಸ್ಟ್ರೈನ್ ಸಂವೇದಕಗಳು)