குறைக்கடத்திகளில் மின்சாரம்

மின்கடத்திகள் மற்றும் மின்கடத்தா இடையே, எதிர்ப்பின் அடிப்படையில், அமைந்துள்ளது குறைக்கடத்திகள்… சிலிக்கான், ஜெர்மானியம், டெல்லூரியம் போன்றவை. - கால அட்டவணையின் பல கூறுகள் மற்றும் அவற்றின் கலவைகள் குறைக்கடத்திகளுக்கு சொந்தமானது. பல கனிம பொருட்கள் குறைக்கடத்திகள். சிலிக்கான் இயற்கையில் மற்றவர்களை விட அகலமானது; பூமியின் மேலோடு அதில் 30% கொண்டது.

குறைக்கடத்திகளுக்கும் உலோகங்களுக்கும் இடையிலான முக்கிய வேலைநிறுத்த வேறுபாடு எதிர்ப்பின் எதிர்மறை வெப்பநிலை குணகத்தில் உள்ளது: குறைக்கடத்தியின் அதிக வெப்பநிலை, அதன் மின் எதிர்ப்பைக் குறைக்கிறது. உலோகங்களைப் பொறுத்தவரை, இது எதிர்மாறானது: அதிக வெப்பநிலை, அதிக எதிர்ப்பு. ஒரு குறைக்கடத்தி முழுமையான பூஜ்ஜியத்திற்கு குளிரூட்டப்பட்டால், அது மாறும் மின்கடத்தா.

அதிக வெப்பநிலை - குறைந்த எதிர்ப்பு

வெப்பநிலையில் குறைக்கடத்தி கடத்துத்திறனின் இந்த சார்பு செறிவு என்பதைக் காட்டுகிறது இலவச டாக்ஸி டிரைவர்கள் குறைக்கடத்திகளில் நிலையானது இல்லை மற்றும் வெப்பநிலையுடன் அதிகரிக்கிறது.ஒரு குறைக்கடத்தி மூலம் மின்சாரம் கடந்து செல்லும் வழிமுறையை உலோகங்களைப் போல இலவச எலக்ட்ரான்களின் வாயு மாதிரியாகக் குறைக்க முடியாது. இந்த பொறிமுறையைப் புரிந்து கொள்ள, நாம் ஒரு ஜெர்மானியம் படிகத்தை உதாரணமாகப் பார்க்கலாம்.

சாதாரண நிலையில், ஜெர்மானியம் அணுக்கள் அவற்றின் வெளிப்புற ஷெல்லில் நான்கு வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டிருக்கின்றன - நான்கு எலக்ட்ரான்கள் கருவுடன் தளர்வாக பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. மேலும், ஜெர்மானியம் படிக லட்டியில் உள்ள ஒவ்வொரு அணுவும் நான்கு அண்டை அணுக்களால் சூழப்பட்டுள்ளது. இங்குள்ள பிணைப்பு கோவலன்ட் ஆகும், அதாவது இது ஜோடி வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்களால் உருவாகிறது.

ஒவ்வொரு வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்களும் ஒரே நேரத்தில் இரண்டு அணுக்களுக்கு சொந்தமானது என்றும், ஜெர்மானியத்திற்குள் உள்ள வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்களின் பிணைப்புகள் அதன் அணுக்களுடன் உலோகங்களை விட வலிமையானவை என்றும் மாறிவிடும். அதனால்தான், அறை வெப்பநிலையில், குறைக்கடத்திகள் உலோகங்களை விட மோசமான அளவிலான மின்னோட்டத்தை நடத்துகின்றன. மேலும் முழுமையான பூஜ்ஜியத்தில், ஜெர்மானியத்தின் அனைத்து வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்களும் பிணைப்புகளில் ஆக்கிரமிக்கப்படும் மற்றும் மின்னோட்டத்தை வழங்க இலவச எலக்ட்ரான்கள் இருக்காது.

வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது, ​​சில வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்கள் கோவலன்ட் பிணைப்புகளை உடைக்க போதுமான ஆற்றலைப் பெறுகின்றன. இப்படித்தான் கட்டற்ற கடத்தல் எலக்ட்ரான்கள் உருவாகின்றன. துண்டிக்கப்பட்ட மண்டலங்களில் ஒரு வகை காலியிடங்கள் உருவாகின்றன- எலக்ட்ரான்கள் இல்லாத துளைகள்.

இந்த துளை அண்டை ஜோடியிலிருந்து ஒரு வேலன்ஸ் எலக்ட்ரானால் எளிதில் ஆக்கிரமிக்கப்படலாம், பின்னர் துளை அண்டை அணுவில் நகரும். ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகள் என்று அழைக்கப்படுபவை படிகத்தில் உருவாகின்றன.

அதே நேரத்தில், எலக்ட்ரான்-துளை மறுசீரமைப்பு செயல்முறை நடைபெறுகிறது - ஒரு இலவச எலக்ட்ரானைச் சந்திக்கும் ஒரு துளை ஜெர்மானியம் படிகத்தில் உள்ள அணுக்களுக்கு இடையிலான கோவலன்ட் பிணைப்பை மீட்டெடுக்கிறது. எலக்ட்ரான் மற்றும் துளை கொண்ட இத்தகைய ஜோடிகள், வெப்பநிலை நடவடிக்கை காரணமாக மட்டுமல்லாமல், குறைக்கடத்தி ஒளிரும் போது, ​​அதாவது, அதன் மீது ஏற்படும் ஆற்றல் நிகழ்வு காரணமாகவும் குறைக்கடத்தியில் எழலாம். மின்காந்த கதிர்வீச்சு.

குறைக்கடத்திக்கு வெளிப்புற மின்சார புலம் பயன்படுத்தப்படாவிட்டால், இலவச எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் குழப்பமான வெப்ப இயக்கத்தில் ஈடுபடுகின்றன. ஆனால் ஒரு செமிகண்டக்டர் வெளிப்புற மின்சார புலத்தில் வைக்கப்படும் போது, ​​எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் வரிசைப்படுத்தப்பட்ட முறையில் நகரத் தொடங்குகின்றன. அப்படித்தான் பிறக்கிறது குறைக்கடத்தி மின்னோட்டம்.

இது எலக்ட்ரான் மின்னோட்டம் மற்றும் துளை மின்னோட்டம் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு குறைக்கடத்தியில், துளைகள் மற்றும் கடத்தல் எலக்ட்ரான்களின் செறிவு சமமாக இருக்கும் மற்றும் தூய குறைக்கடத்திகளில் மட்டுமே அது அவ்வாறு செய்கிறது. எலக்ட்ரான் துளை கடத்தல் பொறிமுறை… இது குறைக்கடத்தியின் உள்ளார்ந்த மின் கடத்துத்திறன் ஆகும்.

தூய்மையற்ற கடத்தல் (எலக்ட்ரான் மற்றும் துளை)

குறைக்கடத்தியில் அசுத்தங்கள் இருந்தால், தூய குறைக்கடத்தியுடன் ஒப்பிடும்போது அதன் மின் கடத்துத்திறன் கணிசமாக மாறுகிறது. ஒரு சிலிக்கான் படிகத்திற்கு பாஸ்பரஸ் வடிவில் ஒரு அசுத்தத்தை சேர்ப்பது, 0.001 அணு சதவிகிதம், கடத்துத்திறனை 100,000 மடங்குக்கு மேல் அதிகரிக்கும்! கடத்துத்திறனில் அசுத்தங்களின் இத்தகைய குறிப்பிடத்தக்க விளைவு புரிந்துகொள்ளத்தக்கது.

தூய்மையற்ற கடத்துத்திறன் வளர்ச்சிக்கான முக்கிய நிபந்தனை, தூய்மையற்ற தன்மை மற்றும் தாய் உறுப்புகளின் வேலன்ஸ் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான வேறுபாடு ஆகும். அத்தகைய தூய்மையற்ற கடத்தல் என்று அழைக்கப்படுகிறது தூய்மையற்ற கடத்தல் மற்றும் எலக்ட்ரான் மற்றும் துளையாக இருக்கலாம்.

ஒரு ஜெர்மானியம் படிகமானது ஆர்சனிக் எனப்படும் பென்டாவலன்ட் அணுக்கள் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டால் மின்னணு கடத்துத்திறனைக் கொண்டிருக்கத் தொடங்குகிறது, அதே சமயம் ஜெர்மானியத்தின் அணுக்களின் வேலன்ஸ் நான்கு ஆகும். பெண்டாவலன்ட் ஆர்சனிக் அணு ஜெர்மானியம் படிக லட்டிக்கு பதிலாக இருக்கும் போது, ​​ஆர்சனிக் அணுவின் நான்கு வெளிப்புற எலக்ட்ரான்கள் நான்கு அண்டை ஜெர்மானிய அணுக்களுடன் கோவலன்ட் பிணைப்புகளில் ஈடுபடுகின்றன. ஆர்சனிக் அணுவின் ஐந்தாவது எலக்ட்ரான் சுதந்திரமாகிறது, அது எளிதில் அதன் அணுவை விட்டு வெளியேறுகிறது.

மற்றும் எலக்ட்ரான் விட்டுச் செல்லும் அணு, குறைக்கடத்தியின் படிக லட்டு இடத்தில் நேர்மறை அயனியாக மாறுகிறது. அசுத்தத்தின் வேலன்ஸ் முக்கிய அணுக்களின் வேலன்ஸ் அதிகமாக இருக்கும் போது இது நன்கொடை அசுத்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. பல இலவச எலக்ட்ரான்கள் இங்கே தோன்றும், அதனால்தான், ஒரு தூய்மையற்ற அறிமுகத்துடன், குறைக்கடத்தியின் மின் எதிர்ப்பு ஆயிரக்கணக்கான மற்றும் மில்லியன் மடங்கு குறைகிறது. அதிக அளவு கூடுதல் அசுத்தங்களைக் கொண்ட ஒரு குறைக்கடத்தி கடத்துத்திறனில் உலோகங்களை அணுகுகிறது.

ஆர்சனிக்-டோப் செய்யப்பட்ட ஜெர்மானியம் படிகத்தின் உள்ளார்ந்த கடத்துத்திறனுக்கு எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் காரணமாக இருந்தாலும், ஆர்சனிக் அணுக்களை விட்டு வெளியேறிய எலக்ட்ரான்கள் முக்கிய இலவச சார்ஜ் கேரியர்கள் ஆகும். அத்தகைய சூழ்நிலையில், இலவச எலக்ட்ரான்களின் செறிவு துளைகளின் செறிவை மீறுகிறது, மேலும் இந்த வகை கடத்துத்திறன் குறைக்கடத்தியின் மின்னணு கடத்துத்திறன் என்றும், குறைக்கடத்தி தன்னை n-வகை குறைக்கடத்தி என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

பெண்டாவலன்ட் ஆர்சனிக்கிற்குப் பதிலாக, ஜெர்மானியம் படிகத்துடன் டிரிவலன்ட் இண்டியம் சேர்க்கப்பட்டால், அது மூன்று ஜெர்மானிய அணுக்களை மட்டுமே கொண்ட கோவலன்ட் பிணைப்புகளை உருவாக்கும். நான்காவது ஜெர்மானியம் அணு இண்டியம் அணுவுடன் பிணைக்கப்படாமல் இருக்கும். ஆனால் ஒரு கோவலன்ட் எலக்ட்ரானை அண்டை நாடான ஜெர்மானியம் அணுக்களால் பிடிக்க முடியும்.இண்டியம் ஒரு எதிர்மறை அயனியாக இருக்கும், மேலும் அண்டை நாடான ஜெர்மானிய அணுவானது கோவலன்ட் பிணைப்பு இருந்த ஒரு காலியிடத்தை ஆக்கிரமிக்கும்.

அத்தகைய அசுத்தமானது, ஒரு அசுத்த அணு எலக்ட்ரான்களைப் பிடிக்கும் போது, ​​அது ஏற்பி அசுத்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒரு ஏற்பி அசுத்தம் அறிமுகப்படுத்தப்படும் போது, ​​பல கோவலன்ட் பிணைப்புகள் படிகத்தில் உடைந்து பல துளைகள் உருவாகின்றன, அதில் எலக்ட்ரான்கள் கோவலன்ட் பிணைப்புகளிலிருந்து குதிக்க முடியும். மின்சாரம் இல்லாத நிலையில், துளைகள் படிகத்தின் மீது சீரற்ற முறையில் நகரும்.

ஏராளமான துளைகளை உருவாக்குவதன் காரணமாக ஒரு ஏற்பி குறைக்கடத்தியின் கடத்துத்திறனில் கூர்மையான அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கிறது, மேலும் இந்த துளைகளின் செறிவு குறைக்கடத்தியின் உள்ளார்ந்த மின் கடத்துத்திறனின் எலக்ட்ரான்களின் செறிவைக் கணிசமாக மீறுகிறது. இது துளை கடத்தல் மற்றும் குறைக்கடத்தி p-வகை குறைக்கடத்தி என்று அழைக்கப்படுகிறது. அதில் முக்கிய சார்ஜ் கேரியர்கள் துளைகள்.