இந்திரின் அரைவடிவ உற்பத்தி என்றால் என்ன?

இந்திரின் அரைவடிவம் என்றால் என்ன?

இந்திரின் அரைவடிவத்தின் வரையறை

அரைவடிவம் என்பது மின்செழிப்பு மற்றும் மின்தடைகளுக்கிடையிலான மின்சாரத்திற்கு இடைப்பட்ட ஒரு பொருளாகும். வேதியியலில் தூய்மையான, அதாவது தோற்றங்களற்ற அரைவடிவங்கள் இந்திரின் அரைவடிவங்கள் அல்லது உடலின் அரைவடிவங்கள் அல்லது i-வகை அரைவடிவங்கள் எனப்படும். அதிக பொதுவான இந்திரின் அரைவடிவங்கள் சிலிகான் (Si) மற்றும் ஜெர்மேனியம் (Ge) ஆகும், இவை சுழல் அட்டவணையின் ஐந்தாம் குழுவில் உள்ளன. Si மற்றும் Ge தனிமங்களின் அணு எண்கள் 14 மற்றும் 32, இவற்றின் வெளிப்படை அமைப்பு முறையே 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 மற்றும் 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2.

Si மற்றும் Ge இரண்டிற்கும் அவற்றின் வெளிப்படை அல்லது மதிப்பு அல்லாத அடுக்கில் நான்கு எலெக்ட்ரான்கள் உள்ளன. இந்த மதிப்பு அல்லாத எலெக்ட்ரான்கள் அரைவடிவங்களின் மின்சார அல்லது மின்செழிப்பு தன்மைகளுக்கு பொறுப்பு பெற்றவை.

சிலிகானின் (இது ஜெர்மேனியம் க்கும் ஒரே மாதிரி) இரு பரிமாண கிரிஸ்டல் அமைப்பு படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இங்கு ஒவ்வொரு Si அணுவின் மதிப்பு அல்லாத எலெக்ட்ரானும் அண்மையிலுள்ள Si அணுவின் மதிப்பு அல்லாத எலெக்ட்ரானுடன் இணைந்து ஒரு கோவை அமைப்பை உருவாக்குகிறது.

இணைந்த பிறகு, இந்திரின் அரைவடிவங்களில் கிடைக்கும் கிடைக்கும் சுழல் எலெக்ட்ரான்கள் இல்லை. 0K வெப்பநிலையில், மதிப்பு அல்லாத அடுக்கு முழுமையாக நிரம்பியிருக்கும், மற்றும் மின்சார அடுக்கு வெறுமையாக இருக்கும். எந்த மதிப்பு அல்லாத எலெக்ட்ரானும் நிஷேத மின்சார இடைவெளியை விட்டு வெளியே வெளியேற வேண்டிய அளவு மின்சாரத்தை பெற முடியாது, இதனால் 0K வெப்பநிலையில் இந்திரின் அரைவடிவங்கள் மின்தடை போன்று செயல்படுகின்றன.

ஆனால், வாசல் வெப்பநிலையில், வெப்ப மின்சாரம் சில கோவை அமைப்புகளை உருகச் செய்யும், இதனால் படம் 3a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி கிடைக்கும் சுழல் எலெக்ட்ரான்கள் உருவாகின்றன. இந்த உருவான எலெக்ட்ரான்கள் மின்சார அடுக்கிலிருந்து மதிப்பு அல்லாத அடுக்கு விட்டு வெளியேறும், இதனால் மின்சார அடுக்கில் அவை போகும் (படம் 2b). இந்த செயல்முறையில், ஒவ்வொரு எலெக்ட்ரானும் மதிப்பு அல்லாத அடுக்கில் ஒரு அல்லையை விட்டுச் செல்கிறது. இந்த வகையில் உருவாகிய எலெக்ட்ரான்களும் அல்லைகளும் இந்திரின் மின்சார தன்மைகளாக அமைகின்றன, இவை இந்திரின் அரைவடிவ பொருளின் மின்சார தன்மைகளுக்கு பொறுப்பு பெற்றவை.

இந்திரின் அரைவடிவங்கள் வாசல் வெப்பநிலையில் மின்சார செயல்படலாம், ஆனால் அவற்றின் மின்சாரத்திற்கு குறைந்த அளவு மின்சார கொள்கலங்கள் உள்ளன. வெப்பநிலை அதிகரித்தால், மேலும் கோவை அமைப்புகள் உருகும், இதனால் மேலும் சுழல் எலெக்ட்ரான்கள் உருவாகின்றன. இந்த எலெக்ட்ரான்கள் மதிப்பு அல்லாத அடுக்கிலிருந்து மின்சார அடுக்கில் நகர்வதால், மின்சாரம் அதிகரிகிறது. இந்திரின் அரைவடிவத்தில் எலெக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை (ni) அல்லைகளின் எண்ணிக்கை (pi) எப்போதும் சமமாக இருக்கும்.

இந்திரின் அரைவடிவத்திற்கு மின்களவு தொடர்பு செயல்படுத்தப்படும்போது, எலெக்ட்ரான்-அல்லை இணைப்புகள் அதன் தாக்கத்திற்கு விரிவாக நகர்வதாக இருக்கும். இந்த வகையில், எலெக்ட்ரான்கள் தொடர்பு செயல்படுத்தப்பட்ட திசையில் எதிர்த்திசையில் நகர்வது மற்றும் அல்லைகள் மின்களவு திசையில் நகர்வது படம் 3b இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இதனால், எலெக்ட்ரான்கள் மற்றும் அல்லைகள் நகரும் திசைகள் ஒன்றுக்கொன்று எதிர்த்திசையில் இருக்கும். இதனால், ஒரு அணுவின் எலெக்ட்ரான் ஒரு திசையில் நகர்வதால் அதன் இடத்தில் அல்லை உருவாகின்றது, அடுத்த அணுவின் எலெக்ட்ரான் அந்த அல்லையுடன் இணைந்து அதன் இடத்தில் நகர்வதால் அதன் இடத்தில் மற்றொரு அல்லை உருவாகின்றது. இந்த இரு நகர்வுகள், திசைகளில் எதிர்த்திசையில் இருந்தாலும், அரைவடிவத்தின் மூலம் மொத்த மின்காந்த நகர்வை ஏற்படுத்துகின்றன.

கணித வழியாக இந்திரின் அரைவடிவங்களின் மின்சார கொள்கலங்கள் கீழ்க்காணுமாறு கொடுக்கப்படுகின்றன

இங்கு,

N c என்பது மின்சார அடுக்கில் செயல்படும் கொள்கல அடர்த்தி.

Nv என்பது மதிப்பு அல்லாத அடுக்கில் செயல்படும் கொள்கல அடர்த்தி.

k என்பது போல்ட்சுமான் மாறிலி.

T என்பது வெப்பநிலை.

EF என்பது பெர்மி மின்சாரம்.

Ev என்பது மதிப்பு அல்லாத அடுக்கின் மின்சார நிலை.

Ec என்பது மின்சார அடுக்கின் மின்சார நிலை.

h என்பது பிளாங்க் மாறிலி.

mh என்பது அல்லையின் செயல்படும் நிறை.

me என்பது எலெக்ட்ரானின் செயல்படும் நிறை.