உற்பத்விகளும் ஏற்றுகொளிகளும் அரைதடைவியலில்

நிலையாக்கல் வரையறை

நிலையாக்கல் என்பது ஒரு அரைதடியின் மூலம் துணைப்பொருள்களைச் சேர்த்து அதன் மின்சார தன்மைகளை மாற்றுவதாகும்.

தந்தி துணைப்பொருள்கள்

தந்தி துணைப்பொருள்கள் ஐந்து வாலன்ஸ் அணுக்கள், அவை அரைதடிகளுக்குச் சேர்க்கப்படும்போது கூடுதல் கிட்டமிடப்பெறாத மின்குணங்களை ஏற்படுத்துகின்றன, இதனால் n-வகை அரைதடிகள் உருவாகின்றன.

n-வகை அரைதடி

n-வகை அல்லது தந்தி துணைப்பொருள்கள் அரைதடிகளுக்குச் சேர்க்கப்படும்போது, அணுக்களின் அமைப்பில் நிறைவு மின்க்காந்த இடைவெளி குறைந்து போகும். தந்தி அணுக்கள் கொண்டு வரும் புதிய மின்க்காந்த மதிப்புகள் மின்காந்த கட்டமைப்பின் கீழில் அமைந்துள்ளன. இந்த மதிப்புகள் துணைப்பொருள் அணுக்கள் தொலைவில் உள்ளன என்பதால் தனித்தனியாக இருக்கும். ஜெர்மேனியத்தில் மின்க்காந்த இடைவெளி 0.01 eV, சிலிக்கானில் 0.05 eV ஆகும். இதனால், காலை வெப்பத்தில், தந்தி அணுக்களின் ஐந்தாவது மின்குணம் மின்காந்த கட்டமைப்பிற்கு வந்து போகும். கூடுதல் மின்குணங்கள் வெறுமைகளை குறைக்கின்றன.

n-வகை அரைதடியில், வெறுமைகளின் எண்ணிக்கை ஒரே வெப்பத்தில் உள்ள தனித்த அரைதடியிலும் குறைவாக இருக்கும். இது கூடுதல் மின்குணங்களினால் உருவாகிய மின்குண-வெறுமை இணைகளின் மேல்நிலை மீட்டமைப்பு வேகமாக இருப்பதால் இது நிகழும்.

p-வகை அரைதடி

ஒரு ஐந்து வாலன்ஸ் துணைப்பொருள் இல்லாமல், மூன்று வாலன்ஸ் துணைப்பொருள் தனித்த அரைதடிகளுக்குச் சேர்க்கப்படும்போது, கூடுதல் மின்குணங்களின் இடத்தில் கூடுதல் வெறுமைகள் உருவாகும். மூன்று வாலன்ஸ் துணைப்பொருள் அணுக்கள் நான்கு வாலன்ஸ் அரைதடி அணுக்களை மாற்றுகின்றன. மூன்று வாலன்ஸ் துணைப்பொருள் அணுவின் மூன்று வாலன்ஸ் மின்குணங்கள் மூன்று அணுக்களுடன் இணைக்கின்றன. இதனால், நான்காவது அணுவின் ஒரு இணைப்பில் மின்குணத்தின் கைவிடுதல் வெறுமையை உருவாக்குகின்றது. மூன்று வாலன்ஸ் துணைப்பொருள்கள் அரைதடிகளில் கூடுதல் வெறுமைகளை உருவாக்குகின்றன, இவை மின்குணங்களை ஏற்றுகின்றன. இவை நிர்வக துணைப்பொருள்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன. வெறுமைகள் மிக மிக நேர்ம மின்னின்மையை கொண்டவை, இவை p-வகை துணைப்பொருள்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன, இவற்றை கொண்ட அரைதடி p-வகை அரைதடி என அழைக்கப்படுகின்றது.

மூன்று வாலன்ஸ் துணைப்பொருள்களை அரைதடிகளுக்குச் சேர்க்கும்போது, வாலன்ஸ் கட்டமைப்பிற்கு மேல் ஒரு தனித்த மின்க்காந்த மதிப்பு உருவாகின்றது. வாலன்ஸ் கட்டமைப்பு மற்றும் இந்த புதிய மின்க்காந்த மதிப்புகளுக்கு இடையில் சிறிய இடைவெளி உள்ளதால், மின்குணங்கள் சிறிய வெளிப்புற மின்னின்மையின் மூலம் உயர் மதிப்புகளுக்கு எளிதாக நகர முடியும். ஒரு மின்குணம் இந்த புதிய மதிப்புகளுக்கு நகரும்போது, வாலன்ஸ் கட்டமைப்பில் வெறுமை உருவாகின்றது.

நாம் அரைதடிகளுக்கு n-வகை துணைப்பொருள்களை சேர்க்கும்போது, அரைதடியில் கூடுதல் மின்குணங்கள் உருவாகும், ஆனால் இது வெறுமைகள் இல்லை என்று கூறுவதாக இருக்காது. தனித்த அரைதடிகளின் இயல்பு காரணமாக, காலை வெப்பத்தில் அரைதடியில் எப்போதும் சில மின்குண-வெறுமை இணைகள் இருக்கும். n-வகை துணைப்பொருள்கள் சேர்க்கப்படும்போது, மின்குணங்கள் இந்த மின்குண-வெறுமை இணைகளுக்கு சேர்க்கப்படும், மற்றும் வெறுமைகள் கூடுதல் மின்குணங்களுடன் மீட்டமைப்பு வேகமாக இருப்பதால் குறைவாக இருக்கும். இதனால், n-வகை அரைதடியில் மொத்த நேர்ம மின்னின்மை இயக்குநர்களின் எண்ணிக்கை வெறுமைகளின் எண்ணிக்கையை விட அதிகமாக இருக்கும். இதனால், n-வகை அரைதடியில், மின்குணங்கள் பெரும்பாலான மின்னின்மை இயக்குநர்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன, வெறுமைகள் குறைந்த மின்னின்மை இயக்குநர்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன. இதே போல, p-வகை அரைதடியில், வெறுமைகள் பெரும்பாலான மின்னின்மை இயக்குநர்கள், மின்குணங்கள் குறைந்த மின்னின்மை இயக்குநர்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன.

நிர்வக துணைப்பொருள்கள்

நிர்வக துணைப்பொருள்கள் மூன்று வாலன்ஸ் அணுக்கள், அவை அரைதடிகளுக்குச் சேர்க்கப்படும்போது கூடுதல் வெறுமைகளை உருவாக்குகின்றன, p-வகை அரைதடிகளை உருவாக்குகின்றன.