සන්නායක හා පරිවාරක
උසස් පෙල ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාව සඳහා එහි මූලික ලිපි පෙලේ පලමු වන කොටස(#1)
සන්නායක හා පරිවාරක
විවිද ද්‍රව්‍යවලට විද්‍යුතය සන්නයනය කිරීමේ හැකියාව අනුව ඒවා සන්නායක හා පරිවාරක යනුවෙන් කොටස් දෙකකට බෙදා වෙන් කල හැකිය.සියලුම ලෝහ වර්ගද මිනිරන් වැනි ඇතැම් අලෝහ ද ලවන ද්‍රාවන වැනි ද්‍රව ද පහසුවෙන් විද්‍යුතය සන්නයනය කරනු ලබයි.එබැවින් ඒවා හොඳ විද්‍යුත් සන්නායක ලේස හැසිරේ.ඒහෙත් රබර්,වීදුරු,ප්ලාස්ටික්,රෙදි වැනි අලෝහ ද්‍රව්‍යද විවිධ තෙල් වර්ග ඇතුලු බොහෝ ද්‍රව වර්ගද වාතය හා වායු වර්ගද රික්තයද විද්‍යුතය සන්නයනය නොකරයි.මේවා විද්‍යුත් පරිවාරක වේ විද්‍යුතය සන්නයනය කිරීමේ හැකියාව අතින් සන්නායක හා පරිවාරක යන දෙකට අතර මැද ගුණ පෙන්වන ද්‍රව්‍යයක් ද ඇත. ඒවා අර්ධ සන්නායක නමින් හඳුන්වනු ලබයි. Semiconductors ජ්ර්මේනියම්(Ge) සිලිකන්(Si) මේවාට උදාහරන වේ.
ලෝහ සන්නායක
ලෝහයක් තුලින් හොඳින් විද්‍යුතය සන්නයනය වන්නේ ඒ තුල නිදහසේ සැරිසරන්නා වූ විද්‍යුත් ආරෝපන හෙවත් නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රොණ නිසාය.ලෝහයක පරමාණු ලෝහ බන්ධන මගින් එකිනෙක සමඟ බැඳී පවත්නා අතර ඒවා එක්තරා සමාකාර පිහිටීමක එනම් ස්පඨික දැලිසක ආකාරයට පිහිටා ඇත.විවිධ ලෝහ වල මෙම ස්පඨික ව්‍යුහය ජාමිතික වශයෙන් විවිධ ආකාර ගනී.ලෝහ පරමාණුවල තිබෙන ඉලෙක්ට්‍රෝණ ධන ලෙස ආරෝපිත න්‍යෂ්ටියට විද්‍යුත් ආකර්ශන බල මඟින් තදින් බැඳී පවතී.එහෙත් තඹ වැනි ලෝහයක පරමානුවෙහි පිටතින්ම ඇති කවචයෙහි තිබෙන සන්නායක ඉලෙක්ට්‍රෝණ න්‍යෂ්ටියෙන් ඉතා ඇතින් පිහිටි නිසාද ඇතුලතින් වූ ඉලෙක්ට්‍රෝණ වල විකර්ශන බල නිසාද න්‍යෂ්ටියට බැඳී පවත්නේ ඉතා බුරුල් වශයෙනි.(1.1රූපය) මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝණ ලෙස හඳුන්වනු ලබයි.
(රූපය 1.1)
සමාන්‍යයෙන් ලෝහයක සෑම පරමාණුවකටම න්‍යෂ්ඨියට තදින් බැඳී නැති නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝණ එකක් පමන ඇත. ලෝහයක තිබෙන සියලුම පරමාණු වලට අයත් මෙවෙනි නිදහස් ඉලෙකට්‍රෝණ සාමාන්‍යය උෂ්ණත්ව වලදී පරමානුවලින් මිදී වායුවක අණු මෙන් ලෝහය තුල සසම්භාවීව(අහඹු ලෙස) නිදහසේ සැරිසරයි. බාහිර විද්‍යුත් ක්ෂේස්ත්‍රයක් යෙදූකල (උදාහරනයක් වශයෙන් ලෝහය දෙකලවරට බැටරියක් සම්බන්ද කලවිට)මෙම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන හටගෙන තිබෙන විද්‍යුත් ක්ෂෙත්‍රයේ දිශාවට ප්ලවනය වේ.එනිසා ලෝහය තුලින් විද්‍යුත් ධාරාවක් ගලාගෙන යයි.ලෝහය තුල විද්‍යුත් ධාරාව සන්නයනය වන්නේ මෙම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන මගින් නිසා මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝණ වලට සන්නායක ඉලෙක්ට්‍රෝණ යනුවෙන් හඳුන්වනු ලැබේ.
ලෝහ සන්නායක තුලින් මෙසේ විද්‍යුත් ධාරාවක් ගලා යාමේදී සන්නායක ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලවනය වන්නේ අයනික මද (එනම් පරමාණුක න්‍යෂ්ටි) සමඟ නිරන්තරයෙන්ම ගැටෙමිනි.ඉලෙක්ට්‍රෝන චලිතයට එරෙහි ප්‍රතිරෝදී ගුනය හටගන්නේ මෙම ගැ‍ටුම් හේතුවෙනි.විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ ත්වරනය වීම මගින් ඉලෙක්ට්‍රෝණය විසින් අත්පත් කර ගන්නා ලද චාලක ශක්තිය මෙම ගැ‍ටුම් හේතුවෙන් න්‍යශ්ටි වල කම්පන චාලක ශක්තිය වැඩි කිරීමට යෙද වේ. මෙම කම්පන චාලක ශක්තිය වැඩි වීම නිසා කම්බියේ තාපය වශයෙන් පිටතට විහිදේ.
අර්ධ සන්නායක
විද්‍යුත් සන්නායක තාවය අතින් සන්නායක හා පරිවාරක යන දෙකට අතර මැද ඇති ද්‍රව්‍ය අර්ධසන්නායක ලෙස හඳුන්වනු ලබන බව කලින් සඳහන් කොට ඇත.තාක්ෂණික වශයෙන් මෙකල බහුලව භාවිතා ව්න්නේ (Ge) ජමේනියම් හා (Si) සිලිකන් යන අර්ධසන්නායක දෙවර්ගය වේ.නූතන ඉලෙක්ට්‍රොනික විප්ලවයට වඩාත් දායක වී ඇත්තේ මෙම අර්ධසන්නායක මගින් තැනූ (Transistor) ට්‍රාන්සිස්ටර්,(Diode) දියෝඩ (IC) සංගෘහිත පරිපත යන මෙම උපකරන වේ.
නිසඟ අර්ධසන්නායක
අපද්‍රව්‍ය මිශ්‍ර නොකල සංශුද්ධ තත්වයේ පවතින අර්ධ සන්නායක නිසඟ අර්ධ සන්නායක වේ.මෙවැනි සංශුද්ධ සිලිකන් අර්ධ සන්නායක ස්පටිකයක ඇති සෑම පරමානුවක්ම සිලිකන් වේ.එසේම ජමේනියම් ගත් කලද මෙය මෙසේම වේ.මෙවැනි ස්පටිකයක් තුල එම පරමානු පිහිටා ඇත්තේ එක්තරා සමාකාර දැලිසක ආකාරයකටය.මෙය ස්පඨික දැලිසක් යනුවෙන් හඳුන්වනු ලබයි.යාබද පරමානු එකිනෙක සම්බන්ද වී ඇත්තේ ඉලෙක්ට්‍රෝණ දෙක බැගින් හුවමාරු කර ගන්නා සහසංයුජ බන්ධන මගිනි.මේ අනුව සෑම පරමානුවක් වටාම එහි ස්තායි පැවැත්ම සඳහා තිබිය යුතු බන්ධන හතරම සම්පූර්ණ වී ඇත.මෙවැනි සෑම පරනාණුවකටම අයත් වන සහසංයුජ බන්ධන හතර ජාමිතික වශයෙන් ත්‍රිමාන චතුස්තල පිහිටීමක පැවතුනද අවබෝධ කරගැනීමේ පහසුව සඳහා ඒවා ද්වීමාන තලයක ඇත්තාසේ දක්වනු ලැබේ.
