திங்கள், மார்ச் 05, 2018

அணுவிலிருந்து அறிவியந்திரம் வரை - பகுதி 4: போதையில் ஒரு பொத்தான்!!

கடந்த அத்தியாயத்தில் போதையில் இருக்கும் p-n வகை குறைக்கடத்திகள் எப்படி ஒருவழிப் பாதை மின்னோட்டத்தை சாத்தியப் படுத்துகிறது என்று பார்த்தோம். கடந்த அத்தியாயத்தில் பார்த்த சிதைவுப்பகுதியில் ஒரு முக்கியமான கவனிக்க வேண்டிய விடயம் என்னவென்றால், n-பக்கம் இருக்கும் சிதைவுப்பகுதியினால் ஓட்டைகளை கடத்த முடியாது. அதேபோல p-பக்கம் இருக்கும் சிதைவுப்பகுதியினால் எலக்ட்ராங்களை கடத்த முடியாது.

இப்போது இதே குறைக்கடத்திகளை n-p-n  என்ற வரிசையில் ஒட்டிவைத்து ஒரு திரிதடையத்தை உருவாக்கினால்?  ஒரு மாற்றத்திற்கு இந்த இடையில் இருக்கும் p- வகை குறைக்கடத்தியை மட்டும் சற்று சிறியதாக வைத்துக்கொண்டால் எப்படி இருக்கும்? இந்த திரிதடையத்திற்கு ஆங்கிலத்தில் ட்ரான்ஸிஸ்டர்(transistor) என்று பெயர்.



மேல உள்ள படம் திரிதடையத்தில் இருக்கும் சிதைவுப்பகுதியை காட்டுகிறது. இப்போது இடது புறம் இருக்கும் n-வகை குறைகடத்தியை நெகட்டிவ் கரண்ட்டுக்கும், வலது புறம் இருக்கும் n-வகை குறைகடத்தியை பாசிட்டிவ் கரண்ட்டுக்கும் கொடுத்தால் என்னவாகும்?

இடது புறம் அளவுக்கு அதிகமான எலெக்ட்ரான்கள் உள்ளே புகுந்து கொண்டு இருக்கிறது. இடது புறம் n-p எல்லையில் இருக்கும் n-புறமாக இருக்கும் சிதைவுப்பகுதிக்கு எலக்ட்ரான்கள் செலுத்தப்படும் போது என்ன நடக்கிறது? இம்முறை ஒன்று சேர ஓட்டைகளை தருவதற்கு p-வகை கடத்திக்கு பாசிட்டிவ் கரண்ட் கொடுக்கப்படவில்லை. ஆகவே p-புறமாக இருக்கும் சிதைவுப்பகுதி சிதையாமல் இருக்கிறது. p-புறம் இருக்கும் சிதைவுப்பகுதி ஓட்டைகளை மட்டும் கடத்துவதால், n-பக்கமாக இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் p-பக்கமாக செல்ல முடிவதில்லை.

இடதுபுறம் np-எல்லையில், n-பக்கமாக சிதைவுப்பகுதி சிதைந்து விட்டது. வலது புற pn- எல்லையில் என்ன நடந்து கொண்டிருக்கிறது? வலது பக்கமாக இருக்கும் பாசிட்டிவ் சார்ஜ், ஓட்டைகளை உள்ளே செலுத்துகிறது.   சோம்பேறித்தனத்திற்கு ஏங்கிக்கொண்டிருக்கும் பாஸ்பரஸ் அணுக்கள் தங்கள் எலக்ட்ரான்களை, இந்த ஓட்டைகளுக்கு தாரை வார்க்கின்றன. ஆக n-புறமாக இருக்கும் சிதைவுப்பகுதி வளர்ந்து விடுகிறது.



மேலே கொடுக்கப்பட்ட படம், மின்தடை ஏற்படுத்தப்பட்ட ஒரு npn-குறைக்கடத்திகளின் சிதைவுப்பகுதி அமைப்பு! இப்போது ஏற்பட்டிருக்கும் மின்தடையை எப்படிப் போக்குவது? எப்படி இடப்பக்கம் இருந்து வலப்பக்கம் எதிர் மின்னிகளை கடத்துவது?

இடையில் இருக்கும் p-வகை குறைக்கடத்திக்கு கொஞ்சம் பாசிட்டிவ் கரண்ட் கொடுத்தால் என்னவாகும்? முதலில் p-குறைக்கடத்திக்கு இரண்டு புறமும் இருக்கும் சிதைவுப்பகுதி காணாமல் போகும். அடுத்து, இடது புறம் வந்து விழுந்து கொண்டு இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் p-பகுதியில் வந்து விழும் ப்ரோட்டான்களோடு கலந்து np- பகுதியில் மின்னோட்டத்தை ஏற்படுத்துகிறது. ஆனால் இடதுபுறம் இருக்கும் n-பகுதி p-பகுதியை விட பெரியது. ஆகவே p - பகுதி கொடுக்கும் ப்ரோட்டான்களை விட n-பகுதியில் இருந்து வரும் எலெக்ட்ரான்கள் அதிகமாக இருக்கிறது. இப்பொழுது இடது புறமாக இருக்கும் சிதைவுப்பகுதி முற்றாக சிதைந்து விட்டது. இடது புறத்தில் இருந்து வந்த எலக்ட்ரான்கள், தங்களைத் தடுக்க சிதைவுப்பகுதி இல்லாததால், p- பகுதியையும் நிரப்புகிறது. p-பகுதி நிரம்பியவுடன் எலக்ட்ராங்கள் வேறு எங்கே செல்ல முடியும்? வலதுபுறம் இருக்கும் n-பகுதிக்கு சென்று மின்னோட்டத்தை ஏற்படுத்துகிறது.



மேலே இருக்கும் படம் p-குறைக்கடத்திக்கு பாசிட்டிவ் கரண்ட் கொடுத்தவுடன் எப்படி இடப்புறம் இருந்து வலப்புறமாக மின்னோட்டம் ஏற்படுகிறது என்பதை விவரிக்கிறது. p-குறைக்கடத்திக்கு பாசிட்டிவ் கரண்ட் கொடுத்தால் மின்னோட்டம் ஏற்ப்படுகிறது, இல்லையேல் மின்தடை ஏற்படுகிறது. ஒரு விளக்கிற்கான மின் சுவிட்ச், ஆப் செய்யும் போது மின்தடையை ஏற்படுத்தி விளக்கை அணைக்கிறது. பொத்தானை அழுத்தியவுடன் மின்னோட்டம் ஏற்பட்டு விளக்கு எரிகிறது. இங்கே pக்கு கொடுக்கப்படும் கரண்டானது மின்னோட்டம் ஏற்பட வழிவகை செய்யும் பொத்தானைப் போன்றது. ஒரு கணிப்பொறி என்பது இதுபோன்ற போதையில் இருக்கும் கோடிக்கணக்கான பொத்தான்களால் ஆனது.

ஐபோனில் இருக்கும் மையச்செயலி(CPU) ஒரு சென்டிமீட்டர் நீளமும் ஒரு சென்டிமீட்டர் அகலமும் கொண்டது.  அதாவது அதன் நீள அகலங்கள் உங்கள் விரலின் நீளத்தில் பத்தில் ஒரு பங்கு. எத்தனை சிரியதல்லவா? அத்தனை சிறிய மையச்செயலியில்(CPU) மொத்தம் எத்தனை திரிதடையங்கள்? கிட்டதட்ட இருநூறு கோடி!!