Field effect (semiconductor)
ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ, ಕ್ಷೇತ್ರ ಪರಿಣಾಮವು ಬಾಹ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ವಸ್ತುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆಯ ಸಮನ್ವಯವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಲೋಹದಲ್ಲಿ, ಅನ್ವಯಿಕ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಎಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ ಎಂದರೆ ಬಾಹ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ವಸ್ತುವಿನೊಳಗೆ ಬಹಳ ಕಡಿಮೆ ದೂರವನ್ನು ಮಾತ್ರ ಭೇದಿಸಬಲ್ಲದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಅನ್ವಯಿಕ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸಬಲ್ಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ (ಮತ್ತು ಪ್ರಾಯಶಃ ರಂಧ್ರಗಳ) ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಸಾಕಷ್ಟು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದ್ದು, ಕ್ಷೇತ್ರವು ವಸ್ತುವಿನೊಳಗೆ ಸಾಕಷ್ಟು ದೂರವನ್ನು ಭೇದಿಸಬಲ್ಲದು. ಈ ಕ್ಷೇತ್ರ ನುಗ್ಗುವಿಕೆಯು ಅದರ ಮೇಲ್ಮೈ ಬಳಿ ಅರೆವಾಹಕದ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಕ್ಷೇತ್ರ ಪರಿಣಾಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಷೇತ್ರ ಪರಿಣಾಮವು ಸ್ಕಾಟ್ಕಿ ಡಯೋಡ್ ಮತ್ತು ಕ್ಷೇತ್ರ-ಪರಿಣಾಮದ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಗೆ ಆಧಾರವಾಗಿದೆ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ MOSFET, JFET ಮತ್ತು MESFET. ಮೇಲ್ಮೈ ಕಂಡಕ್ಟನ್ಸ್ ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಂಡ್ ಬೆಂಡಿಂಗ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಕಂಡಕ್ಟನ್ಸ್ನಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಅನ್ವಯಿಕ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಗೆ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಗಣನೀಯ ಆಳಕ್ಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದು ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರದೇಶದ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟಗಳ ಆಕ್ಯುಪೆನ್ಸಿಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ. ಅಂತಹ ಪರಿಣಾಮಗಳ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯು ಬ್ಯಾಂಡ್-ಬಾಗುವ ರೇಖಾಚಿತ್ರವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ, ಇದು ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂಚುಗಳ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿನ ಸ್ಥಾನಗಳನ್ನು ವಸ್ತುವಿನ ಆಳದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಂಡ್-ಬಾಗುವ ರೇಖಾಚಿತ್ರದ ಉದಾಹರಣೆಯನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಅನುಕೂಲಕ್ಕಾಗಿ, ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಇ. ವಿ. ಯಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ವೋಲ್ಟ್ಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಚಾರ್ಜ್ಗೆ q ಅಂಶದ ಅಗತ್ಯವನ್ನು ತಪ್ಪಿಸುತ್ತದೆ. ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ, ಎಡಗೈ ಪದರವಾಗಿ ಅವಾಹಕ ಮತ್ತು ಬಲಗೈ ಪದರವಾಗಿ ಅರೆವಾಹಕವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಎರಡು ಪದರದ ರಚನೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಅಂತಹ ರಚನೆಯ ಒಂದು ಉದಾಹರಣೆಯೆಂದರೆ MOS ಕೆಪಾಸಿಟರ್, ಲೋಹದ ಗೇಟ್ ಸಂಪರ್ಕದಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಎರಡು-ಟರ್ಮಿನಲ್ ರಚನೆ, ದೇಹದ ಸಂಪರ್ಕದೊಂದಿಗೆ ಅರೆವಾಹಕ ದೇಹ (ಸಿಲಿಕಾನ್ನಂತಹ) ಮತ್ತು ಮಧ್ಯದ ನಿರೋಧಕ ಪದರ (ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ನಂತಹವು, ಆದ್ದರಿಂದ O ಎಂಬ ಹೆಸರು). ಎಡ ಫಲಕಗಳು ವಾಹಕ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಮತ್ತು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಅತ್ಯುನ್ನತ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಧನಾತ್ಮಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ V ಅನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವುದರಿಂದ ಈ ಮಟ್ಟಗಳು "ಬಾಗುತ್ತವೆ". ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕವಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ತೋರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಭೇದಿಸುವ ಧನಾತ್ಮಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ವಹನದ ಅಂಚನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಡ್ಯಾಶ್ ಮಾಡಿದ ರೇಖೆಯು ಆಕ್ಯುಪೆನ್ಸಿ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಚಿತ್ರಿಸುತ್ತದೆಃ ಈ ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟಕ್ಕಿಂತ ಕೆಳಗಿರುವ ಸ್ಥಿತಿಗಳು ಆಕ್ರಮಿಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯಿದೆ, ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದೆ, ಇದು ಅವಾಹಕದ ಬಳಿ ವಾಹಕ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿರುವ ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಬೃಹತ್ ಪ್ರದೇಶ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿನ ಉದಾಹರಣೆಯು ಅನ್ವಯಿಕ ಕ್ಷೇತ್ರದ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಮೀರಿದ ಬೃಹತ್ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟವು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂಚಿಗೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗೆ ಕಲ್ಮಶಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಆಕ್ಯುಪೆನ್ಸಿ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಈ ಸ್ಥಾನವನ್ನು ಜೋಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಕಲ್ಮಶಗಳು ಸ್ವೀಕಾರಕಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುತ್ತವೆ, ಇದು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗುತ್ತದೆ, ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಹುದುಗಿರುವ ಸ್ಥಿರ ಅಯಾನುಗಳು. ತೆಗೆದುಹಾಕಲಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮಟ್ಟಗಳಿಂದ ಎಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ಖಾಲಿ ಹುದ್ದೆಗಳನ್ನು ಅಥವಾ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಬಿಡುತ್ತದೆ. ಚಾರ್ಜ್ ತಟಸ್ಥತೆಯು ಕ್ಷೇತ್ರ-ಮುಕ್ತ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಮೇಲುಗೈ ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಋಣಾತ್ಮಕ ಸ್ವೀಕಾರಕ ಅಯಾನು ಆತಿಥೇಯ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಧನಾತ್ಮಕ ಕೊರತೆಯನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆಃ ಒಂದು ರಂಧ್ರವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಾಗಿದೆ, ಇದು ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ನಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಯಾವುದೇ ಕ್ಷೇತ್ರವಿಲ್ಲದಿದ್ದಲ್ಲಿ, ತಟಸ್ಥತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಋಣಾತ್ಮಕ ಸ್ವೀಕಾರಕ ಅಯಾನುಗಳು ಧನಾತ್ಮಕ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ನಿಖರವಾಗಿ ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರದೇಶ ಮುಂದೆ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಬಾಗುವಿಕೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಅವಾಹಕದ ಎಡಭಾಗದ ಮುಖದ ಮೇಲೆ ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಲೋಹದ "ಗೇಟ್" ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವನ್ನು ಬಳಸಿ). ಅವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಚಾರ್ಜ್ಗಳಿಲ್ಲ ಆದ್ದರಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಈ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ವೋಲ್ಟೇಜಿನ ರೇಖೀಯ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಅವಾಹಕ ವಹನ ಮತ್ತು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ನೇರ ರೇಖೆಗಳಾಗಿದ್ದು, ದೊಡ್ಡ ಅವಾಹಕ ಶಕ್ತಿಯ ಅಂತರದಿಂದ ಬೇರ್ಪಟ್ಟಿವೆ. ಮೇಲಿನ ಫಲಕದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವ ಸಣ್ಣ ವೋಲ್ಟೇಜ್ನಲ್ಲಿರುವ ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ, ಅವಾಹಕದ ಎಡಭಾಗದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾಗಿರುವ ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂಚಿನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಈ ರಾಜ್ಯಗಳು ಸವಕಳಿ ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ಆಳಕ್ಕೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಆಕ್ರಮಿಸಿಕೊಂಡಿವೆ, ಅಲ್ಲಿ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಮತ್ತಷ್ಟು ಭೇದಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗದ ಕಾರಣ ಬೃಹತ್ ಅಧಿಭೋಗವು ತನ್ನನ್ನು ತಾನು ಪುನಃ ಸ್ಥಾಪಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಈ ಮಟ್ಟಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದರಿಂದ ಮೇಲ್ಮೈ ಬಳಿಯ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮಟ್ಟಗಳು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ವ್ಯಾಪಿಸಿರುವುದರಿಂದ, ಮೇಲ್ಮೈ ಬಳಿ ಸ್ಥಿರವಾದ ಋಣಾತ್ಮಕ ಸ್ವೀಕಾರಕ-ಅಯಾನು ಚಾರ್ಜ್ಗಳು ಮಾತ್ರ ಇರುತ್ತವೆ, ಇದು ರಂಧ್ರಗಳಿಲ್ಲದ (ಸವಕಳಿ ಪದರ) ವಿದ್ಯುತ್ ನಿರೋಧಕ ಪ್ರದೇಶವಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಒಡ್ಡಿದ ಋಣಾತ್ಮಕ ಸ್ವೀಕಾರಕ ಅಯಾನು ಚಾರ್ಜ್ ಅವಾಹಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾದ ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸಿದಾಗ ಕ್ಷೇತ್ರ ನುಗ್ಗುವಿಕೆಯನ್ನು ಬಂಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆಃ ನಿವ್ವಳ ಋಣಾತ್ಮಕ ಸ್ವೀಕಾರಕ ಅಯಾನು ಚಾರ್ಜ್ ಗೇಟ್ನಲ್ಲಿ ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸಲು ಸವಕಳಿ ಪದರವು ಅದರ ಆಳವನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸುತ್ತದೆ. ವಿಲೋಮ ವಾಹಕ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂಚನ್ನು ಸಹ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಈ ಸ್ಥಿತಿಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಆಕ್ಯುಪೆನ್ಸಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಕಡಿಮೆ ವೋಲ್ಟೇಜ್ಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಹೆಚ್ಚಳವು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿಲ್ಲ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ದೊಡ್ಡ ಅನ್ವಯಿಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ಗಳಲ್ಲಿ, ಕೆಳಗಿನ ಫಲಕದಲ್ಲಿರುವಂತೆ, ವಾಹಕ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂಚನ್ನು ಕಿರಿದಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ಪದರದಲ್ಲಿ ಈ ಮಟ್ಟಗಳ ಗಮನಾರ್ಹ ಜನಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಲು ಸಾಕಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ವಿಲೋಮ ಪದರ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಧ್ರುವೀಯತೆಯಲ್ಲಿ ಧ್ರುವೀಯತೆಗೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ವಿಲೋಮ ಪದರದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಾರ್ಜ್ನ ಈ ಆರಂಭವು ಅನ್ವಯಿಕ ಮಿತಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ನಲ್ಲಿ ಬಹಳ ಮಹತ್ವದ್ದಾಗುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಒಮ್ಮೆ ಅನ್ವಯಿಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಈ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಮೀರಿದಾಗ ಚಾರ್ಜ್ ತಟಸ್ಥತೆಯನ್ನು ಬಹುತೇಕ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ವಿಲೋಮ ಪದರಕ್ಕೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಾಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಬದಲಿಗೆ ಸ್ವೀಕಾರಕ ಅಯಾನು ಚಾರ್ಜ್ನ ಹೆಚ್ಚಳದಿಂದ ಸವಕಳಿ ಪದರದ ವಿಸ್ತರಣೆ. ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗೆ ಮತ್ತಷ್ಟು ಕ್ಷೇತ್ರ ನುಗ್ಗುವಿಕೆಯು ಈ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಮಿತಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಮೀರಿ ಬ್ಯಾಂಡ್-ಬಾಗುವುದರೊಂದಿಗೆ ಘಾತೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಕಡಿತ ಪದರದ ಆಳವನ್ನು ಅದರ ಮೌಲ್ಯದಲ್ಲಿ ಮಿತಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ಗಳಲ್ಲಿ ಪಿನ್ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ರಚನೆಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ರಚನೆಗಳು ಭೌತಿಕ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳು MOSFET ಗಳು