electronic devices ျမန္မာျပန္

၁.၂ တပိုင္းလွ်ပ္ကူး၊လွ်ပ္ကူး၊ နွင္႔ လ်ွပ္ကာ

(Semiconductors, Conductors, and Insulators)

လွ်ပ္စစ္ဆိုင္ရာ ဂုဏ္သတိၱအရ အရာ၀တၳဳမ်ားကို အမ်ိဳးအစားသံုးခုခြဲျခားနိုင္သည္_ လွ်ပ္ကူး၊တပိုင္းလွ်ပ္ကူး၊နွင္႔ လွ်ပ္ကာ တို႔ျဖစ္သည္။ ယခုအခန္းခြဲတြင္တပိုင္းလွ်ပ္ကူးနွင္႔ လွ်ပ္ကူး ၊လွ်ပ္ကာတို႔၏ဂုဏ္သတၱိမ်ားကို ခြဲျပားေစရန္ တင္ျပမည္ျဖစ္သည္။ ယခုအခန္းခြဲေလ႔လာျပီးလွ်င္ တပိုင္းလွ်ပ္ကူး၊လွ်ပ္ကူးနွင္႔ လ်ွပ္ကာတို႔ အေႀကာငး္ ႏွင္႔ ငွင္းတို႔ ၏ကြာျခားခ်က္မ်ား၊ ဗဟိုအစုCore၊ ဆီလီကြန္ Silicon ဂ်ာေမနီယမ္ Germanium နွင္႔ ေႀကးနီ Copper တို႔၏အက္တမ္ဖြဲ႔စည္းပံု၊ အေကာင္းဆံုးလွ်ပ္ကူးေလးမ်ိဳး ႏွင္႔ အေကာင္းဆံုးလွ်ပ္ကာေလးမ်ိဳး၊ လွ်ပ္ကူးနွင္႔ တပိုင္းလွ်ပ္ကူးတို႔၏ကြာျခားခ်က္မ်ား၊ ဆီလီကြန္နွင္႔ဂ်ာေမနီယမ္၏ ကြာျခားခ်က္မ်ား အေႀကာင္းတို႔ကို နားလည္သေဘာေပါက္ရန္လိုအပ္သည္။
အရာ၀တၳဳတိုင္းကို အက္တမ္မ်ားျဖင္႔တည္ေဆာက္ထားသည္။ထိုအက္တမ္မ်ားသည္ လွ်ပ္စစ္ဓါတ္မ်ားျဖတ္သန္းစီးဆင္းရာ တြင္အကူအညီေပးႀကသည္။ လွ်ပ္စစ္ဆိုင္ရာဂုဏ္သတၱိမ်ားအေႀကာင္းကိုေဆြးေႏြးရန္ အက္တမ္ကို အျပင္ဘက္ဆံုးရွဲလ္နွင္႔ ဗဟိုအစုCore ဟု နွစ္မ်ိဳးခြဲျခားမည္။ဗဟိုအစုတြင္ နူကလီးယပ္စ္နွင္႔ အတြင္းပိုင္းရွဲလ္မ်ားအားလံုးေပါင္းစပ္ပါဝင္သည္။ထိုအယူအဆကို ပံု ၁.၄ တြင္ႀကည္႔ပါ။ ကာဗြန္Carbon ကိုအခ်ိဳ႔ လ်ွပ္ခံ resistor မ်ားတြင္အသံုးျပဳႀကသည္။ကာဗြန္အက္တမ္တြင္ ဘက္ညီရွဲလ္တြင္ အီလက္ထရြန္ ၄ လံုး ပါ၀င္ျပီး အတြင္းပိုင္းရွဲလ္တြင္ ၂လံုးပါ၀င္သည္။ နူကလီးယပ္စ္တြင္ ပရိုတြန္ ၆လံုးပါျပီး နူထရြန္ ၆လံုးပါသည္ ထို႔ေႀကာင္႔ အေပါင္းလ်ွပ္စစ္ ဓါတ္အား +6 ဟုေဖာ္ျပသည္။ ကိုးcore တြင္ အသားတင္ဓါတ္အား +4 ရွိသည္။(နူကလီးယပ္စ္+6နွင္႔အတြင္းရွဲလ္အီလက္ထရြန္တြင္-2)
ပံု ၁.၄ ကာဗြန္အက္တမ္၏ပံု
လွ်ပ္ကူးမ်ား(Conductors) လွ်ပ္စီးေႀကာင္း current လြယ္ကူစြာျဖတ္သန္းသြားနိုင္ေသာပစၥည္းကို လွ်ပ္ကူးပစၥည္းဟုေခၚသည္။ အ ေကာင္းဆံုးလွ်ပ္ကူးပစၥည္းမွာ နူကလီးယပ္စ္မွဆြဲငင္အားနည္းေသာ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္တလံုးတည္းသာ ပါဝင္ေသာ ေႀကးနီ (copper)ေငြ(silver)ေရြႊ(gold)အလူမီနီယမ္(aluminium)သတၱဳျဒပ္စင္မ်ားျဖစ္ႀကသည္။ထို အီလက္ထရြန္တလံုးသည္ ဆြဲငင္မွူနည္းပါး ျခင္းေႀကာင္႔လြယ္ကူစြာ လြတ္ထြက္သြားျပီး လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္လြယ္ကူစြာျဖစ္သြားနုိင္ႀကသည္။ထုိကဲ႔သို႔ လ်ွပ္ကူးမွဳေကာင္းေသာ အရာ၀တၳဳမ်ားတြင္ လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္မ်ားစြာရွိျပီး ထိုအီလက္ထရြန္မ်ားသည္လမ္းေႀကာင္းတဖက္တည္းသုိ႔ ဦးတည္ေရြ႔လ်ားႀက ေသာအခါ လွ်ပ္စီးေႀကာင္းျဖစ္ေပၚလာသည္။အီလက္ထရြန္စီးဆင္မွူသည္ လွ်ပ္စီး current ပင္ျဖစ္သည္။
လွ်ပ္ကာ(Insulator) လွ်ပ္ကာမ်ားသည္ သာမန္အေျခအေနတြင္လွ်ပ္စီး မစီးဆင္းနိုင္ေသာ အရာမ်ားျဖစ္သည္။ ေကာင္းမြန္ေသာ လွ်ပ္ကာမ်ားသည္ျဒပ္ေပါင္းအျဖစ္ ျမင္ေတြ႔ရေလ႔ရွိသည္။ထိုျဒပ္ေပါင္းမ်ားတြင္ ဘက္ညီအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ အက္တမ္တြင္းတည္ျငိမ္ စြာတည္ရွိေနေသာေႀကာင္ လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္နည္းပါးႀကသည္။
တပို္င္းလွ်ပ္ကူး(Semiconductor) တပိုင္းလွ်ပ္ကူး၏လ်ွပ္စီး စီးဆင္းနိဳင္မွဳစြမ္းရည္သည္ လွ်ပ္ကူးနွင္႔ လွ်ပ္ကာတို႔ ႀကားတြင္ရွိသည္။ တပိုင္းလွ်ပ္ကူးအမ်ားစုသည္ ငွင္း၏ျဒပ္စင္တမ်ိဳးတည္းသန္႔စင္စြာ တည္ရွိေနေသာအခ်ိန္တြင္ လွ်ပ္ကူးသို႔မဟုတ္ လွ်ပ္ကာ ျဖစ္နုိင္သည္။ အသံုးအမ်ားဆံုး ျဒပ္စင္တပိုင္းလွ်ပ္ကူးမ်ားမွာ ဆီလီကြန္(silicon) ဂ်ာေမနီယမ္(germanium)နွင္႔ ကာဗြန္(carbon)တို႔ျဖစ္ႀကသည္။ ျဒပ္ေပါင္းတပိုင္းလွ်ပ္ကူးမွာ ဂါလီယမ္အာစင္နိုက္(gallium arsenide) ျဖစ္သည္။ျဒပ္စင္တပိုင္းလွ်ပ္ကူးမ်ား တြင္ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္ ေလးလံုးပါ၀င္ႀကသည္။

စြမ္းအင္အစု(Energy Band) အက္တမ္၏အျပင္ဘက္ဆံုးရွဲလ္မ်ားကို စြမ္းအင္ပမာဏအစု အျဖစ္ျပန္လည္ေဖာ္ျပမည္။ ထိုရွဲလ္အတြင္းမွ ဘက္ညီအီလက္ထရြန္မ်ားလည္း ထိုအစုအတြင္းပါ၀င္ႀကသည္။ အီလက္ထရြန္တလံုးသည္ လိုအပ္ေသာထပ္တိုးစြမ္းအင္ ရရွိျပီး အျပင္ဘက္ဆံုးရွဲလ္မွ ထြက္ခြာသြားေသာအခါ လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္ျဖစ္လာသည္။ထိုေနရာတြင္ လွ်ပ္စစ္စီးဆင္းမွဳအစုconduction band ဟုေခၚသည္။အျပင္ဘက္ဆံုးအစု valence bandနွင္ လွ်ပ္စစ္စီးဆင္းမွူအစု conduction band အႀကားတြင္ရွိေသာ ကြာဟေသာစြမ္းအင္ကို စြမ္းအင္ကြာဟခ်က္ energy gap ဟုေခၚသည္။ထိုကြာဟခ်က္သည္ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္တလံုး အျပင္ဘက္ဆံုးအစုမွလွ်ပ္စစ္စီးဆင္းမွဳအစု သို႔ ထြက္ခြာရန္လိုအပ္ေသာ စြမ္းအင္ပမာဏျဖစ္သည္။ ပံု ၁.၅ တြင္ လွ်ပ္ကူး၊လွ်ပ္ကာ ႏွင္႔ တပိုင္းလွ်ပ္ကူးမ်ားအတြက္ စြမ္းအင္ပံုႀကမ္း ကို ျပသထားသည္။(a) တြင္ လွ်ပ္ကာinsulator သည္အလြန္က်ယ္ေသာကြာဟခ်က္ရွိသည္။ထို႔ေႀကာင္႔ အလြန္ျမင္႔မားေသာ ဗို႔အားေပး ေသာေႀကာင္႔ ပ်က္စီးမွဳအေျခအေန breakdown condition မွလြဲ၍လ်ွပ္စစ္စီးဆင္းမွဳအစုတြငး္သုိ႔ ေရာက္ရွိျခင္း(လွ်ပ္စီးစီးဆင္းျခင္း) အျဖစ္နိုင္ေပ။(b)တြင္ တပိုင္းလွ်ပ္ကူး၌ ပိုမိုက်ဥ္းေျမာင္းေသာကြာဟခ်က္ရွိသည္။ထိုကြာဟခ်က္သည္ အခ်ိုဳ႔အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ား ကိုျဖတ္သန္းစီးဆင္းခြင္႔ျ႔ပဳေသာေႀကာင္႔ လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္မ်ားျဖစ္လာသည္။(c) တြင္ စြမ္းအင္အစုနွစ္ခုသည္ လ်ွပ္ကူးတြင္ထပ္ေန ႀကသည္။ထို႔ေႀကာင္လွွ်ပ္ကူး၀တၳဳမ်ားတြင္ လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္အေရအတြက္မ်ားစြာျဖစ္ေပၚသည္။

ပံု ၁.၅ စြမ္းအင္ဆိုင္ရာ နွိဳင္းယွဥ္ခ်က္ပံုႀကမ္း

တပို္င္းလွ်ပ္ကူးအက္တမ္ ကိုလွ်ပ္ကူးအက္တမ္နွင္႔ နွုိင္းယွဥ္ျခင္း( Comparison of a Semiconductor Atom to a Conductor Atom) ဆီလီကြန္ သည္တပို္ငးလွ်ပ္ကူးျဖစ္၍ ေႀကးနီသည္ လွ်ပ္ကူးျဖစ္သည္။ဆီလီကြန္အက္တမ္၏ပံုႏွင္႔ ေႀကးနီအက္တမ္၏ပံုကို ပံု ၁.၆ တြင္ျပ သထားသည္။ဆီလီကြန္အက္တမ္တြင္ အသားတင္ဓါတ္အား +4(14ပရိုတြန္ -10အီလက္ထရြန္)္ရွိျပီး ေႀကးနီတြင္ +1(29ပရိုတြန္-28 အီလက္ထရြန္)ရွိသည္။

ပံု ၁.၆ ေႀကးနီနွင္႔ ဆီလီကြန္အက္တမ္၏ပံု
ေႀကးနီ၏ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္တြင္ က်ေရာက္ေသာ ဆြဲငင္အား+1ကို ဆီလီကြန္၏အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္တြင္က်ေရာက္ေနေသာ ဆြဲငင္အား +4 နွင္႔နွုိင္းယွဥ္ေသာအခါ ေလးဆမွ်ကြာျခားသည္ကို ျမင္ေတြ႔ရသည္။ထို႔ေႀကာင္႔ ဆီလီကြန္အက္တမ္ တြင္ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ ထရြန္ကို ဆြဲငင္ရန္ အားေလဆမွ် ပိုမ်ားေနေႀကာင္းေတြ႔ရသည္။ ေႀကးနီ၏ စတုတၳေျမာက္ရွဲလ္တြင္ရွိေသာ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္သည္ ဆီလီကြန္၏တတိယေျမာက္ရွဲလ္ တြင္ရွိေနေသာ အျပင္ဘက္ဆံဳးအီလက္ထရြန္ထက္ နူကလီးယပ္စ္မွပိုမိုေ၀းကြာသည္။နူကလီးယပ္စ္နွင္႔ပိုမိုေဝး ကြာေသာ အီလက္ထရြန္မ်ား သည္ စြမ္းအင္ပိုမိုရရွိေသာသေဘာရွိသည္။ ဆိုလိုသည္မွာ ေႀကးနီ၏ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ ဆီ လီကြန္၏ အျပင္ဘက္ဆံဳးအီလက္ ထရြန္မ်ားထက္ အက္တမ္မွထြက္ခြာရန္လိုအပ္ေသာ စြမ္းအင္ပိုမိုရရွိေနႀကျပီး လွ်ပ္စစ္စီးဆင္းမွဳအစုတြင္ လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္ ျဖစ္ လာႀကသည္။ျခံဳငံုႀကည္႔လွ်င္ ေႀကးနီ၏မ်ားျပားေသာအေရအတြက္ရွိသည္႔ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ သာမန္အခန္းအပူခ်ိန္မွာပင္ လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္ျဖစ္ရန္(လွ်ပ္စစ္စီးဆင္းရန္) လံုေလာက္ေသာစြမ္းအင္ရရွိျပီးျဖစ္ေနႀကေပသည္။

ဆီလီကြန္နွင္႔ ဂ်ာေမနီယမ္(Silicon and Germanium) ဆီလီကြန္နွင္႔ ဂ်ာေမနီယမ္ တို႔၏အက္တမ္တည္ေဆာက္ပံုမ်ားကို ပံု ၁.၇ တြင္ ေဖာ္ျပထားသည္။ ဆီလီကြန္ကို ဒိုင္အုတ္မ်ား(diodes)၊ထရန္စၥစတာမ်ား(transistors)၊ အိုင္စီမ်ား(integrated circuits)နွင္႔ အျခား တပိုင္းလွ်ပ္ကူးအီလက္ထရြန္နစ္ပစၥည္းမ်ားတြင္အက်ယ္ျပန္႔ဆံုးအသံုးျပဳသည္။ဆီလီကြန္နွင္႔ဂ်ာေမနီယမ္တြင္ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္

ပံု ၁.၇ ဆီလီကြန္နွင္႔ ဂ်ာေမနီယမ္၏ ပံု
ေလးလံုးစီရွိႀကသည္။ ဂ်ာေမနီယမ္၏ အျပင္ဘက္ဆံုး အီလက္ထရြန္မ်ားသည္ စတုတၳေျမာက္ရွဲလ္တြင္ ရွိေနႀကျပီး ဆီလီကြန္၏ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ တတိယ ေျမာက္ရွဲလ္တြင္ ရွိေနႀကေသာေႀကာင္႔ ဆီလီကြန္၏အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ နူကလီးယပ္စ္နွင္႔ ပိုမိုနီးကပ္ႀကသည္။ဆိုလိုသည္မွာ ဂ်ာေမနီယမ္၏ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ ဆီလီကြန္၏အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ားထက္ ပိုမိုျမင္႔ မားေသာ စြမ္းအင္ရွိႀကသည္။ထုိ႔ေႀကာင္႔ အက္တမ္မွ လြတ္ထြက္သြားရန္ ထပ္တိုးစြမ္းအင္အနည္းငယ္သာလိုအပ္ေတာ႔သည္။ ထို ဂုဏ္သတၱိသည္ ဂ်ာေမနီယမ္ကို ျမင္႔မား ေသာအပူခ်ိန္မ်ားတြင္ မတည္ျငိမ္ေသာ(လွ်ပ္စစ္စီးဆင္းမွဳကိုအားေပးေသာ)အေျခအေနကိုျဖစ္ေပၚေစသည္။ ထိုေႀကာင္႔ ဆီလီကြန္ သည္ပိုမို စိတ္ခ်ရေသာ အေျခအေန တြင္ရွိေသာေႀကာင္႔ အက်ယ္ျပန္႔ဆံုးအသံုးျပဳႀကသည္။


၁.၂ ျပန္လွန္ေလ႔က်င္႔ခန္းမ်ား ၁။ လ်ွပ္ကူးနွင္႔လွ်ပ္ကာ တို႔၏ကြဲျပားခ်က္ကိုေဖာ္ျပပါ။ ၂။တပိုင္းလွ်ပ္ကူးသည္ လွ်ပ္ကူးနွင္႔လွ်ပ္ကာ တို႔မွ မည္သို႔ကြဲျပားသနည္း။ ၃။ေႀကးနီကဲ႔သို႔လွ်ပ္ကူးမ်ားတြင္ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မည္မွ်ပါရွိသနညး္။ ၄။တပိုင္းလွ်ပ္ကူးတြင္အျပင္ဘက္ဆံုးအီ လက္ထရြန္ မည္မွ်ပါ၀င္သနညး္။ ၅။လွ်ပ္စစ္စီးဆင္းမွုအေကာင္းဆံုး ျဒပ္စင္သံုးမ်ိုဳးကိုေဖာ္ျပပါ။ ၆။အသံုးအမ်ားဆံုး တပိုင္းလွ်ပ္ကူးျဒပ္စင္ ကိုေဖာ္ျပပါ။