Хагас дамжуулагч нь манай дэлхийд асар их нөлөө үзүүлдэг. Эдгээр нь компьютержсон эсвэл радио долгион ашигладаг аливаа цахилгаан төхөөрөмжийн гол цөмд байдаг. Тэдгээр нь ихэвчлэн цахиураар хийгдсэн байдаг тул өнөөгийн хамгийн том технологийн компаниудыг олж болох Цахиурын хөндий гэж нэрлэдэг – цахиур нь бараг бүх электрон төхөөрөмжийн цөмд байдаг.
Цахиур нь хамгийн тохиромжтой электрон бүтэцтэй, жишээлбэл, элс, кварцаас олддог элбэг элемент учраас хагас дамжуулагчдад маш өргөн хэрэглэгддэг. Гаднах тойрог замдаа дөрвөн электронтой бол цахиур нь талст бүтэц үүсгэж, дөрвөн электрон нь хөрш дөрвөн атомтой төгс ковалент холбоо болон тор үүсгэдэг.
Нүүрстөрөгчийн гаднах тойрог замд дөрвөн электронтой өөр нэг элемент болох энэхүү талст бүтцийг алмаз гэж нэрлэдэг. Цахиурын хувьд энэ талст бүтэц нь мөнгөлөг, металл мэт харагддаг бодис юм. Хэдийгээр тэдгээр нь металл мэт харагддаг ч цахиурын талстууд нь үнэндээ металл биш юм. Цахиурын талст нь ойролцоох тусгаарлагч бөгөөд зөвхөн бага хэмжээний цахилгаан гүйдэл дамжих болно. Харин цахиурыг хольж хийснээр энэ бүхнийг өөрчилж болох бөгөөд энэ үед p ба n төрлийн хагас дамжуулагч үүсдэг.
P ба N төрлийн хагас дамжуулагчийн тухай ойлголт
Цахиур зэрэг хагас дамжуулагчийн хувьд холих нь үндсэн хагас дамжуулагч руу зориудаар хольц оруулах процесс юм. Энэ нь талст дахь цахиурын атомуудтай хольцыг ионы холбоо үүсгэх боломжийг олгодог химийн урвалыг хамардаг. Хольцын зорилго нь түүний цахилгаан, оптик болон бүтцийн шинж чанарыг өөрчлөх явдал юм. Хагас дамжуулагч нь хольсон тохиолдолд түүнийг гадны хагас дамжуулагч гэж нэрлэдэг. Үүний эсрэгээр, цэвэр хольцгүй хагас дамжуулагч нь дотоод хагас дамжуулагч юм. Цахиурын хольцын хувьд n-төрөл ба p-төрөл гэсэн хоёр төрлийн хольц байдаг.
- N төрлийн хольцын үед цахиурт хүнцэл эсвэл фосфорыг бага хэмжээгээр нэмдэг. Эдгээр хоёр элемент хоёулаа гаднах тойрог замд таван электронтой байдаг тул цахиурын талст бүтэц рүү орохдоо тэдгээр нь байрандаа байдаггүй. Тав дахь электрон нь ямар ч холбоогүй тул чөлөөтэй хөдөлж, цахиураар цахилгаан гүйдэл урсдаг.
- P төрлийн хольцын хувьд бор эсвэл галлийг нэмэлт бодис болгон ашигладаг. Эдгээр элементүүд нь гаднах тойрог замд гурван электронтой байдаг. Тэдгээрийг цахиурын торонд холих үед цахиурын атомуудын валентын зурваст “нүх” үүсгэдэг. Энэ нь валентын зурвас дахь электронууд хөдөлгөөнт болж, нүхнүүд электронуудын хөдөлгөөний эсрэг чиглэлд хөдөлдөг гэсэн үг юм. Хольц нь талст торонд бэхлэгдсэн байдаг тул зөвхөн эерэг цэнэгүүд хөдөлж чаддаг. Эерэг нүхний улмаас эдгээр хагас дамжуулагчийг “p-type” гэж нэрлэдэг.
Гол ялгаа нь юу вэ?
N төрлийн цахиурт электронууд сөрөг цэнэгтэй тул n-төрөл гэж нэрлэдэг. P төрлийн цахиурт эерэг цэнэгийн нөлөө нь электрон байхгүй үед үүсдэг тул p-төрөл гэж нэрлэдэг.
N ба P төрлийн хольцын хоорондох материаллаг ялгаа нь хагас дамжуулагчийн хуримтлагдсан давхаргуудаар электронууд урсах чиглэл юм. N ба p төрлийн цахиур хоёулаа сайн цахилгаан дамжуулагч юм.
Диод бол n ба p төрлийн цахиурыг ашигладаг хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн хамгийн энгийн жишээ юм. Энэ нь цахилгаан гүйдлийг нэг чиглэлд урсгах боломжийг олгодог.
Бүх зүйл p-ээс n уулзварт ирдэг. N хэлбэрийн цахиур нь нэмэлт электронтой бөгөөд p тал дээр электрон шаардлагатай атомууд байдаг тул электронууд уулзвар дээр шилжинэ. (Өөр хувилбар: p тал нь нэмэлт нүхтэй, n тал дээр нүх хэрэгтэй атомууд байдаг тул нүхнүүд уулзварыг хөндлөн нүүж шилждэг.) Уулзварын ойролцоох цахилгаан цэнэг зөөгч электрон ба нүхнүүд нэгдэж, нэгийг нь цуцалдаг. Гэсэн хэдий ч хомсдолын бүсийн хоёр тал дахь атомууд төвийг сахихын тулд электрон авах/нүхнээс салах хүсэлтэй боловч хомсдолын бүсэд чөлөөт цэнэг зөөгч байхгүй тул үүнийг хийж чадахгүй.
P-n уулзварт цахилгаан орон үүсгэснээр диодын уулзварыг тусгаарлагч эсвэл дамжуулагч болгон хувиргаж болно. Хэрэв та батарейны сөрөг (-Ve) төгсгөлийг p тал руу, эерэг (+Ve) төгсгөлийг n тал руу (“урвуу хазайлт”) холбовол чөлөөт цэнэглэгчийг хажуу тийш нь татаж, шавхагдах бүсийг өргөсгөх болно. Энэ нь уулзварыг тусгаарлагч болгон хувиргаж, цаашлаад цахилгаан гүйдлийн урсгалыг саатуулдаг. Гэсэн хэдий ч батарейны -Ve төгсгөлийг n тал руу, +Ve төгсгөлийг p тал руу (‘урагш хазайлт’) холбовол цэнэг зөөгчийг дунд руу нь түлхэж, цэнэг нь дуусах бүсийг таслан зогсоож, эргүүлэх болно. P-ээс n уулзварыг дамжуулагч руу оруулна. Учир нь p тал дахь нүхнүүд нь батарейны +Ve төгсгөл, n тал дахь электронууд нь зайны -Ve төгсгөлд түлхэгдэнэ. Уулзвар дахь атомууд одоо цэнэг зөөгчийг бие биедээ шилжүүлж, гүйдэл чөлөөтэй урсах боломжтой болсон.
Энэ бол хамгийн энгийн хагас дамжуулагч төхөөрөмж болох диод хэрхэн ажилладгийг харуулсан маш энгийн жишээ юм. Эдгээрийн хэдэн тэрбумыг ар араас нь нийлүүлбэл компьютерын чиптэй болно!
