Field effect (semiconductor)
भौतिकी में, क्षेत्र प्रभाव बाहरी विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा किसी सामग्री की विद्युत चालकता के मॉडुलन को संदर्भित करता है। एक धातु में, प्रयुक्त क्षेत्रों पर प्रतिक्रिया करने वाला इलेक्ट्रॉन घनत्व इतना बड़ा होता है कि एक बाहरी विद्युत क्षेत्र सामग्री में केवल बहुत कम दूरी पर प्रवेश कर सकता है। हालांकि, एक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों (और संभवतः छेद) का कम घनत्व जो एक लागू क्षेत्र का जवाब दे सकता है, इतना छोटा है कि क्षेत्र सामग्री में काफी दूर तक प्रवेश कर सकता है। यह क्षेत्र प्रवेश इसकी सतह के पास अर्धचालक की चालकता को बदल देता है, और इसे क्षेत्र प्रभाव कहा जाता है। क्षेत्र प्रभाव स्कॉटकी डायोड और क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर, विशेष रूप से एम. ओ. एस. एफ. ई. टी., जे. एफ. ई. टी. और एम. ई. एस. एफ. ई. टी. के संचालन को रेखांकित करता है। सतह चालकता और पट्टी झुकना सतह चालकता में परिवर्तन इसलिए होता है क्योंकि लागू क्षेत्र सतह से काफी गहराई तक इलेक्ट्रॉनों के लिए उपलब्ध ऊर्जा स्तरों को बदल देता है, और यह बदले में सतह क्षेत्र में ऊर्जा स्तरों की अधिभोग को बदल देता है। इस तरह के प्रभावों का एक विशिष्ट उपचार एक बैंड-झुकने वाले आरेख पर आधारित है जो सामग्री में गहराई के कार्य के रूप में बैंड किनारों की ऊर्जा में स्थिति को दर्शाता है। एक उदाहरण बैंड-झुकने वाला आरेख चित्र में दिखाया गया है। सुविधा के लिए, ऊर्जा को ई. वी. में व्यक्त किया जाता है और वोल्टेज को वोल्ट में व्यक्त किया जाता है, जिससे प्राथमिक आवेश के लिए एक कारक q की आवश्यकता से बचा जा सकता है। चित्र में, एक दो-परत संरचना दिखाई गई है, जिसमें बाएं हाथ की परत के रूप में एक अवरोधक और दाहिने हाथ की परत के रूप में एक अर्धचालक शामिल है। इस तरह की संरचना का एक उदाहरण एम. ओ. एस. संधारित्र है, जो एक धातु द्वार संपर्क से बनी दो-टर्मिनल संरचना है, एक अर्धचालक निकाय (जैसे सिलिकॉन) एक शरीर संपर्क के साथ, और एक मध्यवर्ती अवरोधक परत (जैसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड, इसलिए पदनाम ओ)। बाएँ पैनल चालन बैंड का सबसे कम ऊर्जा स्तर और संयोजकता बैंड का उच्चतम ऊर्जा स्तर दिखाते हैं। ये स्तर एक सकारात्मक वोल्टेज V के अनुप्रयोग द्वारा "मुड़े हुए" होते हैं। परंपरा के अनुसार, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा दिखाई जाती है, इसलिए सतह में प्रवेश करने वाला एक सकारात्मक वोल्टेज चालन किनारे को कम कर देता है। एक डैश्ड रेखा अधिभोग की स्थिति को दर्शाती हैः इस फर्मी स्तर के नीचे राज्यों पर कब्जा करने की अधिक संभावना होती है, चालन पट्टी फर्मी स्तर के करीब जाती है, जो दर्शाती है कि अधिक इलेक्ट्रॉन अवाहक के पास चालन पट्टी में होते हैं। थोक क्षेत्र चित्र में उदाहरण लागू क्षेत्र की सीमा से परे थोक सामग्री में फर्मी स्तर को वैलेंस बैंड किनारे के करीब स्थित दिखाता है। अधिभोग स्तर के लिए इस स्थिति को अर्धचालक में अशुद्धियों को पेश करके व्यवस्थित किया जाता है। इस मामले में अशुद्धियाँ तथाकथित स्वीकारक होती हैं जो वैलेंस बैंड से इलेक्ट्रॉनों को सोख लेती हैं जो नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाते हैं, अर्धचालक सामग्री में अंतर्निहित स्थिर आयन। हटाए गए इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस बैंड स्तरों से खींचा जाता है, जिससे वैलेंस बैंड में रिक्तियां या छेद हो जाते हैं। क्षेत्र-मुक्त क्षेत्र में आवेश तटस्थता प्रबल होती है क्योंकि एक नकारात्मक ग्रहणकर्ता आयन मेजबान सामग्री में एक सकारात्मक कमी पैदा करता हैः एक छेद एक इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति है, यह एक सकारात्मक आवेश की तरह व्यवहार करता है। जहाँ कोई क्षेत्र मौजूद नहीं है, तटस्थता प्राप्त की जाती है क्योंकि नकारात्मक स्वीकारक आयन सकारात्मक छिद्रों को बिल्कुल संतुलित करते हैं। सतह क्षेत्र अगला बैंड झुकने का वर्णन किया गया है। इन्सुलेटर के बाएँ चेहरे पर एक सकारात्मक आवेश रखा जाता है (उदाहरण के लिए धातु "गेट" इलेक्ट्रोड का उपयोग करना)। इन्सुलेटर में कोई आवेश नहीं होते हैं इसलिए विद्युत क्षेत्र स्थिर होता है, जिससे इस सामग्री में वोल्टेज का रैखिक परिवर्तन होता है। नतीजतन, इन्सुलेटर चालन और संयोजकता बैंड इसलिए आकृति में सीधी रेखाएँ हैं, जो बड़े इन्सुलेटर ऊर्जा अंतराल से अलग होती हैं। शीर्ष पटल में दिखाए गए छोटे वोल्टेज पर अर्धचालक में, अवाहक के बाएं चेहरे पर रखा गया सकारात्मक आवेश संयोजकता पट्टी के किनारे की ऊर्जा को कम करता है। नतीजतन, ये राज्य पूरी तरह से एक तथाकथित ह्रास गहराई तक फैले हुए हैं जहां थोक अधिभोग खुद को फिर से स्थापित करता है क्योंकि क्षेत्र आगे प्रवेश नहीं कर सकता है। चूंकि इन स्तरों के कम होने के कारण सतह के पास संयोजकता पट्टी का स्तर पूरी तरह से व्याप्त हो जाता है, इसलिए सतह के पास केवल स्थिर नकारात्मक स्वीकारक-आयन आवेश मौजूद होते हैं, जो बिना छिद्रों (ह्रास परत) के एक विद्युत इन्सुलेट क्षेत्र बन जाता है। इस प्रकार, क्षेत्र के प्रवेश को तब रोका जाता है जब उजागर नकारात्मक स्वीकारक आयन आवेश अवाहक सतह पर रखे गए सकारात्मक आवेश को संतुलित करता हैः ह्रास परत अपनी गहराई को पर्याप्त रूप से समायोजित करती है ताकि शुद्ध नकारात्मक स्वीकारक आयन आवेश द्वार पर सकारात्मक आवेश को संतुलित कर सके। व्युत्क्रम चालन पट्टी का किनारा भी कम हो जाता है, जिससे इन अवस्थाओं में इलेक्ट्रॉन अधिभोग बढ़ जाता है, लेकिन कम वोल्टेज पर यह वृद्धि महत्वपूर्ण नहीं है। बड़े लागू वोल्टेज पर, हालांकि, निचले पैनल की तरह, चालन पट्टी के किनारे को एक संकीर्ण सतह परत में इन स्तरों की महत्वपूर्ण आबादी का कारण बनने के लिए पर्याप्त रूप से कम किया जाता है, जिसे एक व्युत्क्रम परत कहा जाता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन ध्रुवीयता में मूल रूप से अर्धचालक को आबाद करने वाले छेद के विपरीत होते हैं। व्युत्क्रम परत में इलेक्ट्रॉन आवेश की यह शुरुआत एक लागू सीमा वोल्टेज पर बहुत महत्वपूर्ण हो जाती है, और एक बार जब लागू वोल्टेज इस मूल्य से अधिक हो जाता है तो आवेश तटस्थता लगभग पूरी तरह से व्युत्क्रम परत में इलेक्ट्रॉनों को जोड़कर प्राप्त की जाती है, न कि अपचयन परत के विस्तार द्वारा स्वीकारक आयन आवेश में वृद्धि से। अर्धचालक में आगे क्षेत्र के प्रवेश को इस बिंदु पर रोक दिया जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन घनत्व सीमा वोल्टेज से परे बैंड-झुकने के साथ तेजी से बढ़ता है, प्रभावी रूप से कमी परत की गहराई को सीमा वोल्टेज पर इसके मूल्य पर पिन करता है। संदर्भ अर्धचालक अर्धचालक प्रौद्योगिकी अर्धचालक संरचनाएँ इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचनाएँ भौतिक घटनाएँ MOSFETs