Field effect (semiconductor)
طبیعیات میں، فیلڈ ایفیکٹ سے مراد بیرونی برقی میدان کے اطلاق سے کسی مادے کی برقی چالکتا کا ماڈیولیشن ہوتا ہے۔ دھات میں، الیکٹران کی کثافت جو اطلاق شدہ شعبوں کا جواب دیتی ہے اتنی بڑی ہوتی ہے کہ ایک بیرونی برقی میدان مادے میں صرف بہت کم فاصلے پر گھس سکتا ہے۔ تاہم، سیمی کنڈکٹر میں الیکٹرانوں (اور ممکنہ طور پر سوراخوں) کی کم کثافت جو کسی اطلاق شدہ فیلڈ کا جواب دے سکتی ہے اتنی کم ہوتی ہے کہ فیلڈ مواد میں کافی دور تک گھس سکتی ہے۔ یہ فیلڈ دخول اس کی سطح کے قریب سیمی کنڈکٹر کی چالکتا کو بدل دیتا ہے، اور اسے فیلڈ ایفیکٹ کہا جاتا ہے۔ فیلڈ اثر شٹکی ڈایڈڈ اور فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹرز، خاص طور پر ایم او ایس ایف ای ٹی، جے ایف ای ٹی اور ایم ای ایس ایف ای ٹی کے آپریشن کی بنیاد رکھتا ہے۔ سطح کی چالکتا اور بینڈ موڑنا سطح کی چالکتا میں تبدیلی اس لیے ہوتی ہے کیونکہ اطلاق شدہ فیلڈ الیکٹرانوں کے لیے دستیاب توانائی کی سطح کو سطح سے کافی گہرائی تک بدل دیتا ہے، اور اس کے نتیجے میں سطح کے علاقے میں توانائی کی سطح کے قبضے کو تبدیل کرتا ہے۔ اس طرح کے اثرات کا ایک عام علاج بینڈ موڑنے والے خاکہ پر مبنی ہوتا ہے جس میں بینڈ کے کناروں کی توانائی میں پوزیشن کو مواد میں گہرائی کے فنکشن کے طور پر دکھایا جاتا ہے۔ ایک مثال بینڈ موڑنے والا خاکہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ سہولت کے لیے، توانائی کا اظہار ای وی میں کیا جاتا ہے اور وولٹیج کا اظہار وولٹ میں کیا جاتا ہے، جس سے ابتدائی چارج کے لیے فیکٹر q کی ضرورت سے بچا جا سکتا ہے۔ شکل میں، ایک دو پرت کا ڈھانچہ دکھایا گیا ہے، جو بائیں ہاتھ کی پرت کے طور پر ایک موصلیت اور دائیں ہاتھ کی پرت کے طور پر ایک سیمی کنڈکٹر پر مشتمل ہے۔ اس طرح کے ڈھانچے کی ایک مثال ایم او ایس کیپسیٹر ہے، جو دھات کے دروازے کے رابطے سے بنا ایک دو ٹرمینل ڈھانچہ ہے، جسم کے رابطے کے ساتھ ایک سیمی کنڈکٹر باڈی (جیسے سلکان)، اور ایک درمیانی موصلیت پرت (جیسے سلکان ڈائی آکسائیڈ، اس لیے عہدہ O)۔ بائیں پینل کنڈکشن بینڈ کی سب سے کم توانائی کی سطح اور ویلینس بینڈ کی سب سے زیادہ توانائی کی سطح کو ظاہر کرتے ہیں۔ یہ سطحیں مثبت وولٹیج V کے اطلاق سے "جھکی ہوئی" ہوتی ہیں۔ روایت کے مطابق، الیکٹرانوں کی توانائی دکھائی جاتی ہے، لہذا سطح میں گھسنے والا مثبت وولٹیج ترسیل کے کنارے کو کم کر دیتا ہے۔ ایک ڈیشڈ لائن قبضے کی صورتحال کو ظاہر کرتی ہے: اس فرمی سطح سے نیچے ریاستوں کے قبضے کا امکان زیادہ ہوتا ہے، کنڈکشن بینڈ فرمی سطح کے قریب چلا جاتا ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ زیادہ الیکٹران موصلیت کے قریب کنڈکٹنگ بینڈ میں ہوتے ہیں۔ بلک ریجن شکل میں موجود مثال سے پتہ چلتا ہے کہ اطلاق شدہ فیلڈ کی حد سے باہر بلک میٹریل میں فرمی کی سطح ویلینس بینڈ کے کنارے کے قریب ہے۔ قبضے کی سطح کے لیے یہ پوزیشن سیمی کنڈکٹر میں نجاست متعارف کروا کر ترتیب دی جاتی ہے۔ اس صورت میں نجاست نام نہاد قبولیت ہیں جو ویلینس بینڈ سے الیکٹرانوں کو جذب کرتے ہیں جو منفی طور پر چارج ہوتے ہیں، سیمی کنڈکٹر مواد میں سرایت شدہ غیر متحرک آئن ہوتے ہیں۔ ہٹائے گئے الیکٹرانوں کو ویلینس بینڈ کی سطحوں سے کھینچا جاتا ہے، جس سے ویلینس بینڈ میں خالی جگہیں یا سوراخ رہ جاتے ہیں۔ فیلڈ فری خطے میں چارج غیر جانبداری غالب ہے کیونکہ ایک منفی قبول کنندہ آئن میزبان مادے میں مثبت کمی پیدا کرتا ہے: ایک سوراخ الیکٹران کی عدم موجودگی ہے، یہ مثبت چارج کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔ جہاں کوئی فیلڈ موجود نہیں ہے، غیر جانبداری حاصل کی جاتی ہے کیونکہ منفی قبولیت آئن مثبت سوراخوں کو بالکل متوازن کرتے ہیں۔ سطح کا علاقہ اگلا بینڈ موڑنے کا بیان کیا گیا ہے۔ ایک مثبت چارج موصلیت کے بائیں چہرے پر رکھا جاتا ہے (مثال کے طور پر دھاتی "گیٹ" الیکٹروڈ کا استعمال کرتے ہوئے)۔ موصلیت میں کوئی چارج نہیں ہوتے ہیں اس لیے برقی میدان مستقل ہوتا ہے، جس کی وجہ سے اس مادے میں وولٹیج کی لکیری تبدیلی ہوتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، موصلیت کی ترسیل اور ویلینس بینڈ اس لیے شکل میں سیدھی لکیریں ہیں، جو موصلیت کی توانائی کے بڑے فرق سے الگ ہوتی ہیں۔ سیمی کنڈکٹر میں اوپری پینل میں دکھائے گئے چھوٹے وولٹیج پر، موصلیت کے بائیں چہرے پر رکھا گیا مثبت چارج ویلینس بینڈ کے کنارے کی توانائی کو کم کرتا ہے۔ نتیجتا، یہ ریاستیں مکمل طور پر ایک نام نہاد کمی کی گہرائی تک قابض ہیں جہاں بڑی تعداد میں قبضہ خود کو دوبارہ قائم کرتا ہے کیونکہ میدان مزید گھس نہیں سکتا ہے۔ چونکہ ان سطحوں کے کم ہونے کی وجہ سے سطح کے قریب ویلینس بینڈ کی سطح مکمل طور پر قابض ہوتی ہے، اس لیے سطح کے قریب صرف متحرک منفی قبولیت آئن چارجز موجود ہوتے ہیں، جو سوراخوں کے بغیر برقی طور پر موصلیت کا خطہ بن جاتا ہے (کمی کی پرت)۔ اس طرح، فیلڈ کے دخول کو اس وقت روکا جاتا ہے جب بے نقاب منفی قبولیت آئن چارج موصلیت کی سطح پر رکھے گئے مثبت چارج کو متوازن کرتا ہے: کمی کی پرت اپنی گہرائی کو اتنی حد تک ایڈجسٹ کرتی ہے کہ خالص منفی قبولیت آئن چارج گیٹ پر مثبت چارج کو متوازن کر سکے۔ الٹا کنڈکشن بینڈ کے کنارے کو بھی کم کیا جاتا ہے، جس سے ان حالتوں میں الیکٹران کا قبضہ بڑھتا ہے، لیکن کم وولٹیج پر یہ اضافہ اہم نہیں ہے۔ بڑے اطلاق شدہ وولٹیج پر، تاہم، نچلے پینل کی طرح، کنڈکشن بینڈ کے کنارے کو کافی حد تک کم کیا جاتا ہے تاکہ ایک تنگ سطح کی پرت میں ان سطحوں کی نمایاں آبادی کا سبب بن سکے، جسے الٹا پرت کہا جاتا ہے کیونکہ الیکٹران قطعیت میں ان سوراخوں کے برعکس ہوتے ہیں جو اصل میں سیمی کنڈکٹر کو آباد کرتے ہیں۔ الٹا پرت میں الیکٹران چارج کا یہ آغاز ایک اطلاق شدہ حد وولٹیج پر بہت اہم ہو جاتا ہے، اور ایک بار جب لاگو شدہ وولٹیج اس قدر سے تجاوز کر جاتا ہے تو چارج غیر جانبداری تقریبا مکمل طور پر الٹا پرت میں الیکٹرانوں کے اضافے سے حاصل کی جاتی ہے بجائے اس کے کہ قبولیت آئن چارج میں اضافہ ہو۔ سیمی کنڈکٹر میں مزید فیلڈ کے دخول کو اس مقام پر روک دیا جاتا ہے، کیونکہ الیکٹران کی کثافت حد وولٹیج سے آگے بینڈ موڑنے کے ساتھ تیزی سے بڑھ جاتی ہے، مؤثر طریقے سے حد وولٹیج پر کمی کی پرت کی گہرائی کو اس کی قیمت پر جوڑتی ہے۔ حوالہ جات سیمی کنڈکٹر سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی سیمی کنڈکٹر ڈھانچے الیکٹرانک بینڈ ڈھانچے جسمانی مظاہر MOSFETs