මේ අර්ධ සන්නායක වල මළගම ද?

නූතන ඉලෙක්ට්‍රොනික පරිපථයක් ගත්තාම එහි ට්‍රාන්සිස්ටරයක් අනිවාර්යයෙන්ම වාගේ දකින්නට ලැබෙනවා. අතීතයේ ඉතා සුළු හැකියාවක් ඇති පරිගණක පවා කාමරයක් තරම් විශාල කළ රික්තක නල ධූරයෙන් පහ කරමින් කරළියට ආ ට්‍රාන්සිස්ටර් නිසා අතේ ගෙන යා හැකි තරම් කුඩා පරිගණක, දුරකථන බිහිවුණා. මේ අතරේ ඇමරිකාවේ කැලිෆෝනියානු සරසවියකින් අපූරු පුවතක් වාර්තා වුණා. ඒ, ඊටත් වඩා කුඩා මයික්‍රො ප්‍රමාණයේ ඉලෙක්ට්‍රොනික පරිපථ සරසන අංගයක් ගැනයි.

කරදරකාරී රික්තක නල

Image Credit: wordpress.com

මුල් කාලයේ පරිගණකවල රික්තක නල මූලික වශයෙන්ම භාවිතයට ගැණුනා. මේවා වීදුරු වලින් සැකසූ රික්තයක් වන අතර ප්‍රමාණයෙන් ද ඉතා විශාලයි. බොහෝ දුරට පරණ කහ පැහැති එළියක් දෙන සූත්‍රිකා පහනක් (filament bulb) වගෙයි. රත් වූ සූත්‍රිකාවක් හෝ කැතෝඩයකින් මේවා ක්‍රියාත්මක වුණා. ඇතැම්වා රික්තයක් නොවූ අතර අඩු පීඩන වායු ඇතුලත් කර තිබුණා. සන්නායකතාව ඇතිකර ගැනීම සඳහා මෙම තාපක නල විශාල විදුලියක් වැය කරමින් තාපය ද වැඩි වශයෙන් නිකුත් කරනවා. මේවායේ සරලම අවස්ථාව ඩයෝඩයි. ඉපැරණි ඩයෝඩවල හීටරයක්, ඇනෝඩයක්, කැතෝඩයක්, ඇතැම්වායේ සූත්‍රිකාවකුත් අඩංගු වෙනවා. තාපය වෙනුවට ආලෝකය භාවිත කරමින් සන්නායකයට ආලෝක ශක්තිය ලැබුණු විට ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කිරීම ඇරඹෙන ආකාරයේ ප්‍රකාශ නල (phototube) ද තිබුණා. කොහොම නමුත් ප්‍රමාණයේ විශාලත්වය නිසා පරිගණකයක් කියන්නේ උකුළ මත තබා ගත හැකි එකක් නොව, කාමරයක් වෙනම වෙන් කළ යුතු දෙයක් බවට පත් වුණා.

ට්‍රාන්සිස්ටරවල ආගමනය

Image Credit: adafruit.com

තාපක ට්‍රයෝඩ දුරස්ථ රේඩියෝ කටයුතු සඳහා භාවිතයට පැමිණි කාලයෙන් පසු එය කුඩා පරිමාණ කරමින් ට්‍රාන්සිස්ටරය ක්‍රම ක්‍රමයෙන් පරිපථවලට යොදා ගැනුණේ එය සතු වූ විශේෂාංග රැසක් නිසා යි. ප්‍රමාණයෙන් කුඩා බව, හීටරයක් අවශ්‍ය නොවීම, එම නිසාම පිටකරන තාපය සහ විදුලි ප්‍රමාණය අඩු වීම, බිඳී යන කොටස් නොමැති නිසා වැඩි කල් පැවැත්ම ආදිය ඉන් කිහිපයක්. අර්ධ සන්නායක උපාංගයක් වන මෙය අවම වශයෙන් අග්‍ර තුනකින් යුක්තයි. pnp, npn ලෙස ඒවා මූලික වර්ග දෙකකින් හමු වෙනවා. ට්‍රාන්සිස්ටර බූලියන් උපාංගයක් ලෙසද හැඳින්වෙන්නේ එය ස්විචයක් ලෙස ධාරාව ගැලීම නවත්වමින් හෝ ඉඩ සලසමින් ක්‍රියාත්මක වන නිසායි. සංඥා වර්ධනයට ද ට්‍රාන්සිස්ටර් භාවිතා වෙනවා.

අද වන විට ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවල ට්‍රාන්සිස්ටර දහස් ගණනින් අඩංගු වන අතර තනිව දකින්නට ලැබෙන ඒවාට වඩා සංයුක්ත පරිපථවලයි අඩංගු කරනු ලබන්නේ. ට්‍රාන්සිස්ටර ප්‍රමාණය මෙන්ම භාවිතය ද වැඩි වීමත් සමඟ උපාංගවල බලය සහ හැකියාව ඉහළ ගොස් තිබෙනවා. නමුත් අර්ධ සන්නායක භාවිතය නිසා කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් වැඩි කරලීම ගැටළුවක්ව තිබෙනවා.

ප්‍රකාශ නල නව මුහුණුවරකින්?

Image Credit: ucsdnews.ucsd.edu

ඇමරිකාවේ කැලිෆෝනියා සැන් දියේගෝ සරසවියේ පර්යේෂණ ඉංජිනේරු කණ්ඩායමක් ට්‍රාන්සිස්ටර් වලටත් වඩා හොඳ විසඳුමක් හඳුන්වා දෙනු ලැබුවා. අර්ධ සන්නායක රහිත මේවායේ ඉලෙක්ට්‍රෝන නිදහස් අවකාශයට මුදා හරින නිසා අර්ධ සන්නායකවල ඇතිවන අවාසිය මගහැරී යනවා.

ඉලෙක්ට්‍රෝන මෙලෙස නිදහස් කිරීම සඳහා සාමාන්‍ය ආකාරයේ දී විශාල විදුලි ශක්තියක් හෝ තාපයක් අවශ්‍ය වෙනවා. අතීත රික්තක නලවල තිබූ ගැටළුව ද මෙයයි. එනමුත් එය වැඩිදියුණු කරමින් මයික්‍රො ප්‍රමාණයේ උපාංග නිපදවන්නට මේ පිරිස සමත් වුණා. වෝල්ට් 100ක් පමණ සහ ෆැරන්හයිට් දහසක පමණ ප්‍රමාණයක් වැයවන ඉලෙක්ට්‍රෝන මුදාලීමේ ක්‍රියාව ඔවුන් ඉතාම අඩු විදුලියකින් සහ ආලෝකය භාවිතා කරමින් සකසනු ලැබුවා. පාරපෘෂ්ඨ (metasurface) හෙවත් රන්මය නැනෝ කොටස් වලින් සකසන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන මුදාහැරෙන කොටසක් සිලිකන් හා සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් එක මත එක තබා සකසන ලද කොටසක් මත තැබීමෙන් මෙම ව්‍යුහය නිපදවා තිබෙනවා.

මෙය ක්‍රියාත්මක වන්නේ අධෝරක්ත ලේසර් කිරණ ලැබීමත් සමඟ නිසා අතීත ප්‍රකාශ නල සිහිගන්වන අතර වැඩි දියුණු කරන ලද සූර්ය පැනල තැනීමේ දී බෙහෙවින් වැදගත් වනවා. රික්තක නලවල සහ අර්ධ සන්නායකවල ඇති පහසුකම් එකතු කොට තැනෙන මෙම ව්‍යුහ නිසා වැඩි බලයක්, වේගයක් සහ ඉහළ තරංග ආයාමයක් මින් ලැබෙන්නේ ප්‍රමාණයේ කුඩා බව ද සමඟයි.

වත්මන් හැකියාව සහ අනාගතය

පරීක්ෂාවන්හි දී මෙම ව්‍යුහයන් සියයට දහසක සන්නායකතාවයක් දක්වනු ලැබුවා. වෙළඳපොළ නිෂ්පාදනයක අඩංගු කරන්නට තරම් මෙය දියුණු මට්ටමක නැතත් අදහස තහවුරු කිරීමක් ලෙස මෙම මූලික අවස්ථාව සලකන්නට පුළුවන්. මෙම කණ්ඩායමේ මූලිකත්වය ගත් මහාචාර්ය Dan Sievenpiper සඳහන් කරන්නේ “මෙය අර්ධ සන්නායක උපාංග සම්පූර්ණයෙන්ම විශ්‍රාම යවන එකක් නැහැ” කියායි. එනමුත් මේවා භාවිත කළ හැකි වැඩි සංඛ්‍යාතයක් සහ බලයක් අවශ්‍ය විශේෂ අවස්ථාවන්හි දී වැඩි පහසුවක් ඇති කරනු බවට ඔහු විශ්වාස කරනවා.

කවරයේ ඡායාරූපය: formagrind.co.uk