ಹಿನ್ನೆಲೆ

ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಸುಲಭವಾಗಿ ಪ್ರವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಇಂತಹವುಗಳನ್ನು ‘ವಾಹಕ’ (conductors)ಗಳೆಂದು ಕರೆಯುತ್ತೇವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ತಾಮ್ರ, ಅಲ್ಯುಮಿನಂ ಮತ್ತು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಎಲ್ಲಾ ಲೋಹಗಳು ಒಳ್ಳೆಯ ವಾಹಕಗಳು. ಬೆಳ್ಳಿ ಅತ್ಯಂತ ಶ್ರೇಷ್ಠ ವಾಹಕ, ಚಿನ್ನವೂ ಸಹ ಉತ್ತಮ ವಾಹಕ. ವಾಹಕಗಳ ಉಷ್ಣತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿದಾಗ ಅವುಗಳ ರೋಧಶೀಲಕತೆಯೂ (Resistivity)ಸಹ ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದು. ಇಂತಹ ವಾಹಕಗಳನ್ನು ಧನ ಉಷ್ಣತಾ ಗುಣಾಂಕ (Positive temperature co-efficient, PTC)ವಸ್ತುಗಳೆಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಪಿಂಗಾಣಿ, ರಬ್ಬರ್, ಒಣ ಮರ ಹಾಗೂ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಲೋಹಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹ ಹರಿಯುವುದಿಲ್ಲ. ಇಂತಹ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ‘ಅವಾಹಕ’ (Insulator)ಗಳೆಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

ಅವಾಹಕ ಮತ್ತು ವಾಹಕಗಳ ನಡುವೆ, ಇನ್ನೊಂದು ವಿಧದ ವಸ್ತುವಿದೆ. ಇದನ್ನು ‘ಅರೆವಾಹಕ’ (Semi-conductor)ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ (Silicon)ಮತ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಂ (Germinum)ಎಂಬ ವಸ್ತುಗಳು ಇಂತಹ ಮುಖ್ಯ  ಅರೆವಾಹಕಗಳು.  ಇವು ತಾಮ್ರ ಮೊದಲಾದ ಉತ್ತಮ ವಾಹಕಗಳಷ್ಟು ವಾಹಕತ್ವವನ್ನು ಪಡೆದಿಲ್ಲ.  ಹಾಗೆಯೇ ವಿದ್ಯುತ್ ಅವಾಹಕಗಳಷ್ಟು ನಿರೋಧಕಗಳೂ ಅಲ್ಲ. ಅರೆವಾಹಕಗಳ ಉಷ್ಣತೆ ಹೆಚ್ಚಿಸಿದರೆ, ವಾಹಕತ್ವವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಋಣ ಉಷ್ಣತಾ ಗುಣಾಂಕ (Negative temperature co-efficient, NTC) ವಸ್ತುಗಳೆಂದು ವರ್ಗೀಕರಿಸಲಾಗಿದೆ.

ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿಯುವ ಬಗೆ

ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹದ ಬಗ್ಗೆ ತಿಳಿಯುವುದಕ್ಕೆ ಮುನ್ನ, ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ತಿಳಿಯುವುದು ಅಗತ್ಯ. ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಧನವಿದ್ಯುದಂಶದ (Positive charge)ಪ್ರೋಮತ್ತು ಈ ಅಂಶರಹಿತ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ (Neutron)ಗಳು ಇರುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಪರಮಾಣು ಕೇಂದ್ರವು ಯಾವಾಗಲೂ ಧನ ವಿದ್ಯುದಂಶವುಳ್ಳದ್ದಾಗಿರುತ್ತದೆ.  ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಕೇಂದ್ರದ ಸುತ್ತಲೂ, ಒಂದು ಕ್ರಮವರಿತು ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಕಕ್ಷೆ (Orbits)ಗಳಲ್ಲಿ ಸುತ್ತುತ್ತಿರುತ್ತವೆ. ಧನಾಂಶ ಪರಮಾಣು ಕೇಂದ್ರವು, ಋಣ ವಿದ್ಯುದಂಶ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಮೇಲೆ, ಕೇಂದ್ರಾಭಿಮುಖ ವಿದ್ಯುದಾಕರ್ಷಣಾ ಬಲವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸಿ, ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಇರುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಯಾವುದೇ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ, ಗರಿಷ್ಠ ಎಷ್ಟು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರಬಹುದೆಂಬುದನ್ನು ಒಂದು ಸೂತ್ರದಿಂದ ತಿಳಿಯಬಹುದು. ಸೂತ್ರ: 2n2, nಎಂಬುದು ಕಕ್ಷೆಯ ಸಂಖ್ಯೆ. ಉದಾಹರಣೆಗಾಗಿ, ಮೊದಲನೆಯ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ n=1, ಆದ್ದರಿಂದ 2(1)2=2, ಎರಡು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರಲು ಸಾಧ್ಯ. ಹಾಗೆಯೇ 2ನೆಯ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ 2(2)2= 4×2=8ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರಬಹುದು. ಅತ್ಯಂತ ಹೊರ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಮೇಲೆ ಪರಮಾಣು ಕೇಂದ್ರದ ಆಕರ್ಷಣಾ ಬಲವು ಕಡಿಮೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಅವು ಸುಲಭವಾಗಿ ತಪ್ಪಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಾಧ್ಯವಿದೆ. ಇಂತಹ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿಗೆ ‘ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್’ (free electron)ಎಂದು ಹೆಸರು. ಒಳ್ಳೆಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಇಂತಹ ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಿಶೇಷವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಉದಾ: ತಾಮ್ರದ ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ 29ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರುತ್ತವೆ.  ಅವುಗಳ ಜೋಡಣೆ ಹೀಗೆ ಇದೆ. [2, 8, 18, 1]ನಾಲ್ಕನೇ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿರುವ ಒಂದು ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅದರ ವಾಹಕತ್ವಕ್ಕೆ ಕಾರಣ.

ವಾಹಕದಲ್ಲಿರುವ ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ದಿಕ್ಕಾಪಾಲಾಗಿ ವಾಹಕದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುತ್ತವೆ. ವಾಹಕವನ್ನು ಒಂದು ವಿದ್ಯುತ್ ಕೋಶಕ್ಕೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ ಋಣ ಧ್ರುವದಿಂದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಾಹಕದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಬೇಕು. ಅವು ವಾಹಕದ ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಮೇಲೆ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಉಂಟು ಮಾಡಿ, ಧನ ಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೆ ಪ್ರವಹಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತವೆ.

ಹೀಗೆ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಚಲನೆಯೇ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹ ಎನಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಎರಡು ರೀತಿ ನೋಡಬಹುದು (ಚಿತ್ರ-1,1a). ವಿದ್ಯುತ್ ಕೋಶದ ಋಣ ಧ್ರುವದಿಂದ ಧನಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೆ ಹರಿಯುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ‘ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪ್ರವಾಹ’ (Electronic current)ಎಂದೂ ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾದ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ, ಅಂದರೆ ಧನಧ್ರುವದಿಂದ ಋಣಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೆ ‘ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಪ್ರವಾಹ’ (Conventional Current)ಎಂದೂ ಗುರ್ತಿಸುವುದು ಒಂದು ರೂಢಿ. ಈಗ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವೆಂದರೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಪ್ರವಾಹವೆಂದೇ ತಿಳಿಯಬೇಕು.  ಆದರೆ ವಾಸ್ತವದಲ್ಲಿ ಇದಕ್ಕೆ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪ್ರವಾಹವೇ ಕಾರಣ.

ವಾಹಕ, ಅವಾಹಕ ಮತ್ತು ಅರೆವಾಹಕಗಳ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿನ್ಯಾಸ

ಈ ಮೊದಲೇ ತಿಳಿಸಿದಂತೆ ಪರಮಾಣುಗಳ ಹೊರಗಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಅವು ಪಡೆದಿರುವ ಶಕ್ತಿಗನುಗುಣವಾಗಿ ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ, ಪರಮಾಣು ಕೇಂದ್ರದ ಸುತ್ತಲೂ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುತ್ತವೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿಯೂ, ಇರಬಹುದಾದ ಗರಿಷ್ಠ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು 2n2ಸೂತ್ರದಿಂದ ತಿಳಿಯಬಹುದು. ಪ್ರತಿ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿಯೂ ಉಪ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಇರುತ್ತವೆ. ಅವುಗಳನ್ನು s, p, d, f, ಮೊದಲಾದ ಚಿಹ್ನೆಗಳಿಂದ ಗುರ್ತಿಸಿದೆ. s ಉಪ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ 2, p ಯಲ್ಲಿ 6, d ಯಲ್ಲಿ 10ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರುತ್ತವೆ. ಕಕ್ಷೆಗಳು ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಅತ್ಯಂತ ಹೊರ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಭಾಗವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಇವುಗಳನ್ನು ವೇಲೆನ್ಸ್ (valence) ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳೆಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ವಾಹಕ, ಅವಾಹಕ ಮತ್ತು ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ‘ಶಕ್ತಿ ವಲಯ’ (Energy band)ಗಳ ವಿಂಗಡಣೆಯಿಂದ ಸುಲಭವಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು (ಚಿತ್ರ-2).

ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಪಡೆಯಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿ ವಲಯಗಳನ್ನು ಮೂರು ವಲಯಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು. ಅತ್ಯಂತ ಕೆಳಗಿನ ವಲಯವನ್ನು ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯ (Valence brand)ಮತ್ತು ಅತ್ಯಂತ ಮೇಲಿನ ವಲಯವನ್ನು ವಾಹಕ ವಲಯ (Conduction band)ಎಂದು ವಿಂಗಡಿಸಿದೆ. ಇವೆರಡರ ನಡುವೆ ಮತ್ತೊಂದು ವಲಯವನ್ನು ಕಾಣಬಹುದು. ಇದೇ ‘ನಿಷೇಧಿತ ವಲ’ಯ (Forbidden band). ಈ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಯಾವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳೂ ಇರಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ.  ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಸೆಳೆತಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿಗೆ ಒಳಪಟ್ಟಿರುತ್ತವೆ. ಈ ವಲಯವು ಯಾವಾಗಲೂ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿಂದ ತುಂಬಿದ ಭದ್ರಕೋಟೆ. ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವ ವಲಯನಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ, ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿಗೆ ಋಣ ಶಕ್ತಿ ಹೆಚ್ಚು. ಅಂದರೆ ಈ ವಲಯದಲ್ಲಿ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಸೆಳೆತ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಾಹಕ ವಲಯವನ್ನು ಆಕ್ರಮಿಸುತ್ತವೆ.

ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿವಲಯದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಅವಾಹಕ, ಅರೆವಾಹಕ ಮತ್ತು ವಾಹಕಗಳಿಗಿರುವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ತಿಳಿಯೋಣ. ಚಿತ್ರ 2(a)ಯಲ್ಲಿ ಅವಾಹಕ ಶಕ್ತಿ ವಲಯಗಳ ನಕ್ಷೆಯನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅಧೀನದಲ್ಲಿವೆ. ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯವು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿಂದ ಭರ್ತಿಯಾಗಿರುತ್ತದೆ. ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಯಾವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳೂ ಇಲ್ಲ. ನಿಷೇಧಿತ ವಲಯದ ಅಂತರ ಸುಮಾರು 10eV (electron volt)ಇರುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಈ ಶಕ್ತಿ ಕಂದರವನ್ನು ದಾಟಿ ವಾಹಕ ವಲಯವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸುವುದು ಸುಲಭ ಸಾಧ್ಯವಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ ಇಂತಹ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಅವಾಹಕಗಳೆಂದು ಗುರ್ತಿಸುತ್ತೇವೆ. ವಿಶೇಷ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಲ್ಲಿ, ಅಂದರೆ ಉಷ್ಣತೆ ಅಧಿಕವಾದಾಗ, ಅಥವಾ ಅಧಿಕ ವಿಭವಾಂತರ (Potential difference)ದಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಿಂದ ವಾಹಕ ವಲಯಕ್ಕೆ ವಲಸೆ ಹೋಗಬಹುದು. ಆಗ ಮಾತ್ರ ಸ್ವಲ್ಪ ಮಟ್ಟಿಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹ ಉಂಟಾಗಬಹುದು. ಉದಾ:ಸಿಡಿಲು ಹೊಡೆದಾಗ ಅತಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿಭವಾಂತರ ಉಂಟಾಗಿ ಮರಗಳು ಸುಟ್ಟುಹೋಗಿರುವುದು ನಮ್ಮ ಅನುಭವಕ್ಕೆ ಬಂದಿರುವುದನ್ನು ನೆನಪಿಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು.

ಅರೆವಾಹಕ (ಚಿತ್ರ 2b) ವಲಯ ನಕ್ಷೆ ಅವಾಹಕದಂತೆಯೇ ಇದ್ದರೂ, ನಿಷೇಧಿತ ವಲಯದ ಅಂತರ ಕೇವಲ 1eV ಅಥವಾ ಅದಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇರಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ ಸಾಮಾನ್ಯ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್‌ವಲಯದಿಂದ ನಿಷಿದ್ಧವಲಯವನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ದಾಟಿ ವಾಹಕ ವಲಯಕ್ಕೆ ಬರಬಹುದು. ಆಗ ಅರೆವಾಹಕವು ವಾಹಕದಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ.

ಅರೆವಾಹಕವು ಕೆಲ್ವಿನ್ ಶೂನ್ಯ (0OK) ಉಷ್ಣತೆಯ ಸಮೀಪ. ಅವಾಹಕದಂತೆಯೂ ಸಾಮಾನ್ಯ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ವಾಹಕದಂತೆಯೂ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಅರೆವಾಹಕವನ್ನು ಹೀಗೂ ನಿರೂಪಿಸಬಹುದು. ಉಷ್ಣತೆಯು ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆಲ್ಲಾ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಾಹಕ ವಲಯಕ್ಕೆ ವಲಸೆ ಹೋಗುತ್ತವೆ. ಅಂದರೆ ವಾಹಕತ್ವ ಅಧಿಕವಾಗುತ್ತದೆ.

ಶ್ರೇಷ್ಠ ವಾಹಕದ ವಲಯ ನಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 2c)ನಿಷಿದ್ಧ ವಲಯದ ಅಂತರ ಕೇವಲ 0.01eV, ಅಂದರೆ ಅಂತರ ಬಹಳ ಅಲ್ಪ. ಕೆಲವು ವೇಳೆ ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯ ಮತ್ತು ವಾಹಕ ವಲಯಗಳು ಸ್ವಲ್ಪ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಒಂದರೊಳಗೊಂದು ಐಕ್ಯವಾಗಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಿಂದ ವಾಹಕ ವಲಯಕ್ಕೆ ಅಥವಾ ಪರಸ್ಪರ ಎರಡು ವಲಯಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಚಲಿಸಬಹುದು. ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ದೊರೆಯುವುದರಿಂದ ವಾಹಕತ್ವವು ಅಧಿಕವಾಗಬಹುದು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಲೋಹಗಳು ಒಳ್ಳೆಯವಾಹಕಗಳು. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಅವುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಗುಂಪು ಗುಂಪಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುತ್ತವೆ (ಚಿತ್ರ-1).

ಅರೆವಾಹಕದ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು

ಸಿಲಿಕಾನ್ (Silicon) ಮತ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಂ (Germanium)ಎಂಬ ಅಲೋಹಗಳು ಅರೆವಾಹಕಗಳಿಗೆ ಒಳ್ಳೆಯ ಉದಾಹರಣೆಗಳು. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ವಿತರಣೆ ಹೀಗಿದೆ. ಮೊದಲನೆಯ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ 2, ಎರಡನೆಯ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ 8,ಮೂರನೆಯ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ 4ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇವೆ. ಅಂದರೆ [2, 8, 4] ಮೊದಲನೆಯ ಹಾಗೂ ಎರಡನೆಯ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಪರ್ಯಾಪ್ತ ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿವೆ. ಇವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಸೆಳೆತಕ್ಕೆ ಅಧೀನವಾಗಿವೆ. ಆದರೆ, ಮೂರನೆಯ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಕೇವಲ 4 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿವೆ. ಇವು ಬಿಡಿಯಾದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು. ಜರ್ಮೇನಿಯಂನಲ್ಲೂ ಸಹ [2, 8, 18, 4] ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರುತ್ತವೆ. ನಾಲ್ಕನೆಯ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ 4 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮಾತ್ರ ಇವೆ.  ಇವು ಸಹ ಬಿಡಿಯಾದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು (ಚಿತ್ರ-1a).

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹರಳಿನ ರಚನೆ

ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಹೊರವಲಯದಲ್ಲಿ ನಾಲ್ಕು ಬಿಡಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತಿಳಿದೆವು (ಚಿತ್ರ-3).

ಒಂದು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಹೊರವಲಯದ ಒಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್, ಮತ್ತೊಂದು ಪರಮಾಣುವಿನ ಹೊರ ವಲಯದ ಒಂದು ಬಿಡಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಜತೆಗೆ ಪರಸ್ಪರ ವಿನಿಮಯದಿಂದ ಒಂದು ‘ಸಹವೇಲೆನ್ಸೀಯ ಬಂಧ’ (Co-valent bond) ವನ್ನು ರಚಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಹಾಗೆಯೇ ಉಳಿದ ಮೂರು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ಮತ್ತೆ ಮೂರು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುಗಳ ಹೊರ ವಲಯದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳೊಡನೆ ಮೂರು ಸಹಭಾಗಿತ್ವ ಬಂಧಗಳನ್ನು ರಚಿಸಿಕೊಂಡಿವೆ. ಉಳಿದ ಪರಮಾಣುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಇದೇ ರೀತಿಯ ಬಂಧಗಳನ್ನು ರಚಿಸಿಕೊಂಡು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹರಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಇದೇ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಹರಳು ಸಹ ರಚಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ.

ಅರೆ ವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹ ಹೇಗೆ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತಿಳಿಯೋಣ.  ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹರಳನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸೋಣ. ಪರಿಶುದ್ಧವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸಾಮಾನ್ಯ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ವಾಹಕತ್ವವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ. ಕಾರಣ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹರಳಿನ ಬಂಧಗಳಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಶಿಥಿಲಗೊಂಡು, ಕೆಲವು ಬಿಡಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಹೊರಬೀಳುತ್ತವೆ. ಅಂತಹ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಜಾಗವನ್ನು ‘ಕುಳಿ’ (hole) ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕು (ಚಿತ್ರ‑4a). ಕುಳಿಯು ಧನಾಂಶವನ್ನು ಪಡೆದಿದೆ ಎಂದು ತಿಳಿಯಬೇಕು. ಬಿಡಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್‌ವಲಯದಿಂದ ವಾಹಕ ವಲಯಕ್ಕೆ ಹೋಗುವುದರಿಂದ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಾಹಕದಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ-4b).ಶುದ್ಧ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯಷ್ಟೇ ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಕುಳಿಗಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ.

ಶುದ್ಧ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿಯುವ ಕ್ರಮ

ಶುದ್ಧ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹರಳನ್ನು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧ್ರುವಗಳಿಗೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹವು ಏರ್ಪಡುತ್ತದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ಎರಡು ರೀತಿಯ ಪ್ರವಾಹಗಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಹಾಗೆಯೇ ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿರುವ ಕುಳಿಗಳು ಧನಾಂಶ ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣ ಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೆ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಹೀಗೆ ಋಣಾಂಶ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಧನಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೂ ಧನಾಂಶ ಕುಳಿಗಳು ಋಣಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೂ ಹರಿದು, ಎರಡು ವಿರುದ್ಧವಾದ ಪ್ರವಾಹಗಳುಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಕುಳಿಗಳ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ, ಹೊರನೋಟಕ್ಕೆ ಒಂದು ಪ್ರವಾಹದಂತೆ ಕಾಣುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಕುಳಿಗಳು ಚಲಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ವಿದ್ಯುತ್ ಒತ್ತಡ (Potential Difference)ದಿಂದ ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಕುಳಿಗಳನ್ನು ತುಂಬಲು ಹರಿದುಬರುತ್ತವೆ.  ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಬಿಟ್ಟ ಜಾಗಗಳು ಕುಳಿಗಳಾಗುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಕುಳಿಗಳು ಹಿಂದಕ್ಕೆ ಅಂದರೆ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೆ ಚಲಿಸಿದಂತೆ ಕಾಣುತ್ತದೆ. ಶುದ್ಧ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ಗಿಂತ ಅಶುದ್ಧ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಯೋಜನಕಾರಿ.

ಅಶುದ್ಧ ಅರೆವಾಹಕಗಳು (ಕಲುಷಿತ ಅರೆವಾಹಕಗಳು)

ಪರಿಶುದ್ಧ ಅರೆವಾಹಕಗಳಿಗೆ ಅಲ್ಪ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ ಕಲುಷಿತ ಅರೆವಾಹಕಗಳು ದೊರೆಯುತ್ತವೆ. ಹೀಗೆ ಕಲುಷಿತಗೊಳಿಸುವ ಕ್ರಿಯೆಗೆ ‘ಉತ್ತೇಜಕ ಕ್ರಿಯೆ’ (Doping) ಎಂದು ಹೆಸರು. ಉತ್ತೇಜಿತ ಅರೆವಾಹಕಗಳು, ಒಳ್ಳೆಯ ವಾಹಕತ್ವವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತವೆ. ಕಲುಷಿತ ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಎರಡು ವಿಧ. Nನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕ ಮತ್ತು Pನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕ (ಚಿತ್ರ-5a, 6a).

N ನಮೂನೆ ಅರೆವಾಹಕ (N Type Semi condcutor)

ಪಂಚವೇಲೆನ್ಸ್ ವಸ್ತುವನ್ನು ಶುದ್ಧ ಅರೆವಾಹಕಕ್ಕೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ Nನಮೂನೆ ಅರೆವಾಹಕ ದೊರೆಯುತ್ತವೆ. ಅಂತಹ ಪಂಚವೇಲನ್ಸ್ ವಸ್ತುಗಳು, ಆರ್ಸೆನಿಕ್ (Arsenic), ಆಂಟಿಮನಿ (Antimony) ಮತ್ತು ಫಾಸ್ಫರಸ್ (Phosphorous) ಮೊದಲಾದವು. ಚಿತ್ರ-5aನಲ್ಲಿ ಆರ್ಸೆನಿಕ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಉತ್ತೇಜಕವನ್ನು ನೋಡಬಹುದು.

ಒಂದು ಆರ್ಸೆನಿಕ್ ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ಐದು ಹೊರವಲಯದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ ನಾಲ್ಕು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ನಾಲ್ಕು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುಗಳೊಡನೆ ಸೇರಿ ನಾಲ್ಕು ಸಹಭಾಗಿತ್ವ ಬಂಧುಗಳನ್ನು ರಚಿಸಿ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತವೆ. ಉಳಿದ ಒಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮುಕ್ತವಾಗಿ ಬಿಡಿಯಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಮುಕ್ತವಾದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಿಂದ ದೊರೆಯುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಆರ್ಸೆನಿಕ್‌ನಿಂದ ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರುವುವು. ಅಂದರೆ ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಹೆಚ್ಚಿದಂತಾಯಿತು.  ಆದ್ದರಿಂದ ಇದು N(Negative)ನಮೂನೆಯ ಋಣಾಂಶದ ಅರೆವಾಹಕ ಎನ್ನಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. Nನಮೂನೆಯ ವಾಹಕದ ಸಮಗ್ರ ಚಿತ್ರ ಹೀಗಿದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಮುಕ್ತ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಿಂದ ವಾಹಕ ವಲಯಕ್ಕೆ ಹೋಗಿರುತ್ತವೆ. ಹಾಗಾದಾಗ ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಅಷ್ಟೇ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಧನಾಂಶ ಕುಳಿಗಳು ಬೀಳುತ್ತವೆ. Nನಮೂನೆಯ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳೂ ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಧನಾಂಶ ಕುಳಿಗಳೂ ಇರುವುವು. ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಕುಳಿಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿಗೆ ಇರುವುದರಿಂದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅಧಿಕಾಂಕ (majority carrier)ವಾಹಕಗಳೆಂದೂ, ಕುಳಿಗಳು ಅಲ್ಪಾಂಕ (minority carriers)ವಾಹಕಗಳೆಂದೂ ಗುರ್ತಿಸಬಹುದು.

P ನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕ (P type Semi Conductor)

ಶುದ್ಧ ಅರೆವಾಹಕಕ್ಕೆ ತ್ರಿವೇಲೆಂಟ್ (Trivalent)ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಅಲ್ಪಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ P ನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕ ದೊರೆಯುತ್ತದೆ. ತ್ರಿವೇಲೆಂಟ್ ಕಲ್ಮಷಗಳಲ್ಲಿ ಬೋರಾನ್ (Boron),ಅಲ್ಯುಮಿನಂ (Aluminum) ಮತ್ತು ಇಂಡಿಯಂ (Indium) ಪ್ರಧಾನವಾದವು (ಚಿತ್ರ-6a),ಒಂದು ಬೋರಾನ್ ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ಮೂರು ಹೊರವಲಯದ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ದೊರೆಯುತ್ತವೆ. ಬೋರಾನಿನ ಮೂರು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಜತೆ, ಮೂರು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುಗಳು, ಮೂರು ಸಹಭಾಗಿತ್ವ ಬಂಧಗಳನ್ನು ರಚಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ನಾಲ್ಕನೆಯ ಬಂಧದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಒಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ನನ್ನು ಕೊಡಲು ತಯಾರಿದ್ದರೂ, ಬೋರಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ನಾಲ್ಕನೆಯ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕೊರತೆ ಇರುವುದರಿಂದ ಆ ಬಂಧ ಒಂದು ದುರ್ಬಲ ಬಂಧವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕೊರತೆ ಇರುವ ಬಂಧದಲ್ಲಿನ ಸ್ಥಳ ಒಂದು ಕುಳಿ ಇದ್ದು ಹಾಗೆ ಕುಳಿಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಧನಾಂಶ ಪಡೆದಿರುವುದರಿಂದ, ಇಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ಗಳು P ನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕವಾಗುವುವು. (ಚಿತ್ರ-6b)ಯಲ್ಲಿ Pನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಲಯ ನಕ್ಷೆಯನ್ನು ಕೊಟ್ಟಿದೆ. ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಕುಳಿಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದ್ದು, ವಾಹಕ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರುವುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. Pನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕವನ್ನು ಬ್ಯಾಟರಿಗೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಧನಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೂ, ಕುಳಿಗಳು ಋಣಧ್ರುವದ ಕಡೆಗೂ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಕುಳಿಗಳ ಚಲನೆ N ನಮೂನೆಯಲ್ಲಿರುವಂತೆಯೆ ಇಲ್ಲಿಯೂ ಸಹ ಇರುತ್ತದೆ. ಕುಳಿಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಾಹಕವಲಯದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಿ, ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನುಂಟು ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಇಲ್ಲಿಯೂ ಸಹ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು ಕುಳಿಗಳ ಪ್ರವಾಹವೆಂಬ ಎರಡು ಪ್ರವಾಹಗಳು ಏರ್ಪಡುತ್ತವೆ. Pನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಕುಳಿಗಳು ಅಧಿಕಾಂಕವಾಹಕಗಳಾಗಿಯೂ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಅಲ್ಪಾಂಕ ವಾಹಕಗಳಾಗಿಯೂ ಇರುತ್ತವೆ.

Nಮತ್ತು Pನಮೂನೆಯ ಅರೆವಾಹಕಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ‘ಅರೆವಾಹಕ’ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ (Semiconductor Electronics)ಎಂಬ ಹೊಸ ಅಧ್ಯಾಯವೇ ರೂಪುಗೊಂಡಿದೆ.

ಟಿಪ್ಪಣಿ: ಒಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್, ಒಂದು ವೋಲ್ಟ್ ವಿಭಾವಂತರದಲ್ಲಿ ಇದ್ದಾಗ, ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತವೆ. ಈ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಗೆ 1 eV (Electron Volt) ಒಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟ್ ಎಂದು ಹೆಸರು. ಪರಮಾಣು ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಳೆಯುವ ಮಾನ, eV.

(1eV = 1.63 x 10-19J)

ಅಲ್ಯುಮಿನಂ / ಅಲ್ಯುಮಿನಿಯಂ