અર્ધવાહક પ્રયુક્તિઓ

(Semiconductor devices)

અર્ધવાહક દ્રવ્યોમાંથી બનાવેલ ઇલેક્ટ્રૉનિક પરિપથ(circuit)ના ઘટકો. વિવિધ પ્રકારનાં અર્ધવાહક દ્રવ્યો તથા વિવિધ પ્રક્રિયાઓ (processes) દ્વારા અનેક પ્રકારની અર્ધવાહક પ્રયુક્તિઓ શક્ય છે.

સામાન્ય વપરાશમાં પ્રચલિત પ્રયુક્તિઓનું વર્ગીકરણ નીચે પ્રમાણે છે :

1. ડાયોડ, 2. ટ્રાન્ઝિસ્ટર, 3. થાઇરિસ્ટર, 4. પ્રકાશવિદ્યુત (photoelectric) અથવા ઑપ્ટોઇલેક્ટ્રૉનિક પ્રયુક્તિઓ.

ડાયોડ : અર્ધવાહક ડાયોડ બનાવવામાં જર્મેનિયમ કે સિલિકન જેવાં પાયાનાં અર્ધવાહક દ્રવ્યો વાપરવામાં આવે છે. આ દ્રવ્યોમાં ફૉસ્ફરસ, ઍલ્યુમિનિયમ કે ઍન્ટિમની જેવી અશુદ્ધિઓ ઉમેરી તેમની વાહકતા વધારવામાં આવે છે. આમ કરતાં તેઓ N-પ્રકાર કે P-પ્રકારનાં અર્ધવાહક દ્રવ્યો બને છે. આવાં બે પ્રકારનાં દ્રવ્યો વાપરીને PN જંક્શન બનાવવામાં આવે છે. આવું PN જંક્શન બહુ જ રસપ્રદ ગુણધર્મો ધરાવે છે. આ અર્ધવાહક, ઇલેક્ટ્રૉનિક્સની પાયાની રચના છે. અર્ધવાહક ડાયોડ આવું એક PN જંક્શન વાપરીને બનાવવામાં આવે છે. એક PN જંક્શન ધરાવતા જુદા જુદા પ્રકારના ડાયોડ વિકસાવવામાં આવ્યા છે, જે વિવિધ પ્રકારના ગુણધર્મો ધરાવે છે.

અર્ધવાહક ડાયોડ પ્રયુક્તિઓ :

1. એકદિશકારક (rectifier) ડાયોડ; 2. ઝેનર ડાયોડ; 3. ટનેલ ડાયોડ; 4. વેરૅક્ટર ડાયોડ; 5. ગન ડાયોડ; 6. ઇમ્પાટ (impatt) ડાયોડ; 7. શોટ્કી બૅરિયર; 8. ફોટો ડાયોડ; 9. પ્રકાશ-ઉત્સર્જન ડાયોડ; (Light-Emitting Diode, LED)

2. એકદિશકારક ડાયોડ : જર્મેનિયમ કે સિલિકન જેવાં પાયાનાં દ્રવ્યોમાંથી P અને N પ્રકારનાં દ્રવ્યો બનાવી PN જંક્શન બનાવવામાં આવે છે. આવું એક PN જંક્શન વાપરી એકદિશકારક ડાયોડ બનાવી શકાય છે. A ઍનોડ દર્શાવે છે, જ્યારે K કૅથોડ દર્શાવે છે. ઍનોડને ધન વોલ્ટેજ અને કૅથોડને ઋણ વોલ્ટેજ આપવામાં આવે ત્યારે ડાયોડમાં વીજપ્રવાહનું વહન થાય છે. આવા પ્રકારની વોલ્ટેજ આપવાની રીતને ફૉરવર્ડ બાયસ વોલ્ટેજ કહેવામાં આવે છે. ઍનોડને ઋણ અને કૅથોડને ધન વોલ્ટેજ આપવામાં આવે ત્યારે ડાયોડમાંથી વીજપ્રવાહનું વહન થતું નથી. આવી વોલ્ટેજ રચનાને રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ કહેવામાં આવે છે. આવા પ્રકારના ડાયોડનો ઉપયોગ એ.સી. પ્રવાહનું ડી.સી. પ્રવાહમાં રૂપાંતર કરવા માટે થાય છે. તેનાં કદ અને રચના ડી.સી. પ્રવાહની માત્રા ઉપર આધાર રાખે છે.

3. ઝેનર ડાયોડ : PN જંક્શનને રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ આપવામાં આવે છે ત્યારે શરૂઆતમાં ખૂબ અલ્પ માત્રાનો અલ્પસંખ્યક વીજભાર વાહકો(minority charge carriers)થી મળતો પ્રવાહ વહે છે. આ પ્રવાહની માત્રાનો ક્રમ લગભગ માઇક્રોઍમ્પિયર કે તેથી પણ ઓછા ક્રમનો હોય છે. જ્યારે રિવર્સ વોલ્ટેજની માત્રા વધારવામાં આવે છે ત્યારે વિભંગ(breakdown)ની પ્રક્રિયા ઉત્પન્ન થાય છે અને વીજપ્રવાહની માત્રા એકદમ વધી જાય છે, અને ડાયોડના ઍનોડ અને કૅથોડ વચ્ચેનો વોલ્ટેજ લગભગ અચળ થઈ જાય છે. રિવર્સ બાયસ હજુ પણ વધારતાં વીજપ્રવાહની માત્રા વધે છે પણ ડાયોડ ઉપરનો વોલ્ટેજ અચળ રહે છે. આમ લાક્ષણિક (characteristic) આલેખનો આ ભાગ વીજપ્રવાહ–અક્ષને સમાંતર રેખા જેવો હોય છે. આ ઘટનાને ઝેનર અસર કહેવામાં આવે છે. આ ઘટનાનો ઉપયોગ વોલ્ટેજ-નિયંત્રણ મેળવવા માટે કરવામાં આવે છે. ઝેનર ડાયોડ જુદા જુદા વોલ્ટેજ માટે મેળવી શકાય છે.

ટનેલ ડાયોડ : આ એક સામાન્ય ડાયોડ જ છે, પણ અહીં તેના લાક્ષણિક આલેખમાં ઋણાત્મક પ્રતિરોધ(negative resistance)નો વિભાગ મેળવવામાં આવે છે. આમ કરવા માટે P અને N બંને પ્રકારના અર્ધવાહકોમાં બહુ જ ભારે માત્રામાં ડોપિંગ કરવામાં આવે છે.

સામાન્ય ડાયોડમાં ડોપિંગની માત્રા 10¹³ થી 10¹⁵ પ્રતિ ઘનસેમી. જેટલી હોય છે, જ્યારે અહીં તે વધારીને 10²⁰ના ક્રમની કરવામાં આવે છે. આમ કરવાથી રિક્તીકરણ વિભાગ(depletion region)ની પહોળાઈ ખૂબ જ ઓછી થઈ જાય છે. શરૂઆતમાં વૉલ્ટેજ વધારવામાં આવે છે ત્યારે પ્રવાહ એકદમ ઝડપથી વધે છે. અમુક માત્રા સુધી વધીને વીજપ્રવાહ ઘટવાની શરૂઆત કરે છે. આમ અહીં વોલ્ટેજ વધવા સાથે પ્રવાહ ઘટે છે. આમ ઋણ પ્રતિરોધ ઉત્પન્ન થાય છે. આ વિભાગ પછી સામાન્ય ડાયોડની જેમ પ્રવાહ વોલ્ટેજ વધવા સાથે વધે છે. અહીં વીજભારવાહકો વીજપ્રવાહ વધવાની ક્રિયા માટે જંક્શનમાંથી ટનેલિંગની ક્રિયા કરે છે. આથી તેને ટનેલ ડાયોડ કહેવામાં આવે છે. આ ડાયોડનો ઉપયોગ વીડિયો, માઇક્રોતરંગ પ્રવર્ધન અને કમ્પ્યૂટર પરિપથોમાં કરવામાં આવે છે.

4. વેરૅક્ટર ડાયોડ અથવા વેરીકેપ ડાયોડ : વેરૅક્ટર અને વેરીકેપ શબ્દો variable capacitorમાંથી યોજેલા છે. સામાન્ય PN જંક્શન ઉપર રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ લગાડવામાં આવે છે ત્યારે તેમાંથી વીજપ્રવાહનું વહન થતું નથી અને જંક્શનની આસપાસ અવાહક વિભાગ ઉત્પન્ન થાય છે, જેમાં ગતિમાન (mobile) વીજવાહકો હોતા નથી. આ વિભાગને રિક્તીકરણ વિભાગ કહેવામાં આવે છે. આ વિભાગની પહોળાઈ રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજની માત્રા પર આધારિત હોય છે. આમ વોલ્ટેજ વધારતાં તેની પહોળાઈ વધે છે અને તે એક અવાહક તરીકે કામ કરે છે. આમ આજુબાજુ બે વાહક વિભાગો અને વચ્ચે અવાહક વિભાગ — આમ કેપૅસિટર જેવી એક રચના અસ્તિત્વમાં આવે છે. રિવર્સ વોલ્ટેજ સાથે વચ્ચેના અવાહક વિભાગની પહોળાઈ ઓછીવત્તી થતી હોવાથી કેપૅસિટરના મૂલ્યની માત્રા પણ ઓછીવત્તી થાય છે. આમ વોલ્ટેજ ઉપર આધારિત ચલિત (variable) મૂલ્યનું કેપૅસિટર મેળવી શકાય છે. આ ડાયોડનો ઉપયોગ ટ્યુનિંગ પરિપથોમાં, પ્રસંવાદી જનકો(harmonic generators)માં, સૂક્ષ્મ તરંગ-આવૃત્તિ (microwave frequency) ગુણકોમાં અને સક્રિય ફિલ્ટરમાં થાય છે.

5. ગન ડાયોડ : જે. બી. ગન નામના વિજ્ઞાનીએ શોધેલી ‘ગન’ ઘટના પ્રમાણે આ ડાયોડ કાર્ય કરે છે અને આથી તેને ગન ડાયોડ કહેવામાં આવે છે. આ ડાયોડ એક સૂક્ષ્મતરંગ પ્રયુક્તિ (microwave device) છે. તે ઇલેક્ટ્રૉન સ્થળાંતર (transfer) ક્રિયાવિધિ ઉપર આધાર રાખે છે. આ ઘટના 1963માં ગૅલિયમ આર્સેનાઇડ અને ઇન્ડિયમ ફૉસ્ફાઇડમાં જોવા મળી હતી. આ ઘટનામાં ઇલેક્ટ્રૉનની નિમ્ન-દળ સ્થિતિ(law-mass state)માંથી ઉચ્ચ-દળ સ્થિતિ(high-mass state)માં ફેરબદલી થાય છે. આ કારણે ઇલેક્ટ્રૉન પ્રવાહમાં અસ્થિરતા જન્મે છે અને ઋણાત્મક પ્રતિરોધ ઉત્પન્ન થાય છે. આ ડાયોડનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મતરંગો ઉત્પન્ન કરવામાં માઇક્રોતરંગ દોલકો (microwave oscillator) તરીકે થાય છે.

6. ઇમ્પાટ ડાયોડ : આ નામ Impatt Avalanche and Transit Time ઉપરથી યોજેલું છે. ગન ડાયોડની જેમ આ ડાયોડ પણ સૂક્ષ્મતરંગ-આવૃત્તિ ઉત્પન્ન કરવા માટે વપરાય છે અને તે પણ ઋણાત્મક પ્રતિરોધ ઉપર કામ કરે છે. આ ડાયોડ સંક્રમણ-સમય (transit-time) અને આયનીકરણ એમ બે ક્રિયાઓની સંયુક્ત અસરથી કામ કરે છે. આ ડાયોડનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મતરંગ-ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા અને તેનું પ્રવર્ધન કરવા માટે થાય છે. તેના વડે ડી.સી. ઊર્જાનું સૂક્ષ્મતરંગ આવૃત્તિના એ.સી.માં રૂપાંતર કરી શકાય છે. જર્મેનિયમ, સિલિકન કે ગૅલિયમ આર્સેનાઇડ વાપરીને આ ડાયોડ બનાવવામાં આવે છે. તે 50 GHz જેટલી આવૃત્તિ સુધી કાર્ય કરે છે.

7. શોટ્કી બૅરિયર ડાયોડ : સામાન્ય અર્ધવાહક ડાયોડ અને આ ડાયોડમાં મુખ્ય તફાવત એ છે કે, આમાં જંક્શન ધાતુ અને અર્ધવાહકથી બનાવેલું હોય છે. ઍલ્યુમિનિયમ, ટિટેનિયમ કે નિકલ જેવી ધાતુઓ બૅરિયર બનાવવા માટે વપરાય છે. આ કારણે આ ડાયોડ અતિ ઉચ્ચ આવૃત્તિઓ માટે વધારે સારી રીતે કાર્ય કરે છે. તેનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મતરંગ આવૃત્તિ માટે પરિચાયક (detector) અને એકદિશકારક તરીકે તથા સ્વિચ રૂપે થાય છે.

8. ફોટો ડાયોડ : આ એક સામાન્ય PN જંક્શન ડાયોડ છે. PN જંક્શનમાં રિવર્સ વીજપ્રવાહ અલ્પસંખ્યક વીજપ્રવાહો ઉપર આધાર રાખે છે. જંક્શન ઉપર પૂરતી ઊર્જા ધરાવતા ફોટૉનનો પ્રકાશ આપાત કરવામાં આવે છે ત્યારે PN જંક્શનની નજીકના વિસ્તારમાં ઇલેક્ટ્રૉન-છિદ્ર જેવી જોડીઓ પેદા થાય છે. આ કારણે અલ્પસંખ્યક અને બહુસંખ્યક વાહકોની ઘનતા વધે છે. આ કારણે આવા રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજવાળા જંક્શનમાં વીજપ્રવાહની માત્રા ખૂબ વધે છે.

આમ પ્રકાશ-ઊર્જાનું વીજપ્રવાહમાં રૂપાંતર થાય છે. આવા ડાયોડનો ઉપયોગ સ્વયંસંચાલિત (automatic) નિયંત્રણ-પરિપથો વગેરેમાં બહોળા પ્રમાણમાં કરવામાં આવે છે. આવા ડાયોડનો મોટો ઉપયોગ સોલર સેલ–સૌર કોષ–તરીકે કરવામાં આવે છે. અવકાશયાન અને કૃત્રિમ  ઉપગ્રહોમાં સોલર સેલનો જરૂરી વિદ્યુત મેળવવા માટે ઉપયોગ થાય છે.

9. પ્રકાશ-ઉત્સર્જન ડાયોડ : સામાન્ય ઇલેક્ટ્રૉનિક્સની ભાષામાં આ ડાયોડ એલ.ઈ.ડી. (LED) તરીકે જાણીતો છે. આ ડાયોડને વોલ્ટેજ આપવામાં આવે છે ત્યારે પ્રકાશ ઉત્પન્ન થાય છે, જે ત્રણથી ચાર જુદા જુદા રંગનો હોઈ શકે.

PN જંક્શન ઉપર આવેલા વીજપ્રવાહના કારણે આ પ્રકાશ ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રકાશની તીવ્રતા વીજપ્રવાહની માત્રા ઉપર આધાર રાખે છે. આવા ડાયોડનો ઉપયોગ મહદ્ અંશે પ્રદર્શક પ્રયુક્તિઓ(display devices)માં કરવામાં આવે છે. નાનાં ગણકયંત્રો (calculators), ઘડિયાળો, કમ્પ્યૂટરો, કૅમેરા, પુશબટન ટેલિફોન વગેરેમાં તેનો ઉપયોગ બહોળા પ્રમાણમાં કરવામાં આવે છે.

ટ્રાન્ઝિસ્ટર : transfer resister શબ્દો ઉપરથી ટ્રાન્ઝિસ્ટર શબ્દ યોજેલો છે. ઘન અવસ્થા અથવા અર્ધવાહક ઇલેક્ટ્રૉનિક્સની શરૂઆત ટ્રાન્ઝિસ્ટરના જન્મથી થઈ તેમ ગણી શકાય. 1947માં અમેરિકાની વિખ્યાત બેલ ટેલિફોન લૅબોરેટરીમાં બાર્ડીન અને બ્રીટેન નામના વિજ્ઞાનીઓએ તેની શોધ કરી. અનેક પ્રકારના ટ્રાન્ઝિસ્ટર વિકસાવવામાં આવ્યા છે. સૌથી પહેલાં શોધાયેલ બિંદુ-સ્પર્શ (point-contact) પ્રકારનો ટ્રાન્ઝિસ્ટર હતો. વિલિયમ શોકલે નામના વિજ્ઞાનીએ 1950માં જંક્શન ટ્રાન્ઝિસ્ટર વિકસાવ્યો. અત્યારે સામાન્ય રીતે વપરાતો ટ્રાન્ઝિસ્ટર આ પ્રકારનો હોય છે.

ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં ત્રણ વિભાગ હોય છે, જે સંચાયક (collector), તળ (base) અને ઉત્સર્જક (emitter) તરીકે ઓળખાય છે. આ ત્રણ વિભાગો શ્રેણીમાં જોડાતાં બે જંક્શન મળે છે. વચ્ચેનો વિભાગ બેઝ વિભાગ હોય છે, જ્યારે એક બાજુ એમિટર અને બીજી બાજુ કલેક્ટર હોય છે. અહીં પણ જર્મેનિયમ અને સિલિકન પાયાનાં અર્ધવાહક દ્રવ્યો તરીકે વપરાય છે. તેમનામાં અશુદ્ધિઓ ઉમેરી P-પ્રકાર અને N-પ્રકારનાં બનાવવામાં આવે છે. એમિટર અને કલેક્ટર એક પ્રકારનાં અને બેઝ બીજા પ્રકારનાં દ્રવ્યોના બનાવેલા હોય છે. ટ્રાન્ઝિસ્ટર બે પ્રકારનાં હોય છે – PNP અને NPN. એક જ પાયાનું દ્રવ્ય વાપરી જુદી જુદી અશુદ્ધિઓનું તેમાં ડોપિંગ કરી ટ્રાન્ઝિસ્ટર બનાવવામાં આવે છે.

ટ્રાન્ઝિસ્ટરનાં બે જંક્શનમાં એકને ફૉરવર્ડ બાયસ અને બીજાને રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ આપવામાં આવે છે. એમિટર બેઝજંક્શનને ફૉરવર્ડ બાયસ અને બેઝ-ક્લેક્ટર જંક્શનને રિવર્સ બાયસ કરવામાં આવે છે. ફૉરવર્ડ બનાવેલ એમિટર-બેઝ-જંક્શન ઉપરથી એમિટરમાંથી નીકળેલા વીજભારવાહકો બેઝમાં થઈ કલેક્ટર ઉપર પહોંચે છે. આમ કલેક્ટર પ્રવાહ (Ic) મેળવવામાં આવે છે. એમિટર-બેઝ પ્રવાહમાં ફેરફાર કરવાથી કલેક્ટર પ્રવાહમાં ફેરફાર થાય છે. બેઝ વિભાગમાં રહેલ વિરુદ્ધ પ્રકારના વીજભારવાહકો સાથે સંયોજન થતાં બેઝ વીજપ્રવાહ (Ib) મળે છે. આમ ટ્રાન્ઝિસ્ટરનાં ત્રણ ટર્મિનલમાં જુદા જુદા વીજપ્રવાહો અનુક્રમે I_e, I_b, I_c મળે છે. આ ત્રણ પ્રવાહોનો સંબંધ નીચે પ્રમાણે છે.

I_e = I_c + I_b

I_e અને I_cની માત્રા લગભગ સરખી હોય છે, જ્યારે I_bની માત્રા ઘણી જ ઓછી હોય છે. આમ આ પ્રયુક્તિ વીજપ્રવાહ દ્વારા કાર્યકારી બને છે. શૂન્યાવકાશ ટ્યુબો અને તેમની વચ્ચેનો આ મહત્વનો ભેદ છે. શૂન્યાવકાશ ટ્યુબો વોલ્ટેજથી સક્રિય બને છે. આમ ટ્રાન્ઝિસ્ટર પરિપથમાં આદાન પરિપથ (input circuit) ફૉરવર્ડ બાયસ એટલે નિમ્ન પ્રતિરોધવાળો હોય છે, જ્યારે પ્રદાન પરિપથ (output circuit) ઉચ્ચ પ્રતિરોધવાળો હોય છે.

સામાન્ય પ્રણાલિકાગત ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં બંને પ્રકારના વીજપ્રવાહકો વડે વીજપ્રવાહ મેળવાય છે, તેથી તેને બાઇ-પોલર જંક્શન ટ્રાન્ઝિસ્ટર (સંક્ષેપમાં BJT) પણ કહેવામાં આવે છે.

ટ્રાન્ઝિસ્ટર સાથે બે પ્રકારના પ્રવાહ-પ્રવર્ધન અંકો વ્યાખ્યાયિત (defined) કરવામાં આવે છે, જે α અને β સંજ્ઞાઓથી દર્શાવવામાં આવે છે.

αનું મૂલ્ય હંમેશાં એક કરતાં ઓછું હોય છે, કારણ કે I_c હંમેશાં I_eથી ઓછો હોય છે. જ્યારે βની માત્રા ઊંચી હોય છે, કારણ કે I_cની માત્રા I_b કરતાં ઘણી જ વધારે હોય છે.

સમગ્ર ઇલેક્ટ્રૉનિક્સ એટલે ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ. વીસમી સદીની મોટામાં મોટી શોધોમાંની એક એટલે ટ્રાન્ઝિસ્ટરની શોધ. જીવનનાં તમામ ક્ષેત્રોમાં આ શોધે મોટી ક્રાંતિ સર્જી એમ કહી શકાય.

ટ્યૂબની સરખામણીમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટર વાપરવાના અમુક ગેરફાયદા છે. તેમાં મુખ્યત્વે નિમ્ન આદાન પ્રતિરોધ (low input resistance) અને નિમ્ન-ઊર્જા (low power) ગણી શકાય.

1. ક્ષેત્ર-પ્રભાવ ટ્રાન્ઝિસ્ટર (Field Effect Transistor) : આ ટ્રાન્ઝિસ્ટર સામાન્ય રીતે ટૂંકા નામ ‘ફેટ’ (FET) તરીકે ઓળખાય છે. તેને યુનિ-પોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટર પણ કહેવામાં આવે છે, કારણ કે તેમાં એક જ પ્રકારનાં વીજભારવાહકો વાપરીને વીજપ્રવાહ મેળવવામાં આવે છે. એક અર્ધવાહક નમૂનામાં ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરી તેના વડે વીજભારવાહકોનું નિયંત્રણ કરવામાં આવે છે. તેથી તેને ક્ષેત્રપ્રભાવ ટ્રાન્ઝિસ્ટર કહેવામાં આવે છે. તેમાં બે પ્રકાર છે : એક જંક્શન ફેટ (JFET) અને બીજો MOSFET (Metal Oxide Semiconductor). જંક્શન ફેટમાં એક PN જંક્શન બનાવવામાં આવે છે. તેને રિવર્સ બાયસ લગાડી રિક્તીકૃત વિસ્તાર ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે, જેના વડે વીજવાહકોનું નિયંત્રણ થાય છે. આમ વોલ્ટેજથી મુખ્ય પ્રવાહનું નિયમન કરી શકાય છે. આ ટ્રાન્ઝિસ્ટરને પણ ત્રણ ટર્મિનલ હોય છે, જે ડ્રેઇન, સૉર્સ અને ગેટ નામથી ઓળખાય છે. ગેટ અને સૉર્સ વચ્ચે રિવર્સ બાયસ લગાડી સૉર્સ-ડ્રેઇન પ્રવાહનું નિયંત્રણ કરી શકાય છે. આમ આ ટ્રાન્ઝિસ્ટર વોલ્ટેજ વડે કાર્યરત થાય છે તેથી તેને વોલ્ટેજ-કાર્યકારી ટ્રાન્ઝિસ્ટર કહેવાય છે. MOSFET ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં ગેટ અને ચૅનલ વચ્ચે અવાહક સ્તર બનાવવામાં આવે છે જેથી કેપૅસિટર-અસર ઉત્પન્ન થાય છે. તેના વડે મુખ્ય ચૅનલમાંથી પસાર થતા વીજવાહકોનું નિયંત્રણ કરી શકાય છે.

આમ JFETમાં PN જંક્શન હોય છે. તેને રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ લગાડવામાં આવતાં તેનો આદાન-પ્રતિરોધ વધી જાય. MOSFETમાં કેપૅસિટર અસરને કારણે આ અવરોધની માત્રા ખૂબ જ મોટી, 10¹⁵ ઓહમના ક્રમની હોય છે, જ્યારે JFETમાં આ માત્રા 10¹² ઓહમના ક્રમની હોય છે. આ પ્રયુક્તિનું કાર્ય શૂન્યાવકાશ ટ્યૂબને સમાંતર હોય છે.

મૉસ્ફેટ પણ બે પ્રકારના હોય છે  રિક્તીકૃત (depletion) મૉસ્ફેટ અને વૃદ્ધિગત (enhancement) મૉસ્ફેટ. દરેકનો P-પ્રકાર કે N-પ્રકારનાં દ્રવ્યો વાપરીને બનાવી શકાય. આમ P-ચૅનલ અને N-ચૅનલ રૂપે તેનું વર્ગીકરણ કરી શકાય.

ઇલેક્ટ્રૉનિક પરિપથોમાં વિવિધ પ્રકારની પ્રક્રિયાઓ કરવા FETનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

2. યુનિજંક્શન ટ્રાન્ઝિસ્ટર : આ પ્રયુક્તિ માટે ટ્રાન્ઝિસ્ટર શબ્દ અયોગ્ય છે, કારણ કે તેને પ્રવર્ધન કરવાની શક્તિ નથી. તે ટૂંકમાં UJT તરીકે ઓળખાય છે. તેની રચનામાં ફક્ત એક PN જંક્શન હોય છે અને તેને ત્રણ ટર્મિનલ હોય છે, જે બેઝ 1, બેઝ 2 અને એમિટર તરીકે ઓળખાય છે. આ સાધન એક દિશામાં સહેલાઈથી વહન કરે છે, જ્યારે બીજી દિશામાં તેમ કરી શકતું નથી. તેનું ચોકસાઈપૂર્વક વર્ણન દ્વિતલ ડાયોડ (double-based diode) કહીને કરી શકાય. તેના લાક્ષણિક આલેખમાં ઋણાત્મક અવરોધ વિભાગ મળે છે. તેનો પ્રચાલન-સિદ્ધાંત (principle of operation) પ્રયુક્તિના સ્થૂળ (bulk) પ્રતિરોધ અને વાહકોના નિક્ષેપ (carrier injection) ઉપર આધાર રાખે છે. નિક્ષિપ્ત વાહકો બેઝનો આંતરિક પ્રતિરોધ ઘટાડે છે. એમિટર અને બેઝ 1 વચ્ચેનો વોલ્ટેજ વીજપ્રવાહનું નિયંત્રણ કરે છે અને આમ UJTને ચાલુ (on) અને બંધ (off) કરી શકાય છે. UJTનો ઉપયોગ ટ્રિગર પરિપથો, વિરામ પરિપથો (relaxation circuits), બહુ કંપિત્રો (multivibrators), સ્પંદગણકો (pulse counters) વગેરેમાં કરવામાં આવે છે.

3. ફોટો ટ્રાન્ઝિસ્ટર : આ ટ્રાન્ઝિસ્ટર પ્રકાશનો આપાત કરવાથી સક્રિય થાય છે. આ પ્રયુક્તિ રિવર્સ બાયસ કરેલ ફોટો ડાયોડની જેમ જ કાર્ય કરે છે. ફરક માત્ર એટલો જ છે કે અહીં સામાન્ય ટ્રાન્ઝિસ્ટરની જેમ બે જંક્શન હોય છે અને આથી પ્રવાહનું પ્રવર્ધન થાય છે. સામાન્ય ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેવી જ આ ફોટો ટ્રાન્ઝિસ્ટરની રચના હોય છે. તફાવત ફક્ત એટલો જ હોય છે કે આ ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં પ્રકાશ બેઝ-કલેક્ટર જંક્શન ઉપર કેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે. આ જંક્શન રિવર્સ બાયસ કરેલું હોય છે. પ્રકાશ-આપાત થવાના કારણે બેઝ વિભાગમાં અવકાશ વીજભાર (space charge) ઉત્પન્ન થાય છે, જે કલેક્ટર PN જંક્શનમાં ફોટો વીજપ્રવાહનું પ્રવર્ધન કરે છે. ફોટો ટ્રાન્ઝિસ્ટરની સંવેદિતા બેઝ વિભાગની ફોટો સંવેદિતા અને ટ્રાન્ઝિસ્ટરના પ્રવાહ-પ્રવર્ધન અંક β ઉપર આધાર રાખે છે. ઇલેક્ટ્રૉનિક નિયંત્રણ પરિપથો(control circuits)માં ફોટો ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો બહોળો ઉપયોગ થાય છે.

થાઇરિસ્ટર : ‘ઑન’ સ્થિતિમાંથી ‘ઑફ’ સ્થિતિમાં (અથવા વાહક કે અવાહક સ્થિતિમાં) સ્વિચ કરી શકાય તેવી બે અથવા બેથી વધારે PN જંક્શન ધરાવતી ઘન અવસ્થા ઇલક્ટ્રૉનિક પ્રયુક્તિઓને થાઇરિસ્ટર કહે છે. આ પ્રકારની અનેકવિધ પ્રયુક્તિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. વાસ્તવમાં થાઇરિસ્ટરનું એક આખું કુટુંબ છે. તેના મુખ્ય સભ્યો નીચે પ્રમાણે છે :

1. સિલિકન નિયંત્રિત એકદિશકારક (Silicon Controlled Rectifier, SCR); 2. ટ્રીઆક; 3. ડીઆક; 4. સિલિકન એકતરફી સ્વિચ (Silicon Unilateral Switch, SUS); 5. સિલિકન દ્વિતરફી સ્વિચ (Silicon Bidirectional Switch, SBS); શૉકલી ડાયોડ.

1. સિલિકન નિયંત્રણ એકદિશકારક : આ પ્રયુક્તિ ચાર અર્ધવાહક સ્તરોની એટલે કે ત્રણ PN જંક્શનથી બનાવેલી હોય છે, જે ઍનોડ-કૅથોડ અને ગેટ તરીકે ઓળખાય છે. ગેટ ઇલેક્ટ્રોડ વડે ઍનોડ-કૅથોડ વચ્ચેના મુખ્ય પ્રવાહનું નિયંત્રણ કરી શકાય છે. આમ ઍનોડ-કૅથોડ પરિપથમાં રહેલી શક્તિનું નિયંત્રણ કરી શકાય છે. ગેટ-કૅથોડ પરિપથમાં પ્રવાહ પસાર કરી ઍનોડકૅથોડ પરિપથમાં વહેતા પ્રવાહનું નિયંત્રણ કરાય છે. આ રીતે પ્રયુક્તિને વાહક કે અવાહક સ્થિતિમાં લાવી શકાય છે.

2. ટ્રીઆક : બે SCR સમાંતર પણ ઊલટાં જોડેલાં હોય તેવી પ્રયુક્તિ. તેને પણ ત્રણ ટર્મિનલ (T₁, T₂ અને ગેટ) હોય છે, જે આ પ્રકારની રચનાથી એસી વીજપ્રવાહનાં ધન અને ઋણ બંને અર્ધચક્રો (half cycles) દરમ્યાન વીજશક્તિનું નિયંત્રણ કરી શકે છે. અહીં એકદિશકરણ જેવું કાંઈ થતું નથી. તે રીતે આ પ્રયુક્તિ SCRથી જુદી પડે છે.

3. ડીઆક : આ પ્રયુક્તિ ત્રણ સ્તરોની બનેલી હોય છે, જે PNP ટ્રાન્ઝિસ્ટરને મળતી આવે છે. આને બે જ ટર્મિનલ હોય છે, જેને બંને દિશામાં સ્વિચ કરી શકાય છે એટલે કે તે દ્વિ-દિશક (bidirectional) છે તેમ કહી શકાય. SCR અને ટ્રીઆકનું પ્રારંભિક વિમોચન (trigger) કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

4. સિલિકન એકતરફી સ્વિચ (SUS) : આ પ્રયુક્તિ ચાર સ્તરનો ડાયોડ છે, જે PNPN-SCRને મળતો આવે છે. આમાં ફક્ત ઍનોડ અને કૅથોડ એવા બે જ ટર્મિનલ બહાર લાવવામાં આવે છે.

5. સિલિકન દ્વિતરફી સ્વિચ (SBS) : આ ટ્રીઆકને મળતો આવતો દ્વિતરફી સિલિકન ડાયોડ છે. પણ અહીં ગેટ ઇલેક્ટ્રૉડ હોતો નથી. તેનું લાક્ષણિક પ્રવર્તન બંને તરફ સરખું હોય છે.

6. શૉકલી ડાયોડ : આ ચાર સ્તરનો, ત્રણ જંક્શન ધરાવતો ડાયોડ છે. તેને બે જ ટર્મિનલ-ઍનોડ અને કૅથોડ હોય છે. આ રચનાને PN-PN રીતે દર્શાવી શકાય. ફૉરવર્ડ બાયસની દિશામાં આ ડાયોડ સ્વિચ તરીકે કામ કરે છે, જેનાથી રિવર્સ બાયસ દિશામાં વીજપ્રવાહ અસરકારક રીતે બંધ થાય છે.

ગેટ નિયંત્રિત સ્વિચ (Gate Controlled Switch-GCS) : સામાન્ય SCRને ‘ઑન’ કર્યા પછી તેને ગેટ ટર્મિનલ વડે નિયંત્રિત કરી શકાતો નથી. તેને ‘ઑફ’ કરવા ઍનોડ-કૅથોડ વચ્ચેનો વોલ્ટેજ દૂર કરવો પડે છે. જ્યારે આ પ્રયુક્તિ વડે ગેટ ઇલેક્ટ્રોડને ઋણ વોલ્ટેજ આપી આ પ્રકારની સ્વિચને ઑફ કરી શકાય છે.

સિલિકન નિયંત્રિત સ્વિચ (Silicon Controlled Switch, SCS) : આ પ્રયુક્તિને ઘણી વખત ટેટ્રોડ થાઇરિસ્ટર પણ કહેવામાં આવે છે. આ એક ચાર સ્તરની SCRને મળતી પ્રયુક્તિ છે. તેને ચાર ટર્મિનલ ઍનોડ, કૅથોડ, ગેટ ઍનોડ અને ગેટ કૅથોડ હોય છે. તેને વિવિધ રીતે વાપરી શકાય છે.

કાન્તિલાલ ગણપતરામ જાની