ट्रँझिस्टर तंत्रविद्या

ट्रँझिस्टर तंत्रविद्या : अर्धसंवाहकाच्या (धातू व निरोधक यांच्या दरम्यान विद्युत् संवाहकता असणाऱ्या द्रव्याच्या) एकेरी स्फटिकापासून बनविलेल्या इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्तीला ट्रँझिस्टर म्हणतात. जॉन बारडीन, वॉल्टर ब्रॅटन व विल्यम शॉक्ली यांनी १९४८ साली बेल टेलिफोन लॅबोरेटरीत बिंदु-स्पर्श ट्रँझिस्टरचा शोध लावला. या शोधाबद्दल त्यांना १९५६ साली भौतिकीचे नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. ट्रँझिस्टर हा रेडिओत वापरण्यात येणाऱ्या इलेक्ट्रॉन नलिकेप्रमाणेच एक क्रियाशील घटक असून त्याचा विवर्धक, एकदिशकारक (प्रत्यावर्ती म्हणजे उलट सुलट दिशेने वाहणाऱ्या प्रवाहाचे एकाच दिशेने वाहणाऱ्या प्रवाहात रूपांतर करणारे साधन), शोधक (रेडिओ तरंगांचा शोध घेणारे साधन), आंदोलक किंवा स्विच म्हणून उपयोग करता येतो. जर्मेनियम किंवा सिलिकॉन या अर्धसंवाहक धातूच्या एकेरी स्फटिकाचा साधारण एक चौ. मिमी. क्षेत्रफळ असलेल्या व त्याच आकारमानाच्या जाडीच्या तुकड्याचा ट्रँझिस्टर बनवितात. विशिष्ट प्रक्रिया करून या तुकड्याचे भिन्न विद्युत् गुणधर्म असलेले असे तीन विभाग पाडले जातात. या विभागांना उत्सर्जक, पाया व संकलक असे म्हणतात. उत्सर्जक-पाया या कमी रोधाच्या विद्युत् मंडल विभागात संकेत विद्युत् प्रवाह पुरवला जातो. त्यामुळे तीव्र रोध असलेल्या पाया- संकलक विद्युत् मंडलाचे नियंत्रण होऊन त्यामधील विद्युत् प्रवाहात फार मोठा बदल केला जातो. या तत्त्वावर ट्रँझिस्टरचे कार्य अवलंबून असते.

ट्रँझिस्टर हे सध्या मोठ्या प्रमाणात रेडिओ ग्राही (रेडिओ तरंग ग्रहण करणारे साधन), इलेक्ट्रॉनीय उपकरणे व नियंत्रण योजना सामग्रीमध्ये इलेक्ट्रॉन नलिकेऐवजी वापरले जातात. त्यांचे आकारमान लहान असल्यामुळे इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे सूक्ष्मीकरण (लघूकरण) करणे सोपे जाते. आवश्यक विद्युत् दाबाचे (६–९ व्होल्ट) अल्पमान, विद्युत् ऊर्जेचा कमी खर्च, परिणामी दीर्घ आयुष्य हे ट्राँझिस्टरचे चांगले गुणधर्म आहेत. उच्च तापमानाला होणारे अधःपतन हा त्याचा सर्वांत महत्त्वाचा दोष आहे. सध्या वापरात असणारे ट्रँझिस्टर बिंदु-स्पर्श जातीचे नसून संधी जातीचे असतात. पण या दोन्ही प्रकारच्या ट्रँझिस्टरांच्या कार्यपद्धतीत महत्त्वाचे फरक नाहीत. या दोन्ही प्रकारांमध्ये तीन विद्युत् स्पर्शक असतात. त्यांपैकी कमीत कमी एक तरी एकदिशकारिता स्पर्शक असून कमीत कमी एक ओहमीय स्पर्शक (ज्या स्पर्शकापाशील वर्चोभेद, म्हणजे विद्युत् स्थितींतील फरक, त्यातून जाणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या सम प्रमाणात असतो असा दोन द्रव्यांमधील स्पर्शक) असतो. ट्रँझिस्टर मुख्यत्वेकरून p-n-p आणि n-p-n या दोन प्रकारचे असतात. ते जर्मेनियम किंवा सिलिकॉन या अर्धसंवाहकापासून बनविले जातात [⟶ अर्धसंवाहक].

अर्धसंवाहकाचे शुद्धीकरण : प्राथमिक प्रक्रिया केल्यानंतर खनिज द्रव्यापासून मिळणारे जर्मेनियम हे टेट्राक्लोराइड या स्वरूपात मिळते. त्याच्यात आर्सेनिक ट्रायक्लोराइड व बोरॉन ट्रायक्लोराइड ही अपद्रव्ये असण्याचा संभव असतो. हायड्रोक्लोरिक अम्ल आणि क्लोरीन यांच्या वातावरणात त्याची तांब्याबरोबर प्रक्रिया केली असता त्यास या अपद्रव्यापासून मुक्त करता येते. जलीय विच्छेदन (पाण्याबरोबर विक्रिया करून घटकद्रव्ये अलग करण्याची पद्धती) करून जर्मेनियम टेट्राक्लोराइडाचे जर्मेनियम ऑक्साइडामध्ये रूपांतर करतात. जर्मेनियम ऑक्साइड ६५०° से. या किंवा यापेक्षा जास्त तापमानापर्यंत तापवून त्यावरून हायड्रोजन वायू प्रवाहित केला असता ऑक्साइडाचे ⇨ क्षपण होऊन जर्मेनियम धातू मिळते. सिलिकॉन अर्धसंवाहक हा सिलिकॉन डाय-ऑक्साइड या स्वरूपातच मिळतो. कोक या कोळशाच्या प्रकाराबरोबर त्यास भट्टीत तापवले असता डाय-ऑक्साइडाचे क्षपण होऊन त्यापासून सिलिकॉन धातू मिळते. या तऱ्हेने मिळालेले जर्मेनियम किंवा सिलिकॉन ९८–९९ टक्के शुद्ध असते. संधि-ट्रँझिस्टर बनविण्याकरिता लागणाऱ्या जर्मेनियमामध्ये अपद्रव्याचे प्रमाण एक दशलक्षात एक भाग यापेक्षा जास्त असून चालत नाही. शिवाय या अर्धसंवाहकाच्या एकेरी स्फटिकाच्या रचनेत असणाऱ्या अपूर्णतेचे प्रणाणही अत्यंत कमी असावे लागते. हे दोन्ही उद्देश साध्य करण्याकरिता विभाग शुद्धीकरण तंत्राचा उपयोग करतात.

विभाग शुद्घीकरण तंत्र : ग्रॅफाइटाच्या एका नावेत (आ. १) अशुद्ध जर्मेनियमाची कांब ठेवलेली असते. ही नाव क्वॉर्ट्‌झाच्या एका नळीत ठेवलेली असून हवेपासून जर्मेनियमाचे होणारे संभाव्य प्रदूषण टाळण्याकरिता तिच्यात हीलियम, आर्‌गॉन यांसारखा अक्रिय (सहजासहजी रासायनिक विक्रियेत भाग न घेणारा) वायू भरलेला असतो. नळीच्या भोवती काही अंतरावर ठेवण्यात आलेल्या तारेच्या वेटोळ्यातून रेडिओ कंप्रतेचा (१० किलोहर्ट्‌झ ते ३०० मेगॅहर्ट्‌झ या मर्यादेतील कंप्रतेचा म्हणजे दर सेकंदाला होणाऱ्या आवर्तनांचा) विद्युत् प्रवाह सोडला असता, स्थानिक प्रवर्तक तापनाने जर्मेनियम कांबीचे काही ठराविक अंतरावरचे विभाग वितळून द्रवरूप होतात. अपद्रव्याचा वितळलेल्या द्रवभागात एकत्रित होण्याकडे कल राहतो. त्यामुळे नाव पुढे सरकवत नेल्यास ही क्रिया परत परत होऊन अपद्रव्याचा बहुतांश कांबीच्या शेवटल्या टोकापाशी जमा होतो. शुद्ध झालेल्या कांबीच्या पुढील भागापासून याच उपकरणामध्ये एकेरी स्फटिक बनवता येतात (आ. २). याकरिता एका लहान एकेरी स्फटिकाचा बीजस्फटिक म्हणून उपयोग करतात. हा बीजस्फटिक अ बाजूकडून आत सोडला जातो. त्याच्याजवळचा कांबीचा एक विभाग तापनाने द्रवरूप करून त्याचा बीजस्फटिकाशी स्पर्श करतात. तापनाने बीजस्फटिक वितळणार नाही, ही मात्र काळजी घ्यावी लागते. बीजस्फटिक नंतर हळूहळू पुढे ओढला असता, वितळलेली जर्मेनियम त्याला चिकटते व काही काळाने थिजते. थिजणाऱ्या जर्मेनियमातील अणूंचा आकृतिबंध (मांडणी) बीजस्फटिकाच्या अणूंप्रमाणेच होतो. अशा रीतीने संपूर्ण कांबीचा एकच एक असा एकेरी स्फटिक बनविता येतो.

वरील पद्धतीने बनविण्यात आलेल्या जर्मेनियमाला अंगभूत अर्धसंवाहक म्हणतात. n किंवा p प्रकारचे जर्मेनियम ट्रँझिस्टर तयार करण्याकरिता विशिष्ट अपद्रव्ये घालावी लागतात. फॉस्फरस, आर्सेनिक, अँटिमनी इ. ⇨ आवर्त सारणीच्या पाचव्या गटातील ‘दाता’ (इलेक्ट्रॉन देणारी) अपद्रव्ये जर्मेनियमामध्ये घातली असता n प्रकारच्या संवाहकतेची जर्मेनियम मिळते. या प्रकारामध्ये इलेक्ट्रॉन हे विद्युत प्रवाह वाहक असतात. या उलट जर्मेनियमामध्ये बोरॉन, अँल्युमिनियम, इंडियम किंवा गॅलियम ही तिसऱ्या गटाची स्वीकारक अपद्रव्ये मिसळली, तर तिची संवाहकता p प्रकारची होते. या प्रकारच्या अर्धसंवाहकामध्ये धन विद्युत् भार असलेल्या ‘पोकळ्या’ या विद्युत् प्रवाह वाहक म्हणून कार्य करतात [⟶ अर्धसंवाहक].

p-n संधी द्विप्रस्थ : शुद्ध जर्मेनियमामध्ये (किंवा सिलिकॉनामध्ये) इष्ट ती अपद्रव्ये योग्य जागी घालून p-n  संधी द्विप्रस्थ (दोन विद्युत् अग्रे असलेला ट्रँझिस्टर) तयार करण्याच्या प्रमुख रीती पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) स्फटिक ओढण्याची रीत, (२) त्वरा वर्धित रीत, (३) मिश्रधातू रीत, (४) विसरण (अणु-रेणू एकमेकांत मिसळण्याची) रीत व (५) उपरी पटल रीत. p-n संधी द्विप्रस्थाचा एकदिशकारक किंवा शोधक म्हणून उपयोग करतात. p-n संधी बनविण्याकरिता उपलब्ध असलेल्या वरील रीतींचाच उपयोग थोड्याफार फरकाने दोन p-n संधी असलेला ट्रँझिस्टर बनविण्याकरिता करतात. त्यांचे वर्णन खाली दिले आहे.

वर्धित संधि-ट्रँझिस्टर निर्मिती पद्धत : जर्मेनियम किंवा सिलिकॉन याचे स्फटिकरण चालू असतानाच त्यामध्ये इष्ट अपद्रव्ये योग्य जागी मिसळणे हे या पद्धतीचे वैशिष्ट होय. या रीतीचे प्रमुख उपप्रकार दोन आहेत.

(अ) स्फटिक ओढण्याची रीत :ट्रँझिस्टर बनविण्याची ही रीत ऐतिहासिक दृष्ट्या पहिली असली, तरी ही सध्या फारशी उपयोगात आणली जात नाही. या रीतीमध्ये एका उष्ण भट्टीत वितळलेली जर्मेनियम ठेवतात. मागे वर्णन केल्याप्रमाणे जर्मेनियम बीजस्फटिकाशी तिचा सहज स्पर्श करून तो बीजस्फटिक हळूहळू वर ओढतात. यामुळे जर्मेनियमाचा एकेरी स्फटिक आकारमानाने मोठा होत जातो. n–p–n ट्रँझिस्टर बनविण्याकरिता वितळवलेल्या जर्मेनियमाचा बीजस्फटिकाजवळील टोकाला दाता अपद्रव मिसळतात व स्फटिक ओढून मोठा केला जातो. तयार झालेला n प्रकारचा विभाग संकलक म्हणून वापरतात. जर्मेनियमामध्ये आता स्वीकारक अपद्रव्य टाकून त्याला परिणामी p  प्रकारचा करतात. स्फटिकाला परत ओढून त्याचा आकार पाया बनण्यास योग्य असा करतात (पायाची जाडी अंदाजे ०·०२५ ते ०·०४ मिमी.) वितळलेल्या जर्मेनियमामध्ये यानंतर दाता अपद्रव्य टाकून त्यास परत परिणामी n प्रकारचा अर्धसंवाहक बनवितात व स्फटिकाला ओढून वाढवितात. या शेवटच्या विभागाचा उत्सर्जक म्हणून उपयोग करतात. या पद्धतीमध्ये दोनदा अपद्रव्य भरण करावे लागते, हे लक्षात ठेवण्याजोगे आहे. n  प्रयुक्तीच्या तीन विभागांशी बाहेरून विद्युत् संपर्क साधण्याकरिता या विभागांना डाखाच्या साहाय्याने संयोगक जोडले जातात. स्पर्शकाचे स्वरूप ओहमीय ठेवण्याकरिता, वापरलेल्या डाखाच्या संवाहकतेचा प्रकार आणि विभागाच्या संवाहकतेचा प्रकार एकच असावा लागतो. p प्रकारच्या अर्धसंवाहक विभागाकरिता इंडियम व n प्रकाराकरिता अँटिमनी धातू अनुक्रमे या कार्यासाठी वापरतात. या पद्धतीमागील मूलभूत तत्त्व आ. ३ वरून स्पष्ट होईल.

(आ) त्वरा वर्धित रीत : या पद्धतीत वितळलेल्या जर्मेनियमामध्ये दाता व स्वीकारक ही दोन्ही अपद्रव्ये प्रथमपासूनच जवळजवळ सम प्रमाणात घातलेली असतात. या अपद्रव्ययुक्त वितळलेल्या धातूचे स्फटिक ओढून, स्फटिकीकरण केल्यास तापमान कमी झाल्यामुळे अपद्रव्याचा काही भाग तिच्यातून बाहेर फेकला जातो. याचाच अर्थ असा होतो की, अपद्रव्याचा उरलेला काही ठराविक भागच स्फटिकात सामावून घेतला जातो. निरनिराळी अपद्रव्ये बाहेर फेकण्याची त्वरा स्फटिकाच्या वर्धन त्वरेवर अवलंबून असते, असे आढळते. स्फटिक वर्धन त्वरेचे मान वितळलेल्या जर्मेनियमाच्या तापमानावर व स्फटिक ओढण्याच्या गतीवर अवलंबून राहते, असे दाखविता येते. वितळलेल्या धातूचे तापमान वाढवले असता स्फटिक वर्धनाची त्वरा कमी होते. स्फटिक ओढण्याची गती कायम ठेवून दोन अपद्रव्ये असलेल्या वितळलेल्या धातूचे तापमान बदलले, तर या दोन अपद्रव्यांची बाहेर पडण्याची त्वरा साधारणपणे असमान होऊन स्फटिक भागात एका किंवा दुसऱ्या अपद्रव्याचे प्रमाण वाढविता येते. अँटिमनी या अपद्रव्याच्या बाहेर पडण्याच्या त्वरेत होणाऱ्या बदलाचे मान सगळ्यात जास्त आढळते. भट्टीत पुरवण्यात येणाऱ्या विद्युत् ऊर्जेत बदल करून जर वितळलेल्या धातूच्या तापमानात फरक केला, तर तयार होणाऱ्या स्फटिकात अँटिमनीचे प्रमाण पाचपटीत कमी-जास्त करता येते, असे दिसते. याउलट गॅलियम या अपद्रव्याच्या बाबतीत होणारा फरक अगदीच कमी मानाचा आढळतो. गॅलियम आणि अँटिमनी ही दोन्ही अपद्रव्ये सम प्रमाणात असलेल्या वितळलेल्या जर्मेनियमाचे तापमान वेगवेगळ्या वेळी कमी-जास्त करून तयार होणाऱ्या अर्धसंवाहक स्फटिक विभागाचे स्वरूप इष्ट म्हणजे p किंवा n प्रकारचे करता येते.

मिश्रधातू ट्रँझिस्टर : या रीतीमध्ये p–n–p ट्रँझिस्टर तयार करण्यासाठी  n प्रकारच्या जर्मेनियमाच्या एकेरी स्फटिकाची एक पातळ चकती (लांबी, रुंदी अंदाजे २ मिमी., जाडी ०·१ मिमी.) घेतात. तिच्या दोन्ही पृष्ठभागांवर इंडियम धातूच्या बारीक गुलिका ठेवून त्या उष्णता देऊन वितळवितात. इंडियम जशी वितळते तशी तिच्या खाली असलेली जर्मेनियमही तिच्यात विरघळते. चकती परत थंड होऊ दिल्यास विरघळलेल्या जर्मेनियमाचा परत स्फटिक तयार होतो तिच्यात आता इंडियमाच्या अणूंचा प्रादुर्भाव झाला असल्यामुळे ती p प्रकारच्या स्फटिकाचे गुणधर्म दाखविते. विद्युत् प्रवाह वाहक ग्रहण करण्याची संकलकाची क्षमता वाढविण्याकरिता त्या बाजूचा इंडियमाचा थर उत्सर्जकाकडील थरापेक्षा आकारमानाने मोठा असतो (आ. ४). ट्रँझिस्टर तयार करण्याची ही रीत सर्वांत सोपी, कार्यक्षम आणि कमी खर्चाची अशी आहे. यात विजेच्या तारा जोडण्याकरिता इंडियम थराचा अनायसेच उपयोग होतो.

विसरित पाया ट्रँझिस्टर : या रीतीमध्ये n–p–n ट्रँझिस्टर तयार करण्यासाठी p प्रकारच्या अर्धसंवाहकाच्या पातळ एकेरी स्फटिकाचे दोन्ही पृष्ठभाग दाता अपद्रव्याच्या बाष्पामध्ये उच्च तापमानाच्या भट्टीत काही वेळ उघडे करतात. बाष्पातील अणूंचा अर्धसंवाहक प्रतलावर आघात होऊन त्यांपैकी काही त्याच्या आत शिरतात. या क्रियेमुळे प्रतलाच्या दोन्ही पृष्ठभागांवर सूक्ष्म थर बनतात. या थराची संवाहकता अपद्रव्य अणूंच्या उपस्थितीमुळे आतील मूळ भागाच्या संवाहकतेच्या उलट प्रकारची (म्हणजे n प्रकारची) होते. यांनतर स्फटिकाच्या कडा घासून टाकल्या की, द्विसंधि-ट्रँझिस्टर मिळतो.

कधी या रीतीने थोडा फेरबदल करून मूळ अर्धसंवाहकाच्या पातळ चकतीची एकच बाजू इष्ट (दाता किंवा स्वीकारक) अपद्रव्याच्या बाष्पवातावरणास उघडी करून तिच्यात त्या अपद्रव्याच्या अणुंचे आत विसरण होऊ देतात. नंतर त्याच बाजूने त्याच पद्धतीने उलट (म्हणजे स्वीकारक वा दाता) जातीच्या अपद्रव्याच्या अणूस प्रवेश करू देतात. अशा प्रकारे अत्यंत कमी जाडीचे क्रियाशील संधिप्रदेश असलेले ट्रँझिस्टर बनविता येतात. या प्रकारचे ट्रँझिस्टर उच्च कंप्रतेकरिता (काही मेगॅहर्ट्‌स) सुद्धा कार्यक्षम असतात. हे जास्त विद्युत् ऊर्जा हाताळू शकतात.

विसरणाच्या तत्त्वावर आधारित असा विप्लव ट्रँझिस्टर हा एक दुसरा प्रकार आहे. या रीतीमध्ये p–n–p ट्रँझिस्टर बनविण्याकरिता प्रथम p प्रकारच्या जर्मेनियमाची एक चकती घेतात. या चकतीची एक बाजू आर्सेनिकाच्या बाष्पामध्ये उच्च तापमानाच्या भट्टीत ठेवली असता त्यामध्ये आर्सेनिकाचे अणू विसरण पावून तेथे एक साधारण ०·००१ मिमी. जाडीचा n प्रकारचा थर निर्माण होतो. त्या थरावरच ॲल्युमिनियम व सुवर्ण-अँटिमनी मिश्रधातू यांचा अनुक्रमे एकमेकांपासून अंदाजे २ मिमी. अंतरावर असणाऱ्या, ५ आणि ४ (आ. ५) येथील सूक्ष्म क्षेत्रफळाच्या (अंदाजे ०·२ चौ. मिमी. आकारमानाच्या) भागावर निर्वात निक्षेपण (निर्वात स्थितीत साचविण्याच्या) तंत्राने पातळ थर देतात. नंतर चकती तापवली असता ॲल्युमिनियमाच्या अणूचे विसरण होऊन त्याखाली ५ येथे p प्रकारचा अर्धसंवाहक प्रदेश तयार होतो. याचा उत्सर्जक म्हणून उपयोग होतो. सुवर्ण-अँटिमनीच्या द्वारे मध्यभागी असलेल्या n प्रकारच्या पाया विभागाशी विद्युत् संपर्क साधता येतो. मूळ स्फटिकाचा p जातीचा पृष्ठभाग संकलक म्हणून वापरतात. शेवटी ५ व ४ हे भाग सोडून उरलेल्या भागावरील जर्मेनियम अम्लकोरण क्रिया करून काढून टाकतात. या ट्रँझिस्टरामध्ये उत्सर्जक आणि पाया हे उंचवट्यावर आहेत, असे दिसते. त्यामुळे यास ‘मेसा’ ट्रँझिस्टर असे सुद्धा म्हणतात. यामध्ये ट्रँझिस्टराच्या क्रियाशील प्रदेशाची जाडी अत्यंत कमी असते. पायाच्या जवळील भागात अपद्रव्य अणूंचे प्रमाण बदलत असते. यामुळे या प्रदेशात रोध प्रवणता (अंतरानुसार होणारा बदल) निर्माण होते. परिणामी अल्पसंख्यीय वाहकाचा संक्रमण काल कमी होऊन या प्रकारचे ट्रँझिस्टर उच्चत्तम कंप्रतेकरिता ( ≈ ९००० मेगॅहर्ट्‌झ) सुद्धा कार्यक्षम असतात. सर्वसाधारण ट्रँझिस्टर ३०–३०० किलोहर्ट्‌झ या कंप्रतेपर्यंत वापरता येतात. विसरण पद्धतीत पाया-संकलक व पाया-उत्सर्जक या दोन्हीही प्रदेशांचे गुणधर्म व आकारमान अचूकपणे निश्चित करता येतात.

निष्क्रिय प्रतलीय ट्रँझिस्टर : ट्रँझिस्टराच्या p–n संधीवर वातावरणातील घटकांचा विशेषतः पाण्याच्या वाफेचा अनिष्ट परिणाम होतो, कारण ट्रँझिस्टराची क्रिया बऱ्याच अंशी त्याच्या पृष्ठभागाच्या गुणधर्मावर अवलंबून असते. उदा., हा पृष्ठभाग उघडा पडल्यास त्यावर पाण्याच्या वाफेचा काही रेणूंइतक्या जाडीचा थर जमतो. हा थर लवकरच विद्युत् भारित होत असल्यामुळे पृष्ठभागाजवळ तीव्र असे विद्युत् क्षेत्र निर्माण होते. यामुळे साहजिकच ट्रँझिस्टराचे विद्युत् गुणधर्म बदलतात. हा परिणाम टाळण्याकरिता जर्मेनियम ट्रँझिस्टराचे संधी काच, प्लॅस्टिक किंवा चिनी माती यांच्या हवाबंद नळीमध्ये ठेवलेले असतात. निष्क्रिय प्रतलीय सिलिकॉन ट्रँझिस्टरामध्ये सिलिकॉन डाय-ऑक्साइडाचा थर या कार्याकरिता वापरतात. n–p–n सिलिकॉन ट्रँझिस्टर तयार करण्याकरिता या पद्धतीचे पुढील महत्त्वाचे टप्पे असतात. (१) n प्रकारच्या सिलिकॉनाच्या एकेरी स्फटिकाची एक पातळ चकती घेऊन ती ऑक्सिजन वायूने भरलेल्या भट्टीत तापवून तिच्यावर सर्व बाजूंनी ऑक्साइडाचा एक पातळ थर निर्माण करतात. (२) अम्लकोरण तंत्राने या ऑक्साइड थराच्या मध्यभागी एक छिद्र पाडून त्यामधून उष्ण बोरॉन वायू आत विसरण करतात. या क्रियेमुळे पायाचा p प्रकारचा प्रदेश तयार होतो. वायुविसरण पद्धतीत मिळणाऱ्या अचूक नियंत्रण गुणधर्मामुळे या प्रदेशाचे आकारमान, गुणधर्म हे पाहिजे तसे निश्चित करता येतात. बोरॉन अणूंच्या पार्श्विक विसरणामुळे पायाच्या p प्रदेशाचे आकारमान छिद्राच्या आकारमानापेक्षा मोठे असते. (३) चकती ऑक्सिजन वायुभरित भट्टीत परत तापवून त्यावर ऑक्साइडाचा आणखी एक दुसरा थर दिला जातो. (४) या नव्या थरामध्ये अम्लकोरण पद्धतीने परत एक मध्यभागी छिद्र पाडून त्याच्यामधून फॉस्फरसाचे बाष्प आत सोडले जाते. या विसरणामुळे या वरच्या सिलिकॉन थराचे परत n प्रकारात रूपांतर होते. अशा रीतीने ट्रँझिस्टराचा उत्सर्जक प्रदेश तयार होतो. (५) चकती परत ऑक्सिजन वायूत तापवून तिच्यावर ऑक्साइडाचा तिसरा व शेवटचा थर देतात. (६) अल्मकोरण क्रिया वापरून पाया व उत्सर्जक यांच्या बरोबर विद्युत् संपर्क साधण्याकरिता संयोगक बसवितात. अशा प्रकारे सिलिकॉन डाय-ऑक्साइडाच्या आवरणामध्ये संपूर्ण बंदिस्त असलेला ट्रँझिस्टर बनतो. या प्रकारात डाय-ऑक्साइड निरोधन, विलगीकरण व संरक्षण ही सर्व कार्ये करते (आ. ६).

उपरी पटल ट्रँझिस्टर : एखाद्या द्रव्याच्या एकेरी स्फटिक पृष्ठभागावर दुसऱ्या द्रव्याचा थर देण्याच्या क्रियेला उपरी पटलवर्धन म्हणतात. यामध्ये थरातील अणू आणि स्फटिकातील अणू यांचे दिक्‌स्थापन एकाच प्रकारचे असते. या क्रियेमध्ये जर्मेनियमाचा एकेरी स्फटिक भट्टीत तापवून (८००° से.) त्यावरून हायड्रोजन व जर्मेनियम क्लोराइडाचे वायुरूपी मिश्रण प्रवाहित करतात. हायड्रोजनामुळे जर्मेनियम क्लोराइडाचे क्षपण होते व शुद्ध जर्मेनियम स्फटिकाचे पृष्ठभागावर निक्षेपण होते. वायुरूपी मिश्रणात योग्य ते अपद्रव्य मिसळले असता हे अपद्रव्य जर्मेनियम धातूबरोबर निक्षेपित होते. या तंत्राच्या कुशल वापराने स्फटिकाच्या प्रतलावर आवश्यक अशा रोधकतेचा सूक्ष्म थर निक्षेपित करता येतो. या ट्रँझिस्टरामध्ये संकलक रोध कमी असतो. संकलक व उत्सर्जक या अग्रांमधील आवश्यक संपृक्त (कमाल प्रमाण असलेल्या) वर्चसाचे मान कमी असते त्यामुळे हा ट्रँझिस्टर जास्त विद्युत् ऊर्जा हाताळू शकतो.

शक्ती ट्रँझिस्टर : नेहमी उपयोगात असलेले सामान्य ट्रँझिस्टर १०० मिवॉ. (मिलिवॉट) एवढी विद्युत् शक्ती हाताळू शकतात. ट्रँझिस्टरामधून विद्युत् प्रवाह गेला असता संकलक संधीपाशी बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात उष्णता निर्माण होते. तीमुळे ट्रँझिस्टराचे तापमान वाढून त्याचे अधःपतन होण्याची शक्यता वाढते. निर्माण झालेल्या उष्णतेला बाहेर पडावयाचा अन्य मार्ग करून दिला, तर ट्रँझिस्टर हाताळू शकणाऱ्या शक्तीचे प्रमाण वाढवता येते. शक्ती ट्रँझिस्टर जाड धातूच्या पट्टीवर बसविलेले असतात. उत्पन्न होणारी उष्णता धातूच्या मार्गे वातावरणात उत्सर्जित केली जाते. याच कारणाकरिता उत्सर्जक व संकलक संधीचा व्यास मोठा करतात. सिलिकॉन ट्रँझिस्टरावर तापमानाचा परिणाम कमी होत असल्यामुळे १००–२०० वॉ. शक्ती हाताळणारे ट्रँझिस्टर सिलिकॉनाचेच बनवितात.

p–n–i–p ट्रँझिस्टर : संकलक प्रदेशात अंगभूत संवाहकाचा थर ठेवला, तर त्यामुळे तेथील संधीची धारिता (विद्युत् भार धरून ठेवण्याची क्षमता) कमी करता येते, हे तत्त्व या ट्रँझिस्टराच्या रचनेत वापरलेले आहे. कमी धारितेचे ट्रँझिस्टर उच्च कंप्रतेकरिता उपयोगी पडतात.

क्षेत्र-परिणामी ट्रँझिस्टर (FET) : या प्रकारच्या ट्रँझिस्टराची कार्यपद्धती आतापर्यंत वर्णिलेल्या ट्रँझिस्टरांपेक्षा फार निराळी आहे. यामध्ये (आ. ७) p प्रकारच्या जर्मेनियमाची कांब ही दोन्ही बाजूंस n प्रकारच्या जर्मेनियम विभागांनी वेढलेली आहे. भोवतालचा n प्रदेश व मधला p प्रदेश यांमध्ये बदलता व्यस्त अवपात (एका बाजूस कल असलेला विद्युत् दाब) लावला, तर कांबीमध्ये वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाह परिवाहाचा (मार्गाचा) काटच्छेद बदलला जाऊन त्याच्या परिणामी रोधात फरक पडतो. कांबीच्या दोन्ही टोकांमध्ये उद्‌गम (विद्युत् ऊर्जेचा उगम, उदा., विद्युत् घटमाला), निःसरण (निचरा) व भार जोडतात तर निःसरण व भोवतालचा n  विभाग यांमध्ये नियंत्रण करणारे द्वार वर्च्‌स जोडतात [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति]. या ट्रँझिस्टराचा उपयोग रेखीय अ-वर्ग विवर्धक [⟶ इलेक्ट्रॉनीय विवर्धक], आंदोलक किंवा स्विच म्हणून केला जातो.

सिलिकॉन नियंत्रित एकादिशकारक (SCR) : या साधनाची रचना p–n–p–n अशा स्वरूपाची असून यामध्ये तीन p–n संधी आहेत. हा ट्रँझिस्टर बनविण्याकरिता विसरण व मिश्रधातू पद्धती या दोन्ही तंत्रांचा उपयोग करतात. आ. ८ प्रमाणे विद्युत् घटमाला जोडली असता अ, इ या संधींवर सम अवपात येतो, पण आ हा संधी मात्र व्यस्त अवपाती होतो आणि याच्या द्वारेच प्रयुक्तीच्या विद्युत् संवाहकतेचे नियंत्रण करता येते. आदेशद्वार (३) मधून जेव्हा विद्युत् पुरवठा होत नाही तेव्हा ही प्रयुक्ती बंद या अवस्थेत असते आणि त्यात वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे मान नगण्य असते. जर आदेश द्वारा वर धन १–२ व्होल्ट वर्चस् लावून १०–१०० मिअँपि. एवढा विद्युत् प्रवाह अंतःक्षेपित केला, तर त्याचे आंतरिक विवर्धन होऊन प्रयुक्ती चालू अवस्थेत जाऊन तिच्यातून एकदम मोठा विद्युत् प्रवाह वाहू लागतो. या अवस्थेतील प्रवाहाचे मान बाह्य मंडलातील घटकानेच मर्यादित केले जाते. चालू अवस्थेत हा एकदिशकारक आला असता त्यावरील द्वाराचे नियंत्रण नाहीसे होते. तो बंद करण्याकरिता धनाग्राला लावलेले धन वर्चस् कमी करून त्यामधील विद्युत् प्रवाहाचे मूल्य एका ठराविक पातळीपेक्षा कमी करावे लागते. चालू अवस्थेत प्रयुक्तीत होणारा विपात नगण्य असतो. या प्रयुक्तीचा उपयोग मुख्यत्वे करून स्विच, प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाहाच्या शक्तीचे नियंत्रण इ. कार्यांकरिता होतो. ही प्रयुक्ती थायरेट्रॉन या वायुभरित त्रिप्रस्थाप्रमाणे काम देते [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति].

समाकलित मंडले : ट्रँझिस्टर व इतर अर्धसंवाहक प्रयुक्ती यांमुळे इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे मोठ्या प्रमाणात सूक्ष्मीकरण करणे शक्य झाले. सूक्ष्मीकरणाची मजल यापुढे न्यावयाची असल्यास त्याकरिता समाकलित मंडले वापरतात [⟶ सूक्ष्मीकरण, इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे]. या पद्धतीमध्ये मंडलातील निरनिराळे घटक त्यांना तारांनी जोडून विवर्धक, आंदोलक इ. क्रिया करणारी मंडले न बनविता एकाच अर्धसंवाहक चकतीवर हे घटक निरनिराळी अर्धसंवाहक द्रव्ये व अपद्रव्ये याचे निक्षेपण करून इष्ट जागी एकसंध स्वरूपात बनवितात. अशा प्रकारे विसरण निष्क्रिय प्रतल किंवा उपरी पटल पद्धती वापरून योग्य त्या जागी ट्रँझिस्टर निर्मिती व स्थापना करता येते. समाकलित मंडलांच्या वापरामुळे उपकरणाचे आकारमान साधारणपणे १,००० पटींनी कमी करता येते.

पहा : अर्धसंवाहक आंदोलक, इलेक्ट्रॉनीय इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति इलेक्ट्रॉनीय विवर्धक इलेक्ट्रॉनीय स्विच मंडले.

संदर्भ :

1. Bridgers, H. E. Schaff, J. H. Shive, J. N. Biondi, H. E., Eds. Transistor Technology, 3 Vols., Princeton, 1958.

2. Hunter, L. P. Handbook of Semiconductor Electronics, New York, 1956.

3. Thomas, H. E. Handbook of Transistors, Semiconductors, Instruments and Microelectronics, Englewood Cliffs, N. J., 1968.

4. Ryder, J. D. Engineering Electronics, Tokyo, 1967.

5. Shive, J. N. Semiconductor Devices, Princeton, 1959.

खांडेकर, पु. वि.

“