குறைகடத்திக் கருவிகளில் மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்த ஒரு கருவி டன்னல் டையோடாகும். இது 1958 ஆம் ஆண்டு சப்பானிய அறிவியலாளர் ‘வியோ இசாக்கி’(Leo Esaki) என்பவரால் கண்டு பிடிக்கப்பட்டது.. இதுவும் ஒரு வழக்கமான PN சந்தி டையோடு போன்Wதே. ஆனால் p பகுதி மற்றும் n – பகுதி ஆகிய இரண்டுமே வீறார்ந்த கலப்பையுடையவை. அதாவது மிகுந்த ஏற்பி அணுத் தூசும் கொடை அணுத் தூசும் கலக்கப்பட்டவை. அதாவது சாதாரண pn சந்தி டையோடைக் காட்டிலும்  இவ்வகை டையோடில் தூசு அணுக்கள் 1000 மடணுங்கிற்கும் மேலாக கலக்கப்பட்டிருக்கும். எனவே p மற்றும் n – பகுதிகளுக்கிடையே உள்ள நெருக்கம் குறைந்த அடுக்கின் தடிமன் மிகவும் மெல்லியதாகவும் மின்னழுத்த ஆற்றல் தடுப்பு ( potential energy barrier ) அகலம் சிறியதாகவும் இருக்கும். அதாவது இது ஏறத்தாழ ரோ சென்டிமீட்டா் அளவு இருக்குமாறு அமைக்கப்பட்டிருக்கும். இந்த pn சந்தியின் மின்னழுத்த – மின்னோட்ட சிறப்புக் கோடு வழக்கமான pn சந்தி டையோடின் சிறப்புக் கோட்டின் வடிவத்திலிருந்து மிகவும் மாறுபட்டிருக்கும். இந்த டன்னல் டையோடானது மாறுதிசை மின்னோட்டத்தை நோ்திசை மின்னோட்டமாக மாற்Whது. அதாவது அலைதிருத்தியாக (rectifier) செயல்படாது. அத்துடன் இது எதிர் மின்தடைக் ( negative resistance ) குணத்தைப் பெற்றிருக்கும். அதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட முன்னோக்கிய மின்னழுத்தத்தில் முன்னோக்கிய மின்னழுத்தம் அதிகாpக்கும் போது மின்னோட்டம் குறையும். மேலும் இதன் சிWப்புக் குணம் யாதெனில், இது ஒரு டையோடாக இருந்தாலும் இது ஒரு பெருக்கியாக ( amplifier ) அலையியற்றியாக ( oscillator )  மற்றும் ஒரு சாவி (switch)  அமைப்பாக செயல்படக் கூடியது.

    இதன் செயல்படு அதிர்வெண் ஏWத்தாழ 10 மெகாஹெர்ட்ஸ் ஆகும். மற்றும் இது ஒரு சாவி அமைப்பாக 10-9 வினாடிக்கும் குறைவான நேரத்தில் செயல்படக் கூடியது.  இந்த டன்னல் டையோடின் ஒரு சில முக்கிய அEகூலணுங்கள் யாதெனில், அதன் மிகச்சிறிய அளவு  குறைந்த ஆற்Wலில் செயற்படக்கூடிய தன்மை மற்றும் மிக நீண்ட வெப்பநிலை நெடுக்கத்தில் செயல்படுதல் ஆகியவையாகும்.

    இத்தகைய சிறப்புப் பெற்றுள்ள டன்னல் டையோடில் குறைபாடுகளும் உள்ளன. இது இரண்டு முனைகளை மட்டுமே பெற்றுள்ளதால் சுற்று இணைப்புகளில் உள்ளீடு சுற்றையும்  வெளியீடு சுற்றையும் பிரித்து அறிவது எளிதாக இருக்காது.. மேலும் இதில் தேவையற்ற அலைவுகள் தோன்றும், இவற்றை தவிர்க்க வேண்டும். இவ்வகை டன்னல் டையோடுகள்  பெரும்பாலும் சொ்மானியத்திலோ அல்லது சிலிக்கானிலோ தயாரிக்கப்படுகின்றன. அத்துடன் கேலியம் ஆர்சினைடு, இண்டியம் ஆன்டிமோனைடு போன்ற கூட்டுப்பொருள்களிலிருந்தும் தயாhpக்கப்படுகின்றன. டன்னல் டையோடின் செயல்பாடானது டன்னல் விளைவு என்ற குவைய இயந்திரவியல்  தத்துவத்தின் அடிப்படையில் அமைந்தது.

டன்னல் விளைவு ( TUNNEL EFFECT )

     w – அளவு மின்னழுத்த தடுப்பு உயரம் (potential barrier height) ஒன்றைக் கருதுவோம். இதன் இடது புறம் உள்ள ஒரு துகள் அதாவது மின்னணு E – அளவு ஆற்றல் பெற்றுள்ளதாகவும் கருதுவோம், இந்த E – அளவு ஆற்றலானது W –வை விடக் குறைவானதாக இருந்தால், மின்னணுவானது இந்த தடுப்பைத் தாண்டி வலப்புறம் செல்ல முடியாது, ஆனால் தடுப்பை துளைத்துக் கொண்டு உட்புகுந்து அடுத்த பக்கத்திற்கு வெளிவரும் தன்மையுடையதாக இருக்கலாம். இதை குவைய இயந்திரவியல் ( quantum mechanics ) விளக்குகிWது. உட்புகுந்து அடுத்த பக்கத்திற்கு வரும் துகளின் ஆற்றலானது உட்புகுவதற்கு முன்பு எவ்வளவு பெற்றிருந்ததோ அதே அளவை உட்புகுந்து அடுத்த பக்கத்திற்கு வெளிவந்த பின்னரும் பெற்றிருக்கும். மின்னழுத்த தடுப்பு வழியே துளைத்துச் செல்லும் நிகழ் வாய்ப்பு தடுப்பின் அகலத்தையும் தடுப்பின் உயரத்தையும் சார்ந்தது. உயா் மின்னழுத்தத் தடுப்புகளை இவ்வாறு அணுத்துகள்கள் துளைத்துக் கொண்டு செல்லும் செயலுக்கு டன்னல் விளைவு என்று பெயா்.

     ஒரு டன்னல் டையோடின் pn –சந்தியின் ஆற்றல் பட்டை வரைபடம் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

இதில் Ec  - என்பது கடத்து பட்டையின் ஆற்றல் மட்டம் (conduction band energy level)

Ev  - என்பது இணைதிறன் பட்டையின் ஆற்றல் மட்டம் (valance band energy level)

EF  - என்பது ‘பொ்மி ஆற்றல் மட்டம்’ ( Fermi energy level )

EG  - இணைதிறன் பட்டைக்கும் கடத்து பட்டைக்கும் இடையே உள்ள ஆற்றல் இடைவெளி ( energy gap )

     இதில் டன்னல் டையோடின் n – வகைப் பகுதியில் கொடை அணுக்களின் செறிவு ஒரு கன சென்டிமீட்டருக்கு 1019  க்கு மேல் இருக்கும் , எனவே அறை வெப்பநிலையில் இப்பகுதியில் மின்கடத்தும் மின்னணுக்களின் எண்ணிக்கை பல மடணுங்கு அதிகாரித்திருக்கும். இதனால்  ‘பொ்மி ஆற்றல் மட்டமானது’ ஆற்றல் இடைவெளியின் நடுப்பகுதியிலிருந்து பெருமளவு இடம்பெயா்ந்து மேலே சென்றிவிடும். உண்மையில் ‘பொ்மி ஆற்றல் மட்டமானது’ கடத்து பட்டையின் உள்ளேயே அமைந்துவிடும் அளவிற்கு உயா்ந்துவிடும். இதேபோன்று p – பகுதியில் ஏற்பி அணுக்களின் செறிவு பலமடணுங்கு மிகுதியாக இருக்க, இணைதிWப் பட்டையிலுள்ள துளைகளின் எண்ணிக்கை மிகமிக அதிகமாயிருக்கும். இதனால் p – பகுதியில் ‘பொ்மி ஆற்றல் மட்டமானது’ இணைதிறப் பட்டையின் உள்ளேயே அமைந்துவிடும்

    n - வகை மற்றும் p – வகை ஆகிய இரண்டும் ஒரே வெப்பநிலையில் இருக்கும்போது, டன்னல் டையோடிற்கு எந்தவித சார்பு மின்னழுத்தமும் அளிக்கப்படாதபோது, ‘பொ்மி மட்டம்’ படத்தில் காட்டியவாறு இருக்கும். சமநிலையில் ‘பொ்மி ஆற்றல் மட்டமானது’  p மற்றும் n பகுதி ஆகிய இரண்டிலும் ஒரே அளவில் இருக்கும். சார்பு மின்னழுத்தம் ஏதும் அளிக்கப்படாததால் சந்தியின் இருபுWமிருந்தும் எந்தவித மின்னு}ட்டமு் சந்தியைக் கடந்து செல்லாது. இந்நிலையில்  n - வகை கடத்து பட்டையும் p – வகை இணைதிறப் பட்டையும் ஒரு சிறிது மேற்பொருந்தி இருக்கக் காணலாம். இவ்வாறு ஆற்றல் பட்டைகள் சிறிது ஒன்றின்மேல் ஒன்று மேற்பொருந்தி இருப்பதால்தான்  சார்பு மின்னழுத்தம் அளிக்கப்படும்போது டன்னல் டயோடில் துளைத்துச் செல்லும் டன்னல் விளைவு ஏற்படுகிறது.-

(அறிவியல் ஒளி டிசம்பர் 2011 இதழில் வெளியானது)