সেমিকন্ডাক্টরে বৈদ্যুতিক প্রবাহ

কন্ডাক্টর এবং ডাইলেকট্রিক্সের মধ্যে, প্রতিরোধের পরিপ্রেক্ষিতে, অবস্থিত অর্ধপরিবাহী… সিলিকন, জার্মেনিয়াম, টেলুরিয়াম ইত্যাদি — পর্যায় সারণির অনেক উপাদান এবং তাদের যৌগগুলি অর্ধপরিবাহীর অন্তর্গত। অনেক অজৈব পদার্থ অর্ধপরিবাহী। সিলিকন প্রকৃতির অন্যদের তুলনায় প্রশস্ত; পৃথিবীর ভূত্বক এর 30% নিয়ে গঠিত।

সেমিকন্ডাক্টর এবং ধাতুগুলির মধ্যে প্রধান আকর্ষণীয় পার্থক্যটি প্রতিরোধের নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ: সেমিকন্ডাক্টরের তাপমাত্রা যত বেশি হবে তার বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের কম হবে। ধাতুগুলির জন্য, এটি বিপরীত: তাপমাত্রা যত বেশি, প্রতিরোধ ক্ষমতা তত বেশি। যদি একটি অর্ধপরিবাহীকে পরম শূন্যে ঠাণ্ডা করা হয় তবে এটি হয়ে যায় অস্তরক.

উচ্চ তাপমাত্রা - কম প্রতিরোধের

তাপমাত্রার উপর অর্ধপরিবাহী পরিবাহিতার এই নির্ভরতা দেখায় যে ঘনত্ব বিনামূল্যে ট্যাক্সি ড্রাইভার সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে ধ্রুবক থাকে না এবং তাপমাত্রার সাথে বৃদ্ধি পায়।একটি অর্ধপরিবাহী মাধ্যমে একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ উত্তরণ প্রক্রিয়া ধাতুগুলির মতো মুক্ত ইলেকট্রনের গ্যাসের মডেলে হ্রাস করা যায় না। এই প্রক্রিয়াটি বোঝার জন্য, আমরা একটি জার্মেনিয়াম ক্রিস্টালের উদাহরণ হিসাবে এটি দেখতে পারি।

স্বাভাবিক অবস্থায়, জার্মেনিয়াম পরমাণুতে তাদের বাইরের শেলে চারটি ভ্যালেন্স ইলেকট্রন থাকে - চারটি ইলেকট্রন যা আলগাভাবে নিউক্লিয়াসের সাথে আবদ্ধ থাকে। অধিকন্তু, জার্মেনিয়াম স্ফটিক জালির প্রতিটি পরমাণু চারটি প্রতিবেশী পরমাণু দ্বারা বেষ্টিত। এবং এখানে বন্ধনটি সমযোজী, যার মানে এটি ভ্যালেন্স ইলেকট্রনের জোড়া দ্বারা গঠিত।

দেখা যাচ্ছে যে ভ্যালেন্স ইলেকট্রনগুলির প্রতিটি একই সময়ে দুটি পরমাণুর অন্তর্গত, এবং জার্মেনিয়ামের ভিতরে ভ্যালেন্স ইলেকট্রনের বন্ধন তার পরমাণুর সাথে ধাতুগুলির তুলনায় শক্তিশালী। এই কারণেই, ঘরের তাপমাত্রায়, অর্ধপরিবাহীগুলি ধাতুর চেয়েও খারাপ মাত্রার বর্তমান বেশ কয়েকটি অর্ডার পরিচালনা করে। এবং পরম শূন্যে, জার্মেনিয়ামের সমস্ত ভ্যালেন্স ইলেকট্রন বন্ধনে দখল করা হবে এবং কারেন্ট সরবরাহ করার জন্য কোনও মুক্ত ইলেকট্রন থাকবে না।

তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে কিছু ভ্যালেন্স ইলেকট্রন শক্তি অর্জন করে যা সমযোজী বন্ধন ভাঙার জন্য যথেষ্ট হয়ে ওঠে। এভাবেই মুক্ত পরিবাহী ইলেকট্রন উৎপন্ন হয়। সংযোগ বিচ্ছিন্ন অঞ্চলে এক ধরনের শূন্যপদ তৈরি হয়- ইলেকট্রন ছাড়া গর্ত.

এই গর্তটি সহজেই প্রতিবেশী জোড়া থেকে একটি ভ্যালেন্স ইলেকট্রন দ্বারা দখল করা যেতে পারে, তারপর গর্তটি প্রতিবেশী পরমাণুর জায়গায় চলে যাবে। একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায়, স্ফটিকের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট সংখ্যক তথাকথিত ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি হয়।

একই সময়ে, ইলেক্ট্রন-হোল পুনর্মিলনের প্রক্রিয়াটি ঘটে — একটি ছিদ্র একটি মুক্ত ইলেক্ট্রনের সাথে মিলিত হয় যা একটি জার্মেনিয়াম স্ফটিকের পরমাণুর মধ্যে সমযোজী বন্ধন পুনরুদ্ধার করে। একটি ইলেকট্রন এবং একটি গর্ত নিয়ে গঠিত এই ধরনের জোড়া, একটি অর্ধপরিবাহীতে শুধুমাত্র তাপমাত্রার ক্রিয়াকলাপের কারণেই নয়, সেমিকন্ডাক্টরটি আলোকিত হলে, অর্থাৎ এটিতে শক্তির ঘটনার কারণেও উদ্ভূত হতে পারে। তড়িচ্চুম্বকিয় বিকিরণ.

যদি অর্ধপরিবাহীতে কোন বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা না হয়, তাহলে মুক্ত ইলেকট্রন এবং ছিদ্রগুলি বিশৃঙ্খল তাপীয় গতিতে নিয়োজিত হয়। কিন্তু যখন একটি অর্ধপরিবাহী একটি বহিরাগত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয়, তখন ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি একটি ক্রমানুসারে চলতে শুরু করে। এভাবেই এর জন্ম অর্ধপরিবাহী বর্তমান.

এটি ইলেক্ট্রন কারেন্ট এবং হোল কারেন্ট নিয়ে গঠিত। একটি অর্ধপরিবাহীতে, গর্ত এবং পরিবাহী ইলেকট্রনের ঘনত্ব সমান। এবং শুধুমাত্র বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীতে এটি করে ইলেকট্রন গর্ত পরিবাহী প্রক্রিয়া… এটি সেমিকন্ডাক্টরের অন্তর্নিহিত বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা।

অপবিত্রতা পরিবাহী (ইলেক্ট্রন এবং গর্ত)

যদি সেমিকন্ডাক্টরে অমেধ্য থাকে, তাহলে বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীর তুলনায় এর বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়। একটি সিলিকন ক্রিস্টালের সাথে ফসফরাস আকারে 0.001 পারমাণবিক শতাংশ পরিমাণে একটি অপবিত্রতা যোগ করলে পরিবাহিতা 100,000 গুণেরও বেশি বৃদ্ধি পাবে! পরিবাহিতা উপর অমেধ্য যেমন একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব বোধগম্য.

অপরিষ্কার পরিবাহিতা বৃদ্ধির প্রধান শর্ত হল অশুদ্ধতার ভ্যালেন্স এবং মূল উপাদানের ভ্যালেন্সের মধ্যে পার্থক্য। এই ধরনের অপবিত্রতা পরিবাহী বলা হয় অপবিত্রতা পরিবাহী এবং একটি ইলেক্ট্রন এবং একটি গর্ত হতে পারে।

একটি জার্মেনিয়াম স্ফটিক ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা হতে শুরু করে যদি পেন্টাভ্যালেন্ট পরমাণু, বলুন, আর্সেনিক, এতে প্রবেশ করানো হয়, যখন জার্মেনিয়ামের পরমাণুর ভ্যালেন্স চারটি হয়। যখন পেন্টাভ্যালেন্ট আর্সেনিক পরমাণু জার্মেনিয়াম স্ফটিক জালির জায়গায় থাকে, তখন আর্সেনিক পরমাণুর চারটি বাইরের ইলেকট্রন চারটি প্রতিবেশী জার্মেনিয়াম পরমাণুর সাথে সমযোজী বন্ধনে জড়িত থাকে। আর্সেনিক পরমাণুর পঞ্চম ইলেকট্রন মুক্ত হয়, এটি সহজেই তার পরমাণু ছেড়ে যায়।

এবং ইলেক্ট্রনের রেখে যাওয়া পরমাণু সেমিকন্ডাক্টরের স্ফটিক জালির জায়গায় একটি ধনাত্মক আয়নে পরিণত হয়। এটি তথাকথিত দাতা অপবিত্রতা যখন অশুদ্ধতার ভ্যালেন্স প্রধান পরমাণুর ভ্যালেন্সের চেয়ে বেশি হয়। অনেক মুক্ত ইলেকট্রন এখানে উপস্থিত হয়, যে কারণে, একটি অপরিষ্কার প্রবর্তনের সাথে, সেমিকন্ডাক্টরের বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ হাজার হাজার এবং মিলিয়ন বার কমে যায়। প্রচুর পরিমাণে যোগ করা অমেধ্য সহ একটি অর্ধপরিবাহী পরিবাহিতায় ধাতুর কাছে যায়।

যদিও আর্সেনিক-ডোপড জার্মেনিয়াম স্ফটিকের অভ্যন্তরীণ পরিবাহিতার জন্য ইলেকট্রন এবং ছিদ্র দায়ী, তবে যে ইলেকট্রনগুলি আর্সেনিক পরমাণুগুলি ছেড়ে গেছে তারাই প্রধান বিনামূল্যে চার্জ বাহক। এই ধরনের পরিস্থিতিতে, মুক্ত ইলেক্ট্রনের ঘনত্ব গর্তের ঘনত্বকে অনেক বেশি করে, এবং এই ধরনের পরিবাহিতাকে সেমিকন্ডাক্টরের ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা বলা হয় এবং সেমিকন্ডাক্টরকে নিজেই একটি এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর বলা হয়।

যদি, পেন্টাভ্যালেন্ট আর্সেনিকের পরিবর্তে, জার্মেনিয়াম ক্রিস্টালে ট্রাইভ্যালেন্ট ইন্ডিয়াম যোগ করা হয়, তবে এটি মাত্র তিনটি জার্মেনিয়াম পরমাণুর সাথে সমযোজী বন্ধন তৈরি করবে। চতুর্থ জার্মেনিয়াম পরমাণুটি ইন্ডিয়াম পরমাণুর সাথে বন্ধনহীন থাকবে। কিন্তু একটি সমযোজী ইলেকট্রন প্রতিবেশী জার্মেনিয়াম পরমাণু দ্বারা ক্যাপচার করা যেতে পারে।তখন ইন্ডিয়ামটি একটি ঋণাত্মক আয়ন হবে, এবং প্রতিবেশী জার্মেনিয়াম পরমাণু একটি খালি জায়গা দখল করবে যেখানে সমযোজী বন্ধন বিদ্যমান ছিল।

এই ধরনের অপবিত্রতা, যখন একটি অপরিচ্ছন্নতা পরমাণু ইলেকট্রনকে ধারণ করে, তাকে গ্রহণকারী অপবিত্রতা বলে। যখন একটি গ্রহণকারী অশুদ্ধতা প্রবর্তিত হয়, তখন স্ফটিকের মধ্যে অনেকগুলি সমযোজী বন্ধন ভেঙে যায় এবং অনেকগুলি গর্ত তৈরি হয় যার মধ্যে ইলেকট্রনগুলি সমযোজী বন্ধন থেকে লাফ দিতে পারে। বৈদ্যুতিক প্রবাহের অনুপস্থিতিতে, গর্তগুলি এলোমেলোভাবে স্ফটিকের উপর চলে যায়।

একটি গ্রহণকারী প্রচুর পরিমাণে গর্ত তৈরির কারণে সেমিকন্ডাক্টরের পরিবাহিতাতে তীব্র বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে এবং এই গর্তগুলির ঘনত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে সেমিকন্ডাক্টরের অন্তর্নিহিত বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার ইলেকট্রনের ঘনত্বকে ছাড়িয়ে যায়। এটি গর্ত পরিবাহী এবং সেমিকন্ডাক্টরকে পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর বলা হয়। এতে প্রধান চার্জ বাহক হল গর্ত।