অর্ধপরিবাহী পরিবাহিতা
বৈদ্যুতিক প্রবাহ সঞ্চালন বা না করতে সক্ষম পদার্থগুলি কেবল পরিবাহী এবং ডাইলেক্ট্রিকগুলির একটি কঠোর বিভাজনের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। এছাড়াও অর্ধপরিবাহী যেমন সিলিকন, সেলেনিয়াম, জার্মেনিয়াম এবং অন্যান্য খনিজ এবং সংকর ধাতুগুলি একটি পৃথক গোষ্ঠী হিসাবে বিভক্ত হওয়ার যোগ্য।
এই পদার্থগুলি ডাইলেক্ট্রিকের চেয়ে ভাল বৈদ্যুতিক প্রবাহ পরিচালনা করে, তবে ধাতুগুলির চেয়ে খারাপ, এবং তাপমাত্রা বা আলোকসজ্জার সাথে তাদের পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়। সেমিকন্ডাক্টরগুলির এই বৈশিষ্ট্যটি তাদের আলো এবং তাপমাত্রা সেন্সরগুলিতে প্রযোজ্য করে, তবে তাদের প্রধান প্রয়োগ এখনও ইলেকট্রনিক্স।
আপনি যদি দেখেন, উদাহরণস্বরূপ, একটি সিলিকন স্ফটিকের দিকে, আপনি দেখতে পাবেন যে সিলিকনের একটি ভ্যালেন্সি 4, অর্থাৎ, এর পরমাণুর বাইরের শেলে 4টি ইলেকট্রন রয়েছে যা স্ফটিকের চারটি প্রতিবেশী সিলিকন পরমাণুর সাথে বন্ধনযুক্ত। যদি এই ধরনের একটি স্ফটিক তাপ বা আলো দ্বারা প্রভাবিত হয়, তাহলে ভ্যালেন্স ইলেকট্রনগুলি শক্তি বৃদ্ধি পাবে এবং তাদের পরমাণুগুলি ছেড়ে দেবে, মুক্ত ইলেকট্রন হয়ে যাবে - একটি ইলেকট্রন গ্যাস সেমিকন্ডাক্টরের খোলা আয়তনে উপস্থিত হবে - ধাতুগুলির মতো, অর্থাৎ, এটি একটি ধারণ অবস্থা ঘটবে.
কিন্তু ধাতুর বিপরীতে, অর্ধপরিবাহী তাদের ইলেকট্রন এবং গর্তের পরিবাহিতা ভিন্ন। কেন এই ঘটছে এবং এটা কি? যখন ভ্যালেন্স ইলেকট্রনগুলি তাদের সাইটগুলি ছেড়ে চলে যায়, তখন সেই প্রাক্তন সাইটগুলিতে নেতিবাচক চার্জের অভাবের অঞ্চল - "গর্ত" - গঠিত হয়, যেগুলিতে এখন অতিরিক্ত ধনাত্মক চার্জ রয়েছে।
প্রতিবেশী ইলেকট্রন সহজেই ফলস্বরূপ "গর্ত"-এ ঝাঁপিয়ে পড়বে এবং যত তাড়াতাড়ি এই গর্তটি এতে ঝাঁপ দেওয়া ইলেকট্রন দিয়ে পূর্ণ হবে, লাফানো ইলেকট্রনের জায়গায় আবার একটি গর্ত তৈরি হবে।
অর্থাৎ, এটি দেখা যাচ্ছে যে একটি গর্ত একটি সেমিকন্ডাক্টরের একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত চলমান অঞ্চল। এবং যখন একটি সেমিকন্ডাক্টর একটি EMF উত্স সহ একটি সার্কিটের সাথে সংযুক্ত থাকে, তখন ইলেকট্রনগুলি উত্সের ধনাত্মক টার্মিনালে এবং গর্তগুলি ঋণাত্মক টার্মিনালে চলে যায়। এভাবেই সেমিকন্ডাক্টরের অভ্যন্তরীণ পরিবাহিতা ঘটে।
প্রয়োগিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ছাড়া অর্ধপরিবাহীতে গর্ত এবং পরিবাহী ইলেকট্রনের চলাচল বিশৃঙ্খল হবে। যদি স্ফটিকের উপর একটি বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়, তবে এর ভিতরের ইলেকট্রনগুলি ক্ষেত্রের বিপরীতে চলে যাবে এবং ছিদ্রগুলি ক্ষেত্র বরাবর চলে যাবে, অর্থাৎ, অর্ধপরিবাহীতে অভ্যন্তরীণ পরিবাহনের ঘটনা ঘটবে, যা কেবলমাত্র নয়। ইলেকট্রন দ্বারা সৃষ্ট, কিন্তু গর্ত দ্বারা.
একটি অর্ধপরিবাহীতে, সঞ্চালন সর্বদা শুধুমাত্র কিছু বাহ্যিক কারণের প্রভাবে ঘটে: ফোটনের সাথে বিকিরণের কারণে, তাপমাত্রার প্রভাব থেকে, যখন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলি প্রয়োগ করা হয় ইত্যাদি।
একটি সেমিকন্ডাক্টরের ফার্মি স্তর ব্যান্ড ফাঁকের মাঝখানে পড়ে। উপরের ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে নিম্ন পরিবাহী ব্যান্ডে ইলেকট্রনের রূপান্তরের জন্য ব্যান্ডগ্যাপ ডেল্টার সমান সক্রিয়করণ শক্তি প্রয়োজন (চিত্র দেখুন)। এবং পরিবাহী ব্যান্ডে ইলেকট্রন উপস্থিত হওয়ার সাথে সাথে ভ্যালেন্স ব্যান্ডে একটি গর্ত তৈরি হয়। এইভাবে, বর্তমান বাহকগুলির একটি জোড়া গঠনের সময় ব্যয় করা শক্তি সমানভাবে ভাগ করা হয়।
শক্তির অর্ধেক (ব্যান্ড প্রস্থের অর্ধেকের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ) ইলেকট্রন স্থানান্তর এবং অর্ধেক গর্ত গঠনে ব্যয় করা হয়; ফলস্বরূপ, উত্সটি স্ট্রিপের প্রস্থের মাঝখানের সাথে মিলে যায়। একটি অর্ধপরিবাহীতে ফার্মি শক্তি হল সেই শক্তি যেখানে ইলেকট্রন এবং ছিদ্র উত্তেজিত হয়। ব্যান্ড গ্যাপের মাঝখানে একটি সেমিকন্ডাক্টরের জন্য ফার্মি স্তরটি যে অবস্থানে থাকে তা গাণিতিক গণনা দ্বারা নিশ্চিত করা যেতে পারে, তবে আমরা এখানে গাণিতিক গণনা বাদ দিই।
বাহ্যিক কারণগুলির প্রভাবের অধীনে, উদাহরণস্বরূপ, যখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন একটি অর্ধপরিবাহীর স্ফটিক জালির তাপীয় কম্পন কিছু ভ্যালেন্স বন্ডের ধ্বংসের দিকে পরিচালিত করে, যার ফলস্বরূপ কিছু ইলেক্ট্রন, বিচ্ছিন্ন, বিনামূল্যে চার্জ বাহক হয়ে যায়। .
অর্ধপরিবাহীতে, গর্ত এবং ইলেকট্রন গঠনের সাথে সাথে, পুনর্মিলন প্রক্রিয়াটি ঘটে: ইলেকট্রনগুলি পরিবাহী ব্যান্ড থেকে ভ্যালেন্স ব্যান্ডে প্রবেশ করে, তাদের শক্তি স্ফটিক জালিতে দেয় এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের পরিমাণ নির্গত করে।সুতরাং, প্রতিটি তাপমাত্রা গর্ত এবং ইলেকট্রনের ভারসাম্য ঘনত্বের সাথে মিলে যায়, যা নিম্নোক্ত অভিব্যক্তি অনুসারে তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে:
সেমিকন্ডাক্টরগুলির অপরিচ্ছন্নতা পরিবাহিতাও রয়েছে, যখন একটি বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীর স্ফটিকের মধ্যে একটি সামান্য ভিন্ন পদার্থ প্রবর্তিত হয় যার মূল পদার্থের চেয়ে উচ্চতর বা কম ভ্যালেন্সি রয়েছে।
যদি বিশুদ্ধভাবে, বলুন, একই সিলিকন, গর্ত এবং মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা সমান হয়, অর্থাৎ, তারা সব সময় জোড়ায় তৈরি হয়, তাহলে সিলিকনে একটি অপরিষ্কার যোগ করার ক্ষেত্রে, উদাহরণস্বরূপ, আর্সেনিক, একটি 5 এর ভ্যালেন্স, গর্তের সংখ্যা মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যার চেয়ে কম হবে, অর্থাৎ, একটি অর্ধপরিবাহী প্রচুর পরিমাণে বিনামূল্যে ইলেকট্রন নিয়ে গঠিত হয়, নেতিবাচকভাবে চার্জ করা হয়, এটি একটি এন-টাইপ (নেতিবাচক) সেমিকন্ডাক্টর হবে। এবং যদি আপনি ইন্ডিয়াম মিশ্রিত করেন, যার ভ্যালেন্সি 3, যা সিলিকনের চেয়ে কম, তবে আরও গর্ত হবে - এটি একটি পি-টাইপ (ধনাত্মক) সেমিকন্ডাক্টর হবে।
এখন, যদি আমরা বিভিন্ন পরিবাহিতার অর্ধপরিবাহীকে সংস্পর্শে আনতে পারি, তাহলে যোগাযোগের বিন্দুতে আমরা একটি p-n সংযোগ পাই। n-অঞ্চল থেকে সরানো ইলেকট্রন এবং p-অঞ্চল থেকে গর্তগুলি একে অপরের দিকে অগ্রসর হতে শুরু করবে এবং যোগাযোগের বিপরীত দিকে বিপরীত চার্জযুক্ত অঞ্চল থাকবে (pn-জংশনের বিপরীত দিকে): একটি ধনাত্মক চার্জ এন-অঞ্চলে এবং একটি নেতিবাচক চার্জ p-অঞ্চলে জমা হবে। স্থানান্তর সাপেক্ষে স্ফটিকের বিভিন্ন অংশ বিপরীতভাবে চার্জ করা হবে। প্রত্যেকের কাজের জন্য এই পদটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ। সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস.
এই জাতীয় ডিভাইসের সবচেয়ে সহজ উদাহরণ হল একটি সেমিকন্ডাক্টর ডায়োড, যেখানে শুধুমাত্র একটি পিএন জংশন ব্যবহার করা হয়, যা কাজটি অর্জনের জন্য যথেষ্ট - শুধুমাত্র একটি দিকে কারেন্ট পরিচালনা করার জন্য।
n-অঞ্চল থেকে ইলেকট্রনগুলি শক্তির উত্সের ধনাত্মক মেরুটির দিকে এবং p-অঞ্চল থেকে ছিদ্রগুলি ঋণাত্মক মেরুতে চলে যায়। জংশনের কাছে পর্যাপ্ত ধনাত্মক এবং নেতিবাচক চার্জ জমা হবে, জংশনের প্রতিরোধ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পাবে এবং সার্কিটের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হবে।
ডায়োডের বিপরীত সংযোগে, কারেন্ট হাজার হাজার গুণ কম বের হবে, যেহেতু ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি কেবল জংশন থেকে বিভিন্ন দিকে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দ্বারা প্রস্ফুটিত হবে। এই নীতি কাজ করে ডায়োড সংশোধনকারী.