অর্ধপরিবাহী পদার্থ - জার্মেনিয়াম এবং সিলিকন

সেমিকন্ডাক্টররা বিভিন্ন ধরণের বৈদ্যুতিক এবং ভৌত বৈশিষ্ট্যের পাশাপাশি বিভিন্ন ধরণের রাসায়নিক সংমিশ্রণের সাথে একে অপরের থেকে পৃথক উপাদানগুলির একটি বিশাল অঞ্চলকে প্রতিনিধিত্ব করে, যা তাদের প্রযুক্তিগত ব্যবহারের বিভিন্ন উদ্দেশ্য নির্ধারণ করে।

রাসায়নিক প্রকৃতির দ্বারা, আধুনিক অর্ধপরিবাহী উপকরণগুলিকে নিম্নলিখিত চারটি প্রধান গ্রুপে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে:

1. একটি একক উপাদানের পরমাণু বা অণু দ্বারা গঠিত স্ফটিক অর্ধপরিবাহী পদার্থ। এই জাতীয় উপকরণগুলি বর্তমানে জার্মেনিয়াম, সিলিকন, সেলেনিয়াম, বোরন, সিলিকন কার্বাইড ইত্যাদি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

2. অক্সাইড স্ফটিক অর্ধপরিবাহী উপকরণ, i.e. ধাতু অক্সাইড উপকরণ। প্রধানগুলো হল: কপার অক্সাইড, জিংক অক্সাইড, ক্যাডমিয়াম অক্সাইড, টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড, নিকেল অক্সাইড ইত্যাদি। এই গোষ্ঠীতে বেরিয়াম টাইটানেট, স্ট্রনটিয়াম, দস্তা এবং বিভিন্ন ছোট সংযোজন সহ অন্যান্য অজৈব যৌগের উপর ভিত্তি করে উপকরণ অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।

3. মেন্ডেলিভের উপাদানগুলির সিস্টেমের তৃতীয় এবং পঞ্চম গ্রুপ থেকে পরমাণুর যৌগের উপর ভিত্তি করে স্ফটিক অর্ধপরিবাহী পদার্থ। এই জাতীয় পদার্থের উদাহরণ হল ইন্ডিয়াম, গ্যালিয়াম এবং অ্যালুমিনিয়াম অ্যান্টিমোনাইডস, যেমনইন্ডিয়াম, গ্যালিয়াম এবং অ্যালুমিনিয়ামের সাথে অ্যান্টিমনির যৌগ। এগুলোকে বলা হত আন্তঃধাতু যৌগ।

4. একদিকে সালফার, সেলেনিয়াম এবং টেলুরিয়ামের যৌগের উপর ভিত্তি করে স্ফটিক অর্ধপরিবাহী পদার্থ এবং অন্যদিকে তামা, ক্যাডমিয়াম এবং পিগ Ca। এই জাতীয় যৌগগুলিকে যথাক্রমে বলা হয়: সালফাইডস, সেলেনাইডস এবং টেলুরাইডস।

সমস্ত অর্ধপরিবাহী উপকরণ, যেমন ইতিমধ্যে উল্লিখিত হয়েছে, স্ফটিক গঠন দ্বারা দুটি গ্রুপে বিভক্ত করা যেতে পারে। কিছু উপাদান বড় একক স্ফটিক (একক স্ফটিক) আকারে তৈরি করা হয়, যেখান থেকে রেকটিফায়ার, অ্যামপ্লিফায়ার, ফটোসেলে ব্যবহারের জন্য বিভিন্ন আকারের প্লেট নির্দিষ্ট স্ফটিক দিকগুলিতে কাটা হয়।

এই ধরনের উপকরণগুলি একক ক্রিস্টাল সেমিকন্ডাক্টরের গ্রুপ তৈরি করে... সবচেয়ে সাধারণ একক ক্রিস্টাল উপাদান হল জার্মেনিয়াম এবং সিলিকন। সিলিকন কার্বাইডের একক ক্রিস্টাল, ইন্টারমেটালিক যৌগের একক স্ফটিক উৎপাদনের জন্য RM পদ্ধতিগুলি তৈরি করা হয়েছে।

অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর উপাদানগুলি এলোমেলোভাবে একসাথে সোল্ডার করা খুব ছোট স্ফটিকগুলির মিশ্রণ। এই জাতীয় উপকরণগুলিকে বলা হয় পলিক্রিস্টালাইন... পলিক্রিস্টালাইন সেমিকন্ডাক্টর উপাদানগুলির প্রতিনিধি হল সেলেনিয়াম এবং সিলিকন কার্বাইড, সেইসাথে সিরামিক প্রযুক্তি ব্যবহার করে বিভিন্ন অক্সাইড দিয়ে তৈরি সামগ্রী৷

ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত অর্ধপরিবাহী উপকরণ বিবেচনা করুন.

জার্মেনিয়াম - উপাদানগুলির মেন্ডেলিভের পর্যায়ক্রমিক সিস্টেমের চতুর্থ গ্রুপের একটি উপাদান। জার্মেনিয়ামের একটি উজ্জ্বল রূপালী রঙ রয়েছে। জার্মেনিয়ামের গলনাঙ্ক হল 937.2 ° C। এটি প্রায়শই প্রকৃতিতে পাওয়া যায়, তবে খুব কম পরিমাণে। জিঙ্ক আকরিক এবং বিভিন্ন কয়লার ছাইতে জার্মেনিয়ামের উপস্থিতি পাওয়া যায়। জার্মেনিয়াম উৎপাদনের প্রধান উৎস কয়লা ছাই এবং ধাতব উদ্ভিদের বর্জ্য।

ভাত। 1. জার্মেনিয়াম

বেশ কয়েকটি রাসায়নিক ক্রিয়াকলাপের ফলস্বরূপ প্রাপ্ত জার্মেনিয়াম ইনগট এখনও এটি থেকে অর্ধপরিবাহী ডিভাইস তৈরির জন্য উপযুক্ত পদার্থ নয়। এটিতে অদ্রবণীয় অমেধ্য রয়েছে, এটি এখনও একটি একক স্ফটিক নয় এবং এটিতে একটি সংযোজন নেই যা প্রয়োজনীয় ধরণের বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা নির্ধারণ করে।

এটি ব্যাপকভাবে অদ্রবণীয় অমেধ্য অঞ্চল গলানোর পদ্ধতি থেকে ইংগট পরিষ্কার করার জন্য ব্যবহৃত হয়... এই পদ্ধতিটি শুধুমাত্র সেই অমেধ্যগুলি অপসারণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে যেগুলি প্রদত্ত কঠিন অর্ধপরিবাহীতে এবং এর গলে ভিন্নভাবে দ্রবীভূত হয়।

জার্মেনিয়াম খুব শক্ত কিন্তু অত্যন্ত ভঙ্গুর এবং আঘাতে ছোট ছোট টুকরো হয়ে যায়। যাইহোক, একটি হীরা করাত বা অন্যান্য ডিভাইস ব্যবহার করে, এটি পাতলা টুকরা করা যেতে পারে। গার্হস্থ্য শিল্প খাদযুক্ত জার্মেনিয়াম তৈরি করে ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা 0.003 থেকে 45 ওহম এনএস সেমি পর্যন্ত প্রতিরোধ ক্ষমতা সহ বিভিন্ন গ্রেড এবং 0.4 থেকে 5.5 ওহম এনএস সেমি এবং তার উপরে প্রতিরোধ ক্ষমতা সহ গর্তের বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা সহ জার্মেনিয়াম মিশ্রিত। ঘরের তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ জার্মেনিয়ামের নির্দিষ্ট প্রতিরোধের ρ = 60 ওহম NS সেমি।

একটি অর্ধপরিবাহী উপাদান হিসাবে জার্মেনিয়াম ব্যাপকভাবে শুধুমাত্র ডায়োড এবং ট্রায়োডের জন্যই ব্যবহৃত হয় না, এটি উচ্চ স্রোতের জন্য পাওয়ার রেকটিফায়ার, চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি পরিমাপ করার জন্য ব্যবহৃত বিভিন্ন সেন্সর, নিম্ন তাপমাত্রার প্রতিরোধের থার্মোমিটার ইত্যাদির জন্য ব্যবহৃত হয়।

সিলিকন প্রকৃতিতে ব্যাপকভাবে বিতরণ করা হয়। এটি, জার্মেনিয়ামের মতো, উপাদানগুলির মেন্ডেলিভ সিস্টেমের চতুর্থ গ্রুপের একটি উপাদান এবং একই স্ফটিক (ঘন) গঠন রয়েছে। পালিশ সিলিকন ইস্পাতের ধাতব দীপ্তি গ্রহণ করে।

সিলিকন মুক্ত অবস্থায় প্রাকৃতিকভাবে ঘটে না, যদিও এটি পৃথিবীর দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রচুর উপাদান, যা কোয়ার্টজ এবং অন্যান্য খনিজগুলির ভিত্তি তৈরি করে। SiO2 কার্বনের উচ্চ-তাপমাত্রা হ্রাস দ্বারা সিলিকনকে তার মৌলিক আকারে বিচ্ছিন্ন করা যেতে পারে। একই সময়ে, অ্যাসিড চিকিত্সার পরে সিলিকনের বিশুদ্ধতা ~ 99.8% এবং এই ফর্মের সেমিকন্ডাক্টর যন্ত্রের ডিভাইসগুলির জন্য, এটি ব্যবহার করা হয় না।

উচ্চ-বিশুদ্ধতা সিলিকন এর পূর্বে ভাল-বিশুদ্ধ উদ্বায়ী যৌগ (হ্যালাইডস, সিলেন) থেকে প্রাপ্ত হয় দস্তা বা হাইড্রোজেনের সাথে উচ্চ-তাপমাত্রা হ্রাসের মাধ্যমে বা তাদের তাপীয় পচন দ্বারা। প্রতিক্রিয়া চলাকালীন মুক্তি, সিলিকন প্রতিক্রিয়া চেম্বারের দেয়ালে বা একটি বিশেষ গরম করার উপাদানে জমা হয় - প্রায়শই উচ্চ বিশুদ্ধতা সিলিকন দিয়ে তৈরি একটি রডে।

ভাত। 2. সিলিকন

জার্মেনিয়ামের মতো, সিলিকন ভঙ্গুর। এর গলনাঙ্ক জার্মেনিয়ামের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি: 1423 ° C। ঘরের তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ সিলিকনের প্রতিরোধ ক্ষমতা ρ = 3 NS 105 ওহম-দেখুন

যেহেতু সিলিকনের গলনাঙ্ক জার্মেনিয়ামের তুলনায় অনেক বেশি, তাই গ্রাফাইট ক্রুসিবল একটি কোয়ার্টজ ক্রুসিবল দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, কারণ উচ্চ তাপমাত্রায় গ্রাফাইট সিলিকনের সাথে বিক্রিয়া করে সিলিকন কার্বাইড তৈরি করতে পারে। উপরন্তু, গ্রাফাইট দূষক গলিত সিলিকনে প্রবেশ করতে পারে।

শিল্পটি 0.01 থেকে 35 ওহম x সেমি পর্যন্ত প্রতিরোধ ক্ষমতা সহ ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা (বিভিন্ন গ্রেড) সহ সেমিকন্ডাক্টর ডপড সিলিকন এবং 0.05 থেকে 35 ওহম x সেমি পর্যন্ত প্রতিরোধ ক্ষমতা সহ বিভিন্ন গ্রেডের গর্ত পরিবাহিতা উত্পাদন করে।

সিলিকন, জার্মেনিয়ামের মতো, অনেক সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।সিলিকন রেকটিফায়ারে, জার্মেনিয়াম রেকটিফায়ারের (80 ° C) তুলনায় উচ্চতর বিপরীত ভোল্টেজ এবং অপারেটিং তাপমাত্রা (130 — 180 ° C) অর্জন করা হয়। বিন্দু এবং সমতল সিলিকন দিয়ে তৈরি ডায়োড এবং triodes, photocells, এবং অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস।

ডুমুরে। 3 তাদের মধ্যে অমেধ্য ঘনত্বের উপর উভয় প্রকারের জার্মেনিয়াম এবং সিলিকনের প্রতিরোধের নির্ভরতা দেখায়।

ভাত। 3. ঘরের তাপমাত্রায় জার্মেনিয়াম এবং সিলিকনের প্রতিরোধের উপর অমেধ্যের ঘনত্বের প্রভাব: 1 — সিলিকন, 2 — জার্মেনিয়াম

চিত্রের বক্ররেখাগুলি দেখায় যে অমেধ্যগুলি প্রতিরোধের উপর বিশাল প্রভাব ফেলে: জার্মেনিয়ামে, এটি 60 ওহম x সেমি অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের মান থেকে 10-4 ওহম x সেমি, অর্থাৎ 5 x 105 গুণে পরিবর্তিত হয় এবং এর জন্য সিলিকন 3 x 103 থেকে 10-4 ওহম x সেমি, অর্থাৎ 3 x 109 একবারে।

অ-রৈখিক প্রতিরোধকের উত্পাদনের জন্য একটি উপাদান হিসাবে, পলিক্রিস্টালাইন উপাদানটি বিশেষভাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় - সিলিকন কার্বাইড।

ভাত। 4. সিলিকন কার্বাইড

পাওয়ার লাইনের জন্য ভালভ লিমিটারগুলি সিলিকন কার্বাইড দিয়ে তৈরি - এমন ডিভাইস যা পাওয়ার লাইনকে ওভারভোল্টেজ থেকে রক্ষা করে। তাদের মধ্যে, একটি নন-লিনিয়ার সেমিকন্ডাক্টর (সিলিকন কার্বাইড) দিয়ে তৈরি ডিস্কগুলি লাইনে ঘটতে থাকা ঢেউ তরঙ্গের ক্রিয়ায় মাটিতে কারেন্ট প্রেরণ করে। ফলে লাইনের স্বাভাবিক কার্যক্রম পুনরুদ্ধার করা হয়। অপারেটিং ভোল্টেজে, এই ডিস্কগুলির রেজিস্ট্যান্সের রেখা বৃদ্ধি পায় এবং লাইন থেকে স্থল পর্যন্ত লিকেজ কারেন্ট বন্ধ হয়ে যায়।

সিলিকন কার্বাইড কৃত্রিমভাবে উত্পাদিত হয় - উচ্চ তাপমাত্রায় (2000 ° C) কয়লার সাথে কোয়ার্টজ বালির মিশ্রণের তাপ চিকিত্সার মাধ্যমে।

প্রবর্তিত সংযোজনগুলির উপর নির্ভর করে, দুটি প্রধান ধরণের সিলিকন কার্বাইড গঠিত হয়: সবুজ এবং কালো।তারা বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার প্রকারে একে অপরের থেকে পৃথক, যথা: সবুজ সিলিকন কার্বাইড এন-টাইপ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা নিক্ষেপ করে এবং কালো - পি-টাইপ পরিবাহিতা সহ।

জন্য ভালভ সীমাবদ্ধকারী সিলিকন কার্বাইড 55 থেকে 150 মিমি ব্যাস এবং 20 থেকে 60 মিমি উচ্চতার ডিস্ক তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। একটি ভালভ স্টপে, সিলিকন কার্বাইড ডিস্কগুলি একে অপরের সাথে এবং স্পার্ক ফাঁক দিয়ে সিরিজে সংযুক্ত থাকে। ডিস্ক এবং স্পার্ক প্লাগ সমন্বিত সিস্টেমটি একটি কয়েল স্প্রিং দ্বারা সংকুচিত হয়। একটি বল্টু সঙ্গে, গ্রেপ্তারকারী সংযুক্ত করা হয় পাওয়ার লাইন কন্ডাক্টর, এবং ° C অ্যারেস্টারের অন্য দিকটি একটি তারের দ্বারা মাটিতে সংযুক্ত থাকে। ফিউজের সমস্ত অংশ একটি চীনামাটির বাসন ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয়।

স্বাভাবিক ট্রান্সমিশন লাইন ভোল্টেজে, ভালভ লাইন কারেন্ট পাস করে না। বায়ুমণ্ডলীয় বিদ্যুত বা অভ্যন্তরীণ ঢেউ দ্বারা সৃষ্ট বর্ধিত ভোল্টেজগুলিতে (উর্জন) স্পার্ক গ্যাপ তৈরি হয় এবং ভালভ ডিস্কগুলি উচ্চ ভোল্টেজের অধীনে থাকবে।

তাদের প্রতিরোধ তীব্রভাবে হ্রাস পাবে, যা লাইন থেকে মাটিতে বর্তমান ফুটো নিশ্চিত করবে। উচ্চ কারেন্ট পাস করলে ভোল্টেজ স্বাভাবিক হয়ে যাবে এবং ভালভ ডিস্কে প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পাবে। ভালভ বন্ধ করা হবে, অর্থাৎ, লাইনের অপারেটিং কারেন্ট তাদের কাছে প্রেরণ করা হবে না।

সিলিকন কার্বাইড উচ্চ অপারেটিং তাপমাত্রায় (500 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত) কাজ করে সেমিকন্ডাক্টর রেকটিফায়ারগুলিতেও ব্যবহৃত হয়।