अर्धचालक: प्रकार, अनुप्रयोग और उदाहरण - दुदास

अर्धचालकों तत्वों है कि चुनिंदा प्रवाहकीय या रोधक, इस तरह के तापमान, दबाव, विकिरण और बिजली या चुंबकीय क्षेत्र के रूप में बाहरी परिस्थितियों के लिए वे अधीन हैं, पर निर्भर करता है का कार्य करते हैं कर रहे हैं।

आवर्त सारणी में, 14 अर्धचालक तत्व मौजूद हैं, जिनमें से सिलिकॉन, जर्मेनियम, सेलेनियम, कैडमियम, एल्यूमीनियम, गैलियम, बोरॉन, इंडियम और कार्बन बाहर खड़े हैं। सेमीकंडक्टर्स मध्यम विद्युत चालकता के साथ क्रिस्टलीय ठोस होते हैं, इसलिए उन्हें कंडक्टर और इन्सुलेटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

यदि उन्हें कंडक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो कुछ शर्तों के तहत वे विद्युत प्रवाह के संचलन की अनुमति देते हैं, लेकिन केवल एक दिशा में। इसके अलावा, वे प्रवाहकीय धातुओं के रूप में उच्च चालकता नहीं है।

अर्धचालक का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, विशेष रूप से ट्रांजिस्टर, डायोड और एकीकृत सर्किट जैसे घटकों के निर्माण के लिए। उनका उपयोग ऑप्टिकल सेंसर के लिए सहायक उपकरण या पूरक के रूप में भी किया जाता है, जैसे कि ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण, और विद्युत शक्ति संचरण प्रणालियों के लिए कुछ बिजली उपकरण।

वर्तमान में, घरेलू और औद्योगिक दोनों अनुप्रयोगों में दूरसंचार, नियंत्रण प्रणाली और सिग्नल प्रोसेसिंग के क्षेत्र में तकनीकी विकास के लिए इस प्रकार के तत्व का उपयोग किया जा रहा है।

प्रकार

विभिन्न प्रकार के अर्धचालक पदार्थ होते हैं, जो उन अशुद्धियों पर निर्भर करते हैं जो वे प्रस्तुत करते हैं और विभिन्न पर्यावरणीय उत्तेजनाओं के लिए उनकी शारीरिक प्रतिक्रिया होती है।

आंतरिक अर्धचालक

वे वे तत्व हैं जिनकी आणविक संरचना एक प्रकार के परमाणु से बनी होती है। इन प्रकार के आंतरिक अर्धचालकों में सिलिको और जर्मेनियम हैं।

आंतरिक अर्धचालकों की आणविक संरचना टेट्राहेड्रल है; अर्थात्, इसमें चार आसपास के परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन हैं, जैसा कि नीचे की छवि में प्रस्तुत किया गया है।

एक आंतरिक अर्धचालक के प्रत्येक परमाणु में 4 वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं; अर्थात्, प्रत्येक परमाणु के सबसे बाहरी आवरण में 4 इलेक्ट्रॉन परिक्रमा करते हैं। बदले में, इन इलेक्ट्रॉनों में से प्रत्येक आसन्न इलेक्ट्रॉनों के साथ बांड बनाता है।

इस तरह, प्रत्येक परमाणु में सबसे अधिक सतही परत में 8 इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनों और परमाणुओं के बीच एक ठोस बंधन बनता है जो क्रिस्टल जाली बनाते हैं।

इस विन्यास के कारण, इलेक्ट्रॉन संरचना के भीतर आसानी से नहीं जाते हैं। इस प्रकार, मानक स्थितियों के तहत, आंतरिक अर्धचालक एक इन्सुलेटर की तरह व्यवहार करते हैं।

हालांकि, आंतरिक अर्धचालक की चालकता जब भी तापमान बढ़ती है, तब से कुछ वैलेंस इलेक्ट्रॉन गर्मी ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और बांड से अलग होते हैं।

ये इलेक्ट्रॉन मुक्त इलेक्ट्रॉन बन जाते हैं और यदि विद्युत क्षमता में अंतर द्वारा ठीक से निर्देशित किया जाता है, तो क्रिस्टल जाली के भीतर विद्युत प्रवाह में योगदान कर सकते हैं।

इस मामले में, मुक्त इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में कूदते हैं और संभावित स्रोत (उदाहरण के लिए एक बैटरी) के सकारात्मक ध्रुव पर जाते हैं।

वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की गति आणविक संरचना में एक निर्वात को प्रेरित करती है, जो सिस्टम में एक सकारात्मक चार्ज द्वारा उत्पादित प्रभाव के समान है, यही कारण है कि उन्हें सकारात्मक चार्ज के वाहक के रूप में माना जाता है।

फिर, एक उल्टा प्रभाव होता है, क्योंकि कुछ इलेक्ट्रॉन चालन बैंड से वैलेंस शेल में प्रक्रिया में ऊर्जा जारी करने से गिर सकते हैं, जिसे पुनर्संयोजन कहा जाता है।

बाहरी अर्धचालक

वे आंतरिक कंडक्टरों के भीतर अशुद्धियों को शामिल करते हैं; यह ट्रिटेंट या पेंटावैलेंट तत्वों को शामिल करके है।

इस प्रक्रिया को डोपिंग के रूप में जाना जाता है और इसका उद्देश्य सामग्रियों की चालकता को बढ़ाना है, ताकि उनके भौतिक और विद्युत गुणों में सुधार हो सके।

किसी अन्य घटक के परमाणु के लिए एक आंतरिक अर्धचालक परमाणु को प्रतिस्थापित करके, दो प्रकार के बाहरी अर्धचालक प्राप्त किए जा सकते हैं, जो नीचे विस्तृत हैं।

पी-प्रकार अर्धचालक

इस मामले में, अशुद्धता एक त्रिगुट अर्धचालक तत्व है; यह है, इसकी वैलेंस शेल में तीन (3) इलेक्ट्रॉनों के साथ।

संरचना के भीतर घुसपैठ करने वाले तत्वों को डोपिंग तत्व कहा जाता है। पी-प्रकार अर्धचालक के लिए इन तत्वों के उदाहरण बोरोन (बी), गैलियम (गा) या इंडियम (इन) हैं।

एक आंतरिक इलेक्ट्रॉन को कम करके एक आंतरिक अर्धचालक के चार सहसंयोजक बंध बनाने के लिए, पी-प्रकार के अर्धचालक में गुम बंधन में अंतर होता है।

यह इलेक्ट्रॉनों का मार्ग बनाता है जो इस छेद के माध्यम से क्रिस्टलीय जाली से संबंधित नहीं होते हैं जो एक सकारात्मक चार्ज करता है।

बॉन्ड गैप के सकारात्मक चार्ज के कारण, इस प्रकार के कंडक्टर "पी" अक्षर द्वारा नामित किए जाते हैं और, परिणामस्वरूप, उन्हें इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में मान्यता दी जाती है।

बंधन में छेद के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह एक विद्युत प्रवाह का उत्पादन करता है जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों से प्राप्त वर्तमान के विपरीत दिशा में घूमता है।

एन प्रकार अर्धचालक

विन्यास में दखल देने वाला तत्व पेंटावैलेंट तत्वों द्वारा दिया गया है; वह है, जिनके वैलेंस बैंड में पांच (5) इलेक्ट्रॉन हैं।

इस स्थिति में, आंतरिक अर्धचालक में शामिल होने वाली अशुद्धियां फॉस्फोरस (पी), एंटीमनी (एसबी) या आर्सेनिक (एस) जैसे तत्व हैं।

डोपेंट में एक अतिरिक्त वैलेंस इलेक्ट्रॉन होता है, जिसके पास कोई सहसंयोजक बंधन नहीं होता है, जो स्वचालित रूप से क्रिस्टल जाली के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र है।

यहां, विद्युत प्रवाह डोपेंट द्वारा प्रदान किए गए मुक्त इलेक्ट्रॉनों के अधिशेष के लिए धन्यवाद सामग्री के माध्यम से प्रसारित होता है। इसलिए, एन-प्रकार अर्धचालक को इलेक्ट्रॉन दाता माना जाता है।

विशेषताएँ

अर्धचालकों को उनकी दोहरी कार्यक्षमता, ऊर्जा दक्षता, अनुप्रयोगों की विविधता और कम लागत की विशेषता है। अर्धचालकों की मुख्य विशेषताएं नीचे दी गई हैं।

- इसकी प्रतिक्रिया (प्रवाहकीय या इन्सुलेटिंग) वातावरण में प्रकाश, विद्युत क्षेत्रों और चुंबकीय क्षेत्रों के लिए तत्व की संवेदनशीलता के आधार पर भिन्न हो सकती है।

- यदि अर्धचालक को कम तापमान के अधीन किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में एकजुट रहेंगे और इसलिए, विद्युत प्रवाह के संचलन के लिए कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन उत्पन्न नहीं होंगे।

दूसरी ओर, यदि अर्धचालक उच्च तापमान के संपर्क में है, तो थर्मल कंपन तत्व के परमाणुओं के सहसंयोजक बंधन की ताकत को प्रभावित कर सकता है, जिससे विद्युत चालन के लिए मुक्त इलेक्ट्रॉनों को छोड़ दिया जा सकता है।

- अर्धचालकों की चालकता एक आंतरिक अर्धचालक के भीतर अशुद्धियों या डोपिंग तत्वों के अनुपात के आधार पर भिन्न होती है।

उदाहरण के लिए, यदि 10 बोरॉन परमाणुओं को एक लाख सिलिकॉन परमाणुओं में शामिल किया जाता है, तो यह अनुपात शुद्ध सिलिकॉन की चालकता की तुलना में यौगिक की चालकता को हजार गुना बढ़ा देता है।

- अर्धचालकों की चालकता 1 और 10 ^-6 S.cm ^{-1 के} बीच अंतराल में भिन्न होती है, जो उपयोग किए गए रासायनिक तत्व के प्रकार पर निर्भर करता है।

- कंपोजिट या एक्सट्रिंसिक अर्धचालकों में आंतरिक और इलेक्ट्रिकल गुण हो सकते हैं, जो आंतरिक सेमीकंडक्टर्स के गुणों से काफी बेहतर है। इसका एक उदाहरण गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) है, जिसका इस्तेमाल रेडियो फ्रीक्वेंसी और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक अनुप्रयोगों के अन्य उपयोगों में मुख्य रूप से किया जाता है।

अनुप्रयोग

अर्धचालक का उपयोग व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक तत्वों की विधानसभा में कच्चे माल के रूप में किया जाता है जो हमारे दैनिक जीवन का हिस्सा हैं, जैसे कि एकीकृत सर्किट।

एक एकीकृत सर्किट के मुख्य तत्वों में से एक ट्रांजिस्टर हैं। ये उपकरण एक विशिष्ट इनपुट सिग्नल के अनुसार आउटपुट सिग्नल (ऑसिलेटरी, एम्प्लीफाइड या रेक्टिफाइड) प्रदान करने का कार्य पूरा करते हैं।

इसके अतिरिक्त, अर्धचालक भी इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में उपयोग किए जाने वाले डायोड के लिए प्राथमिक सामग्री हैं जो विद्युत प्रवाह को केवल एक दिशा में पारित करने की अनुमति देते हैं।

डायोड डिजाइन के लिए, पी-टाइप और एन-टाइप एक्सट्रिंसिक सेमीकंडक्टर जंक्शन बनते हैं। इलेक्ट्रान डोनर और कैरियर तत्वों को अल्टरनेट करने से दोनों जोन के बीच एक बैलेंसिंग मैकेनिज्म सक्रिय होता है।

इस प्रकार, दोनों क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों और छेदों को एक दूसरे से अलग किया जाता है और जहां आवश्यक हो, एक दूसरे के पूरक होते हैं। यह दो तरह से होता है:

- एन-टाइप ज़ोन से पी ज़ोन में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण होता है। एन-टाइप ज़ोन मुख्य रूप से सकारात्मक चार्ज ज़ोन प्राप्त करता है।

- पी-टाइप ज़ोन से एन-टाइप ज़ोन तक इलेक्ट्रॉन-असर छेद का एक मार्ग है। पी-टाइप ज़ोन मुख्य रूप से नकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है।

अंत में, एक विद्युत क्षेत्र बनता है जो केवल एक दिशा में वर्तमान के संचलन को प्रेरित करता है; वह है, जोन एन से जोन पी तक।

इसके अलावा, आंतरिक और बाहरी अर्धचालकों के संयोजन का उपयोग करके ऐसे डिवाइस का उत्पादन किया जा सकता है जो एक वैक्यूम ट्यूब के समान कार्य करते हैं जिसमें इसकी मात्रा सैकड़ों गुना होती है।

इस प्रकार का अनुप्रयोग एकीकृत सर्किटों पर लागू होता है जैसे कि माइक्रोप्रोसेसर चिप्स जो विद्युत ऊर्जा की काफी मात्रा को कवर करते हैं।

अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में मौजूद होते हैं जिनका हम अपने दैनिक जीवन में उपयोग करते हैं, जैसे कि ब्राउन लाइन उपकरण जैसे टीवी, वीडियो प्लेयर, ध्वनि उपकरण; कंप्यूटर और सेल फोन।

उदाहरण

इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला सेमीकंडक्टर सिलिकॉन (Si) है। यह सामग्री उन उपकरणों में मौजूद है जो एकीकृत सर्किट बनाते हैं जो हमारे दैनिक जीवन का हिस्सा हैं।

सिलिकॉन जर्मेनियम मिश्र धातु (SiGe) का उपयोग उच्च गति के एकीकृत परिपथों में राडार और विद्युत उपकरणों के एम्पलीफायरों के लिए किया जाता है, जैसे कि इलेक्ट्रिक गिटार।

सेमीकंडक्टर का एक अन्य उदाहरण गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) है, जो सिग्नल एम्पलीफायरों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से उच्च लाभ और कम शोर स्तर वाले संकेतों के लिए।

संदर्भ

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