सेमीकंडक्टर सामग्री उदाहरण

विद्युत प्रवाह को संचालित करने की उनकी क्षमता के अनुसार, सामग्री को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: कंडक्टर, इंसुलेटर और सेमीकंडक्टर्स। कंडक्टरों का सबसे प्रमुख उदाहरण धातुएं हैं, जैसे तांबा क्यू, एल्यूमीनियम अल, और चांदी एजी; और इंसुलेटर पॉलिमर और ग्लास। तीसरे वर्ग पर आगे चर्चा की जाएगी: अर्धचालक।

अर्धचालकों के विद्युत गुण इंसुलेटर और कंडक्टरों में से हैं।सिलिकॉन सी और जर्मेनियम जीई अर्धचालकों के प्रसिद्ध उदाहरण हैं जिनका उपयोग अक्सर विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण में किया जाता है।. अर्धचालकों के विद्युत गुणों को परिमाण के कई क्रमों द्वारा बदला जा सकता है, सामग्री में विदेशी परमाणुओं की नियंत्रित मात्रा को जोड़कर।

अर्धचालक कम तापमान पर कुचालक की तरह व्यवहार करते हैं, लेकिन यदि इसे बढ़ा दिया जाए तो वे चालक के रूप में व्यवहार करते हैं। चालकता का यह द्वंद्व इस तथ्य के कारण है कि सामग्री के वैलेंस इलेक्ट्रॉन अपने संबंधित नाभिक से शिथिल रूप से बंधे होते हैं। परमाणु, लेकिन पर्याप्त नहीं, ताकि तापमान में वृद्धि उन्हें परमाणु को परमाणु जाली के माध्यम से प्रसारित करने के लिए छोड़ दे सामग्री। जैसे ही एक इलेक्ट्रॉन एक परमाणु को छोड़ता है, वह अपने स्थान पर एक छेद छोड़ देता है जिसे एक अन्य इलेक्ट्रॉन द्वारा भरा जा सकता है जो जाली में घूम रहा था।

यह पहले बताए गए रासायनिक तत्वों, सिलिकॉन सी और जर्मेनियम जीई का मामला है, जिनके अंतिम स्तर पर चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, अर्धचालक सामग्री में ऊर्जा जोड़ने के लिए, गर्मी हस्तांतरण के अलावा, प्रकाश लागू किया जा सकता है।

अर्धचालक पदार्थों के व्यवहार को बेहतर ढंग से समझने के लिए, बैंड के सिद्धांत का उपयोग किया जाएगा।

बैंड थ्योरी

 इसकी अवधारणा वालेंसिया बैंड, जो वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के पास संचित ऊर्जा है.

इसके अलावा, यह सिद्धांत. की परिभाषा को संभालता है चालन बैंड, ऊर्जा के रूप में एक साथ इलेक्ट्रॉनों को अपने परमाणुओं से वापस लेना पड़ता है। चालन बैंड में मौजूद इलेक्ट्रॉन सामग्री के माध्यम से प्रसारित हो सकते हैं यदि कोई विद्युत वोल्टेज होता है जो उन्हें दो बिंदुओं के बीच चलाता है।

दो बैंडों के आधार पर, कंडक्टर, इंसुलेटर और सेमीकंडक्टर के मामलों का अध्ययन किया जाएगा ताकि बाद के लिए एक परिप्रेक्ष्य हो।

एक कंडक्टर के लिए, वालेंसिया बैंड की ऊर्जा कंडक्शन बैंड के इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक होती है। इस तरह से बैंड ओवरलैप हो जाते हैं और कई वालेंसिया इलेक्ट्रॉनों को बहुत आसानी से चालन पर रखा जाता है, और इसलिए, बीच में घूमने के विकल्प के साथ।

दूसरी ओर, एक इन्सुलेटर के लिए, कंडक्शन बैंड की ऊर्जा वालेंसिया बैंड की ऊर्जा से बहुत अधिक है। यहां वालेंसिया बैंड और कंडक्शन बैंड के बीच एक गैप है, जिससे वालेंसिया इलेक्ट्रॉन कंडक्शन बैंड तक नहीं पहुंच सकते जो खाली होगा। यही कारण है कि इन्सुलेटर आचरण नहीं करता है। केवल उच्च तापमान पर ही ये पदार्थ प्रवाहकीय हो सकते हैं।

सेमीकंडक्टर्स के मामले में, कंडक्शन बैंड अभी भी वालेंसिया बैंड से बड़ा है, लेकिन दोनों के बीच का अंतर काफी छोटा है, ताकि एक ऊर्जावान वृद्धि के साथ, वालेंसिया इलेक्ट्रॉन कंडक्शन बैंड में कूद जाएं और माध्यम से प्रसारित हो सकें। जब एक इलेक्ट्रॉन वालेंसिया बैंड से कंडक्शन बैंड में कूदता है, तो यह वालेंसिया बैंड में एक अंडा छोड़ता है जिसे विद्युत प्रवाह का वाहक भी माना जाता है।

अर्धचालकों में, दो प्रकार के विद्युत प्रवाह वाहक प्रतिष्ठित होते हैं: नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन, और छेद, सकारात्मक चार्ज।

अर्धचालकों के प्रकार 

अर्धचालकों की शुद्धता के अनुसार दो वर्ग होते हैं। अर्धचालक पदार्थ अपनी शुद्ध अवस्था में आंतरिक अर्धचालक के रूप में जाने जाते हैं; और बाहरी अर्धचालक हैं, जो शुद्ध हैं लेकिन सूक्ष्म अनुपात में अशुद्धियों से दूषित हैं, जैसे प्रत्येक मिलियन में एक कण।

इस संदूषण प्रक्रिया को डोपिंग कहा जाता है, जो बदले में दो प्रकार से प्रकट होता है।

डोपिंग का पहला प्रकार टाइप N. है, जिसमें सामग्री वैलेंस 5 परमाणुओं से दूषित है, जैसे फास्फोरस पी, आर्सेनिक एएस, या एंटीमनी एसबी। की संरचना में पांचवें वैलेंस इलेक्ट्रॉन को शामिल करके टेट्रावेलेंट परमाणु, एक स्थिर साइट खोजने के बिना, अर्धचालक सामग्री के माध्यम से घूमने के लिए मजबूर होते हैं, बने रहें। इन त्रुटिपूर्ण इलेक्ट्रॉनों के समुच्चय को बहुसंख्यक इलेक्ट्रॉन कहा जाता है।

डोपिंग का दूसरा प्रकार है टाइप P, जिसमें अर्धचालक पदार्थ संयोजकता के परमाणुओं से दूषित होता है, जैसे बोरॉन बी, गैलियम गा, या इंडियम इन। यदि इस परमाणु को सामग्री में पेश किया जाता है, तो एक छेद बना रहता है जहां एक इलेक्ट्रॉन जाना चाहिए। सामग्री की संरचना के माध्यम से छेद आसानी से चलता है, जैसे कि यह सकारात्मक चार्ज का वाहक था। इस मामले में, छेद अधिकांश वाहक हैं।

अर्धचालक अनुप्रयोग: डायोड Di

डायोड एक इलेक्ट्रॉनिक घटक है जिसमें दो बाहरी अर्धचालक क्रिस्टल का मिलन होता है, एक प्रकार N और दूसरा प्रकार P। उनके साथ जुड़कर, अतिरिक्त एन-प्रकार के इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा पी-प्रकार के क्रिस्टल में जाता है, और पी-प्रकार के छिद्रों का हिस्सा एन-प्रकार के क्रिस्टल में जाता है। जंक्शन पर ट्रांज़िशन ज़ोन नामक एक पट्टी बनाई जाती है, जिसमें एक विद्युत क्षेत्र होता है जो a. की तरह व्यवहार करता है बैरियर जो ज़ोन N से ज़ोन P तक और ज़ोन P से ज़ोन में छिद्रों के अधिक इलेक्ट्रॉनों के पारित होने का विरोध करता है एन

जब डायोड को बैटरी से जोड़ा जाता है, तो दो अलग-अलग मामले होते हैं: फॉरवर्ड बायस और रिवर्स बायस।

प्रत्यक्ष ध्रुवीकरण में, सकारात्मक ध्रुव क्रिस्टल P से और ऋणात्मक ध्रुव क्रिस्टल N से जुड़ा होता है। यह संक्रमण क्षेत्र को बहुत संकरा बनाता है, अवरोध को तोड़ता है और धारा के मुक्त मार्ग की अनुमति देता है। इस स्थिति में डायोड प्रवाहकीय होता है।

प्रतिलोम ध्रुवण में धनात्मक ध्रुव क्रिस्टल N से और ऋणात्मक ध्रुव क्रिस्टल P से जुड़ता है। यह संक्रमण क्षेत्र को अधिक व्यापक बनाता है, जिससे अवरोध को मजबूत किया जाता है जो वर्तमान के पारित होने को रोकता है। इस मामले में, डायोड इन्सुलेट कर रहा है।

डायोड के अनुप्रयोग कई हैं। हालांकि, सबसे लोकप्रिय एप्लिकेशन वह है जो इसे रेक्टिफायर के रूप में उपयोग करता है। एक रेक्टिफायर एक प्रणाली है जो एक साइनसॉइडल अल्टरनेटिंग इनपुट सिग्नल को दूसरे में परिवर्तित करने में सक्षम है, जिसका अर्थ समान है, बाद में अल्टरनेटिंग करंट को डायरेक्ट करंट में बदलना। करंट को ठीक करने से पहले एक ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है जो वोल्टेज के मान को कम कर देता है।

सेमीकंडक्टर सामग्री के उदाहरण

जिस समूह में वे आवर्त सारणी में मौजूद हैं, ये अर्धचालक तत्वों के कुछ उदाहरण हैं:

ग्रुप IIIA: बोरॉन बी, एल्युमिनियम अल, गैलियम गा, इंडियम इन।

ग्रुप वैट: सिलिकॉन सी, जर्मेनियम जीई।

ग्रुप वीए: फास्फोरस पी, आर्सेनिक एएस, एंटीमनी एसबी।

समूह VIA: सल्फर एस, सेलेनियम से, टेल्यूरियम ते।