আন্তর্জালিক পরিবাহী কি?

ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টর কি?

ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টর সংজ্ঞা

সেমিকনডাক্টর হল এমন একটি পদার্থ যার পরিবাহিতা পরিবাহী ও অপরিবাহী পদার্থের মধ্যে অবস্থিত। যে সেমিকনডাক্টরগুলি রাসায়নিকভাবে শুদ্ধ, অর্থাৎ দূষণমুক্ত, তাদের ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টর বা অযোজিত সেমিকনডাক্টর বা i-ধরনের সেমিকনডাক্টর বলা হয়। সবচেয়ে সাধারণ ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টরগুলি হল সিলিকন (Si) এবং জার্মানিয়াম (Ge), যারা পিরিয়ডিক টেবিলের গ্রুপ IV-এ অবস্থিত। Si এবং Ge-এর পারমাণবিক সংখ্যা যথাক্রমে 14 এবং 32, যা তাদের ইলেকট্রনিক বিন্যাস যথাক্রমে 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 এবং 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 হিসাবে প্রদান করে।

Si এবং Ge-এর উভয়েরই তাদের বহির্বর্তী বা ভ্যালেন্স স্তরে চারটি ইলেকট্রন রয়েছে। এই ভ্যালেন্স ইলেকট্রনগুলি সেমিকনডাক্টরের পরিবাহিতা বৈশিষ্ট্যের জন্য দায়ী।

সিলিকনের (জার্মানিয়ামের জন্যও একই) দুই-মাত্রিক ক্রিস্টাল ল্যাটিস চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে। এখানে দেখা যায় যে, প্রতিটি Si পরমাণুর ভ্যালেন্স ইলেকট্রন প্রতিবর্তী Si পরমাণুর ভ্যালেন্স ইলেকট্রনের সাথে জোড়া বেঁধে একটি কোভেলেন্ট বন্ধন গঠন করে।

জোড়া বেঁধে ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টরগুলি মুক্ত চার্জ ক্যারিয়ার, যেমন ভ্যালেন্স ইলেকট্রন, অভাব প্রকাশ করে। 0K তাপমাত্রায়, ভ্যালেন্স ব্যান্ড পূর্ণ এবং পরিবাহী ব্যান্ড ফাঁকা থাকে। কোন ভ্যালেন্স ইলেকট্রনের যথেষ্ট শক্তি নেই যাতে নিষিদ্ধ শক্তি ফাঁক পেরিয়ে যেতে পারে, যার ফলে 0K তাপমাত্রায় ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টরগুলি অপরিবাহী হিসাবে আচরণ করে।

তবে, ঘরের তাপমাত্রায়, তাপীয় শক্তি কিছু কোভেলেন্ট বন্ধন ভেঙে দিতে পারে, যার ফলে মুক্ত ইলেকট্রন উৎপন্ন হয়, যা চিত্র 3a এ দেখানো হয়েছে। এই উৎপন্ন ইলেকট্রনগুলি উত্তেজিত হয় এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে পরিবাহী ব্যান্ডে যায়, শক্তি বাধা (চিত্র 2b) অতিক্রম করে। এই প্রক্রিয়ায় প্রতিটি ইলেকট্রন ভ্যালেন্স ব্যান্ডে একটি ছিদ্র পেছনে ফেলে যায়। এইভাবে উৎপন্ন ইলেকট্রন এবং ছিদ্রগুলিকে ইন্ট্রিনসিক চার্জ ক্যারিয়ার বলা হয় এবং ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টর পদার্থের পরিবাহিতা বৈশিষ্ট্যের জন্য দায়ী।

আলাদাভাবে, ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টরগুলি ঘরের তাপমাত্রায় পরিবাহিতা করতে পারে, কিন্তু কম সংখ্যক চার্জ ক্যারিয়ারের কারণে তাদের পরিবাহিতা কম। তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে, আরও কোভেলেন্ট বন্ধন ভেঙে যায়, যার ফলে আরও মুক্ত ইলেকট্রন উৎপন্ন হয়। এই ইলেকট্রনগুলি ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে পরিবাহী ব্যান্ডে যায়, পরিবাহিতা বৃদ্ধি করে। ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টরে ইলেকট্রন (ni) এবং ছিদ্র (pi) সংখ্যা সমান থাকে।

এমন একটি ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টরে তড়িৎক্ষেত্র প্রয়োগ করলে, ইলেকট্রন-ছিদ্র জোড়াগুলি তার প্রভাবে প্রবাহিত হতে পারে। এই ক্ষেত্রে, ইলেকট্রনগুলি প্রয়োগকৃত ক্ষেত্রের বিপরীত দিকে চলে, অন্যদিকে ছিদ্রগুলি তড়িৎক্ষেত্রের দিকে চলে, যা চিত্র 3b এ দেখানো হয়েছে। এটি বোঝায় যে, ইলেকট্রন এবং ছিদ্রগুলি যাত্রা করে পরস্পর বিপরীত দিকে। এটি এমন কারণে, যখন একটি পরমাণুর ইলেকট্রন বামদিকে যায়, তার স্থানে একটি ছিদ্র রেখে, পাশের পরমাণুর ইলেকট্রন সেই ছিদ্রের সাথে পুনর্যোজন করে সেই স্থান দখল করে। তবে এটি করার সময়, এটি তার স্থানে আরেকটি ছিদ্র রেখে যায়। এটি সেমিকনডাক্টর পদার্থে ছিদ্রগুলির (এই ক্ষেত্রে ডানদিকে) প্রবাহ হিসাবে দেখা যায়। এই দুটি প্রবাহ, যদিও দিকে বিপরীত, সেমিকনডাক্টর দিয়ে মোট বিদ্যুৎ প্রবাহের ফল হয়।

গাণিতিকভাবে, ইন্ট্রিনসিক সেমিকনডাক্টরে চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব নিম্নরূপ দেওয়া হয়:

এখানে,

Nc হল পরিবাহী ব্যান্ডের প্রভাবশালী অবস্থার ঘনত্ব।

Nv হল ভ্যালেন্স ব্যান্ডের প্রভাবশালী অবস্থার ঘনত্ব।

k হল বোল্টজম্যান ধ্রুবক।

T হল তাপমাত্রা।

EF হল ফার্মি শক্তি।

Ev হল ভ্যালেন্স ব্যান্ডের স্তর।

Ec হল পরিবাহী ব্যান্ডের স্তর।

h হল প্লাঙ্ক ধ্রুবক।

mh হল একটি ছিদ্রের প্রভাবশালী ভর।

me হল একটি ইলেকট্রনের প্রভাবশালী ভর।