ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಎನ್ನದರೆ ಯಾವುದು?

ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಎಂದರೇನು?

ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನ

ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಹಾಗೆ ಒಂದು ಪದಾರ್ಥವು ಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳ ಮತ್ತು ಇನ್ಸುಲೇಟರ್ಗಳ ನಡುವೆ ಸಣ್ಣ ಕಾಂಡಕ್ಟಿವಿಟಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ರಾಸಾಯನಿಕವಾಗಿ ಶುದ್ಧವಾದ ಅಂದರೆ, ದೂಷಣ ಹೀನವಾದ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳನ್ನು ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು, ಅಥವಾ ಅನ್ಡೋಪ್ಡ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು ಅಥವಾ i-ಟೈಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾದ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು ಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ಮತ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Ge) ಆಗಿವೆ, ಇವು ಪರಿಯಾಯ ಟೇಬಲ್ನ ಗ್ರೂಪ್ IV ಗೆ ಸೇರಿದವು. Si ಮತ್ತು Ge ಯ ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆಗಳು 14 ಮತ್ತು 32, ಇದು ಅವರ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 ಮತ್ತು 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 ಎಂದು ನೀಡುತ್ತದೆ.

Si ಮತ್ತು Ge ಗಳಲ್ಲಿ ಉಚ್ಚತಮ ಶೆಲ್ ಅಥವಾ ವಾಲೆನ್ς ಶೆಲ್ ಗಳಲ್ಲಿ ನಾಲ್ಕು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿವೆ. ಈ ವಾಲೆನ್ಸ್ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳ ಕಾಂಡಕ್ಟಿವಿಟಿ ಗುಣಗಳ ಕಾರಣವಾಗಿವೆ.

ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ (ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಕೂಡ ಅದೇ ರೀತಿ) ನ ಕ್ರಿಸ್ಟಲ್ ಲಟ್ಟಿಸ್ ಚಿತ್ರ-1 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ಸಿ ಪರಮಾಣುವಿನ ವಾಲೆನ್ಸ್ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಣ್ಣ ಸಿ ಪರಮಾಣುವಿನ ವಾಲ್ನ್ಸ್ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕೂಡಿ ಒಂದು ಕೋವೇಲೆಂಟ್ ಬಾಂಡ್ ನ್ನು ರಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಯೋಜನೆ ಮಾಡಿದ ನಂತರ, ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ವತಂತ್ರ ಚಾರ್ಜ್ ಕೆರ್ನರ್ಗಳು, ಅದೇ ವಾಲೆನ್ಸ್ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಲಭ್ಯವಿಲ್ಲ. 0K ರಲ್ಲಿ, ವಾಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಪೂರ್ಣವಾಗಿದ್ದು, ಕಾಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಖಾಲಿಯಾಗಿದೆ. ಯಾವುದೇ ವಾಲೆನ್ಸ್ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಫಾರ್ಬಿಡೆನ್ ಎನರ್ಜಿ ಗ್ಯಾಪ್ ನ ಮೇಲೆ ಸಾಧ್ಯವಾದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದಿಲ್ಲ, ಇದರಿಂದ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು 0K ರಲ್ಲಿ ಇನ್ಸುಲೇಟರ್ ರೀತಿ ನಡೆಯುತ್ತವೆ.

ಆದರೆ, ಕಕ್ಷ್ಯಾ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ, ಥರ್ಮಲ್ ಶಕ್ತಿ ಕೆಲವು ಕೋವೇಲೆಂಟ್ ಬಾಂಡ್ ಗಳನ್ನು ತುಂಬಿಸಬಹುದು, ಇದರಿಂದ ಸ್ವತಂತ್ರ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ರಚಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಚಿತ್ರ-3a ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ರೀತಿ ಉತ್ಪನ್ನವಾದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಉತ್ಸಾಹವಾಗಿ ವಾಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಿಂದ ಕಾಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಗೆ ಸಾಗುತ್ತವೆ, ಶಕ್ತಿ ಬಾರಿಯನ್ನು ದೂರ ಮಾಡಿ (ಚಿತ್ರ-2b). ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಾಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಲ್ಲಿ ಒಂದು ಹೋಲ್ ಹಾಗೆ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿ ಉತ್ಪನ್ನವಾದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ಹೋಲ್ ಗಳನ್ನು ನೈಸರ್ಗಿಕ ಚಾರ್ಜ್ ಕೆರ್ನರ್ಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇವು ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪದಾರ್ಥದ ಕಾಂಡಕ್ಟಿವಿಟಿ ಗುಣಗಳನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ.

ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು ಕಕ್ಷ್ಯಾ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾಂಡಕ್ಟ್ ಮಾಡಬಹುದು, ಆದರೆ ಕೆಲವು ಚಾರ್ಜ್ ಕೆರ್ನರ್ಗಳ ಕಾರಣ ಅವು ಕಾಂಡಕ್ಟಿವಿಟಿ ಸ್ವಲ್ಪವಾದದು. ತಾಪಮಾನವು ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದಾಗ, ಹೆಚ್ಚು ಕೋವೇಲೆಂಟ್ ಬಾಂಡ್ ಗಳು ತುಂಬಿಸುತ್ತವೆ, ಇದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ವತಂತ್ರ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ರಚಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ವಾಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಿಂದ ಕಾಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಗೆ ಸಾಗುತ್ತವೆ, ಕಾಂಡಕ್ಟಿವಿಟಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ. ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ನಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ (ni) ಹೊಲ್ ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ (pi) ಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಈ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಗೆ ಒಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಫೀಲ್ಡ್ ಅನ್ವಯಿಸಿದಾಗ, ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಗಳು ಅದರ ಪ್ರಭಾವದ ಕಡೆ ಡ್ರಿಫ್ ಮಾಡಬಹುದು. ಇಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅನ್ವಯಿಸಿದ ಕ್ಷೇತ್ರದ ವಿರುದ್ಧ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ ಹಾಗೆ ಹೋಲ್ ಗಳು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಚಿತ್ರ-3b ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಇದರ ಅರ್ಥ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಹೋಲ್ ಗಳು ಪರಸ್ಪರ ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಏಕೆಂದರೆ, ಯಾವುದೇ ಪರಮಾಣುವಿನ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಎಡಕ್ಕೆ ಚಲಿಸಿ ಹೋಲ್ ಗೆ ಹೊಂದಿ ಅದರ ಸ್ಥಾನ ಖಾಲಿಯಾಗಿದ್ದಾಗ, ಸಣ್ಣ ಪರಮಾಣುವಿನ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅದರ ಸ್ಥಾನ ತುಂಬಿ ಅದೇ ಹೋಲ್ ಗೆ ಕೂಡುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಅದೇ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಅದು ತನ್ನ ಸ್ಥಾನದಲ್ಲಿ ಹೊರಗಿನ ಹೋಲ್ ಗೆ ಹೊಂದಿ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಹೋಲ್ ಗಳ ಚಲನೆ (ಇಲ್ಲದಿರುವ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಇಲ್ಲದಿರುವ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ) ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪದಾರ್ಥದಲ್ಲಿ ವೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು. ಈ ಎರಡು ಚಲನೆಗಳು, ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಇದ್ದು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ಮೊತ್ತಮಾದ ಕರಂಟ್ ನ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ.

ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಚಾರ್ಜ್ ಕೆರ್ನರ್ ಘನತೆಯನ್ನು ಗಣಿತಶಾಸ್ತ್ರವಾಗಿ ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಬಹುದು

ಇಲ್ಲಿ,

N c ಕಾಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಗೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮ ಅಂದಾಜಿತ ಸ್ಥಾನಗಳ ಘನತೆ.

Nv ವಾಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಗೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮ ಅಂದಾಜಿತ ಸ್ಥಾನಗಳ ಘನತೆ.

ಬೋಲ್ಟ್ಸ್ಮಾನ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ.

T ತಾಪಮಾನ.

EF ಫರ್ಮಿ ಶಕ್ತಿ.

Ev ವಾಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನ ಮಟ್ಟ.

Ec ಕಾಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನ ಮಟ್ಟ.

ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ.

mh ಹೋಲ್ ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ.

me ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ.