کیا اینٹرینزک سیمی کنڈکٹر ہے؟

اینٹرینسک سیمی کانڈکٹر کیا ہے؟

اینٹرینسک سیمی کانڈکٹر کی تعریف

سیمی کانڈکٹر وہ مادہ ہوتا ہے جس کی موصلیت کانڈکٹرز اور آنسولیٹرز کے درمیان رہتی ہے۔ کیمیائی طور پر خالص، یعنی ناخالصیوں سے پاک، سیمی کانڈکٹروں کو اینٹرینسک سیمی کانڈکٹرز یا انڈوپڈ سیمی کانڈکٹرز یا آئی-ٹائپ سیمی کانڈکٹرز کہا جاتا ہے۔ سب سے عام اینٹرینسک سیمی کانڈکٹرز سلیکون (Si) اور جرمینیم (Ge) ہیں، جو فرقی جدول کے گروپ IV کے تحت آतے ہیں۔ Si اور Ge کے ایٹمک نمبر 14 اور 32 ہیں، جس کے باعث ان کی الیکٹرانک کنفیگریشن ک्रم شکل 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 اور 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 ہوتی ہے۔

Si اور Ge دونوں کے بیرونی یا والینس شیل میں چار الیکٹران ہوتے ہیں۔ یہ والینس الیکٹران سیمی کانڈکٹرز کی موصلیت کی خصوصیات کے لیے ذمہ دار ہوتے ہیں۔

سلیکون (جرمینیم کے لیے بھی یہی ہے) کا کریسٹل لیٹس دو بُعد میں فگر 1 میں دکھایا گیا ہے۔ یہاں دیکھا جاتا ہے کہ ہر Si ایٹم کے والینس الیکٹران کے قریب والے Si ایٹم کے والینس الیکٹران کے ساتھ کووالنٹ بانڈ بناتے ہیں۔

پیرنگ کے بعد، اینٹرینسک سیمی کانڈکٹروں میں آزاد کارج کیریئرز کی کمی ہوتی ہے، جو والینس الیکٹران ہوتے ہیں۔ 0K پر، والینس بینڈ میں پورا ہوتا ہے اور موصلیت بینڈ خالی ہوتا ہے۔ کوئی والینس الیکٹران کافی توانائی کا حامل نہیں ہوتا جو ممنوعہ توانائی کے فاصلے کو عبور کرنے کے قابل ہو سکے، جس کی وجہ سے اینٹرینسک سیمی کانڈکٹرز 0K پر آنسولیٹرز کی طرح کام کرتے ہیں۔

تاہم، کمرے کی درجہ حرارت پر، حرارتی توانائی کچھ کووالنٹ بانڈوں کو توڑ سکتی ہے، جس سے آزاد الیکٹران کی پیداوار ہوتی ہے جیسے فگر 3a میں دکھایا گیا ہے۔ پیدا ہونے والے الیکٹران بھیجا ہوتے ہیں اور والینس بینڈ سے موصلیت بینڈ میں منتقل ہوتے ہیں، توانائی کے حائل کو عبور کرتے ہوئے (فگر 2b)۔ اس عمل کے دوران ہر الیکٹران والینس بینڈ میں ایک سوراخ چھوڑ دیتا ہے۔ اس طرح پیدا ہونے والے الیکٹران اور سوراخ کو اینٹرینسک کارج کیریئرز کہا جاتا ہے جو اینٹرینسک سیمی کانڈکٹر میں موصلیت کی خصوصیات کو ظاہر کرتے ہیں۔

اگرچہ اینٹرینسک سیمی کانڈکٹرز کمرے کی درجہ حرارت پر موصلیت کر سکتے ہیں، لیکن ان کی موصلیت کم ہوتی ہے کیونکہ کارج کیریئرز کم ہوتے ہیں۔ جب درجہ حرارت بڑھتا ہے، تو زیادہ کووالنٹ بانڈ توڑ ہوتے ہیں، جس سے زیادہ آزاد الیکٹران پیدا ہوتے ہیں۔ یہ الیکٹران والینس بینڈ سے موصلیت بینڈ میں منتقل ہوتے ہیں، جس سے موصلیت میں اضافہ ہوتا ہے۔ اینٹرینسک سیمی کانڈکٹر میں الیکٹران (ni) کی تعداد ہمیشہ سوراخ (pi) کی تعداد کے برابر ہوتی ہے۔

ایسے اینٹرینسک سیمی کانڈکٹر پر الیکٹرک فیلڈ لاگو کرنے پر، الیکٹران-سوراخ جوڑے اس کے اثر میں ڈریفت کر سکتے ہیں۔ اس صورتحال میں، الیکٹران لاگو کردہ میدان کے متضاد سمت میں حرکت کرتے ہیں جبکہ سوراخ الیکٹرک میدان کی سمت میں حرکت کرتے ہیں جیسے فگر 3b میں دکھایا گیا ہے۔ یہ مطلب ہے کہ الیکٹران اور سوراخ کی حرکت کی سمت ایک دوسرے کے متضاد ہوتی ہے۔ کیونکہ، جب کسی خاص ایٹم کا الیکٹران کہیں بائیں جانب حرکت کرتا ہے اور اپنی جگہ پر سوراخ چھوڑ دیتا ہے، تو پڑوسی ایٹم کا الیکٹران اس جگہ پر آتے ہوئے اس سوراخ کے ساتھ ریکمبائن کرتا ہے۔ لیکن اس کے دوران، یہ ایک اور سوراخ چھوڑ دیتا ہے۔ یہ سوراخ (اس صورتحال میں دائیں جانب) سیمی کانڈکٹر میں حرکت کیا جا سکتا ہے۔ یہ دو حرکت، جو سمت میں متضاد ہوتی ہیں، سیمی کانڈکٹر کے ذریعے کل کرنٹ کے فلو کا نتیجہ دیتی ہیں۔

ریاضیاتی طور پر اینٹرینسک سیمی کانڈکٹرز میں کارج کیریئرز کی گنجائش کو دیا گیا ہے

یہاں،

Nc موصلیت بینڈ میں موثر گنجائش ہے۔

Nv والینس بینڈ میں موثر گنجائش ہے۔

Boltzmann ثابت ہے۔

T درجہ حرارت ہے۔

EF Fermi توانائی ہے۔

Ev والینس بینڈ کا سطح ہے۔

Ec موصلیت بینڈ کا سطح ہے۔

Planck ثابت ہے۔

mh سوراخ کا موثر وزن ہے۔

me الیکٹران کا موثر وزن ہے۔