কি হল ইন্ট্রিনসিক সিলিকন এবং এক্সট্রিনসিক সিলিকন?

অন্তর্নিহিত সিলিকন এবং বহির্নিহিত সিলিকন কী?

অন্তর্নিহিত সিলিকন

সিলিকন একটি গুরুত্বপূর্ণ অর্ধপরিবাহী উপাদান। সিলিকন গ্রুপ IV উপাদান। এর বাইরের কক্ষে চারটি মূল ইলেকট্রন রয়েছে, যা চারটি পাশের সিলিকন পরমাণুর মূল ইলেকট্রনগুলির সাথে কোভেলেন্ট বন্ধনে আবদ্ধ। এই মূল ইলেকট্রনগুলি বৈদ্যুতিক জন্য উপলব্ধ নয়। তাই, 0oK তাপমাত্রায় অন্তর্নিহিত সিলিকন একটি অপরিবাহীর মতো আচরণ করে। যখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন কিছু মূল ইলেকট্রন তাপশক্তির কারণে তাদের কোভেলেন্ট বন্ধন ভেঙে যায়। এটি একটি খালি জায়গা তৈরি করে, যা একটি ছিদ্র নামে পরিচিত, যেখানে ইলেকট্রন ছিল। অন্য কথায়, 0oK-এর চেয়ে বড় যেকোনো তাপমাত্রায়, অর্ধপরিবাহী পাথরের কিছু মূল ইলেকট্রন যথেষ্ট শক্তি অর্জন করে মূল ব্যান্ড থেকে পরিবাহী ব্যান্ডে যায় এবং মূল ব্যান্ডে একটি ছিদ্র ফেলে যায়। এই শক্তি প্রায় 1.2 eV, যা ঘরের তাপমাত্রায় (300oK) সিলিকনের ব্যান্ড গ্যাপ শক্তির সমান।

অন্তর্নিহিত সিলিকন পাথরে, ছিদ্রের সংখ্যা মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যার সমান। কারণ প্রতিটি ইলেকট্রন যখন কোভেলেন্ট বন্ধন ছাড়ে, তখন ভাঙা বন্ধনে একটি ছিদ্র তৈরি হয়। নির্দিষ্ট তাপমাত্রায়, তাপশক্তি দ্বারা নতুন ইলেকট্রন-ছিদ্র জোড়া নিয়মিতভাবে তৈরি হয়, এবং সমান সংখ্যক জোড়া পুনর্মিলিত হয়। তাই, নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট আয়তনের অন্তর্নিহিত সিলিকনে ইলেকট্রন-ছিদ্র জোড়ার সংখ্যা একই থাকে। এটি একটি সাম্যাবস্থা শর্ত। তাই, এটি স্পষ্ট যে, সাম্যাবস্থায়, মুক্ত ইলেকট্রনের ঘনত্ব n এবং ছিদ্রের ঘনত্ব p পরস্পর সমান, এবং এটি অন্তর্নিহিত চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব (ni)। অর্থাৎ, n = p = ni। পরমাণু গঠন নিম্নে দেখানো হল।

0oK তাপমাত্রায় অন্তর্নিহিত সিলিকন

ঘরের তাপমাত্রায় অন্তর্নিহিত সিলিকন

বহির্নিহিত সিলিকন

অন্তর্নিহিত সিলিকনকে নিয়ন্ত্রিত পরিমাণে দোষ যোগ করলে বহির্নিহিত সিলিকনে পরিণত করা যায়। এটি দাতা পরমাণু (গ্রুপ V উপাদান) দিয়ে দোষ করা হলে এটি n-ধরনের অর্ধপরিবাহী হয় এবং যখন এটি গ্রহণকারী পরমাণু (গ্রুপ III উপাদান) দিয়ে দোষ করা হলে এটি p-ধরনের অর্ধপরিবাহী হয়।

অন্তর্নিহিত সিলিকন পাথরে একটি ক্ষুদ্র পরিমাণ গ্রুপ V উপাদান যোগ করা হলে, গ্রুপ V উপাদানের উদাহরণ হল ফসফরাস (P), আর্সেনিক (As), অ্যান্টিমোনি (Sb) এবং বিসমাথ (Bi)। তারা পাঁচটি মূল ইলেকট্রন রয়েছে। যখন তারা একটি Si পরমাণুকে প্রতিস্থাপন করে, চারটি মূল ইলেকট্রন পাশের পরমাণুগুলির সাথে কোভেলেন্ট বন্ধন তৈরি করে এবং পঞ্চম ইলেকট্রন, যা কোভেলেন্ট বন্ধন গঠনে অংশগ্রহণ করে না, পিতৃ পরমাণুর সাথে শিথিলভাবে সংযুক্ত থাকে এবং সহজেই পরমাণু থেকে মুক্ত হয়ে যায়। এই প্রক্রিয়ায় প্রয়োজনীয় শক্তি, অর্থাৎ পঞ্চম ইলেকট্রন মুক্ত করার জন্য, প্রায় 0.05 eV। এই প্রকার দোষকে দাতা নামে অভিহিত করা হয়, কারণ এটি সিলিকন পাথরে মুক্ত ইলেকট্রন যোগ করে। সিলিকনকে n-ধরন বা নেতিবাচক ধরনের সিলিকন বলা হয়, কারণ ইলেকট্রন নেতিবাচক চার্জযুক্ত কণা।

n-ধরনের সিলিকনে ফার্মি শক্তির স্তর পরিবাহী ব্যান্ডের কাছাকাছি সরে যায়। এখানে মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা অন্তর্নিহিত ইলেকট্রনের ঘনত্বের চেয়ে বেশি হয়। অন্যদিকে, ছিদ্রের সংখ্যা অন্তর্নিহিত ছিদ্রের ঘনত্বের চেয়ে কম হয়, কারণ মুক্ত ইলেকট্রনের ঘনত্ব বেশি হওয়ায় পুনর্মিলনের সম্ভাবনা বেশি হয়। ইলেকট্রন বেশিরভাগ চার্জ ক্যারিয়ার।

পেন্টাভালেন্ট দোষযুক্ত বহির্নিহিত সিলিকন

যদি একটি ক্ষুদ্র পরিমাণ গ্রুপ III উপাদান অন্তর্নিহিত অর্ধপরিবাহী পাথরে যোগ করা হয়, তাহলে তারা একটি সিলিকন পরমাণুকে প্রতিস্থাপন করে, গ্রুপ III উপাদান যেমন AI, B, IN তিনটি মূল ইলেকট্রন রয়েছে। এই তিনটি ইলেকট্রন পাশের পরমাণুগুলির সাথে কোভেলেন্ট বন্ধন তৈরি করে এবং একটি ছিদ্র তৈরি করে। এই প্রকার দোষ পরমাণুকে গ্রহণকারী বলা হয়। অর্ধপরিবাহীকে p-ধরনের অর্ধপরিবাহী বলা হয়, কারণ ছিদ্র ধনাত্মক চার্জযুক্ত বলে ধরা হয়।

ট্রাইভালেন্ট দোষযুক্ত বহির্নিহিত সিলিকন

p-ধরনের অর্ধপরিবাহীতে ফার্মি শক্তির স্তর মূল ব্যান্ডের কাছাকাছি সরে যায়। ছিদ্রের সংখ্যা বেড়ে যায়, যেখানে ইলেকট্রনের সংখ্যা অন্তর্নিহিত সিলিকনের তুলনায় কমে যায়। p-ধরনের অর্ধপরিবাহীতে, ছিদ্র বেশিরভাগ চার্জ ক্যারিয়ার।

সিলিকনের অন্তর্নিহিত চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব

যখন একটি ইলেকট্রন তাপশক্তির কারণে মূল ব্যান্ড থেকে পরিবাহী ব্যান্ডে ঝাঁপিয়ে পড়ে, তখন উভয় ব্যান্ডে মুক্ত ক্যারিয়ার তৈরি হয়, যা পরিবাহী ব্যান্ডে ইলেকট্রন এবং মূল ব্যান্ডে ছিদ্র। এই ক্যারিয়ারগুলির ঘনত্বকে অন্তর্নিহিত চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব বলা হয়। প্রায় শুদ্ধ বা অন্তর্নিহিত সিলিকন পাথরে, ছিদ্র (p) এবং ইলেকট্রন (n) পরস্পর সমান, এবং তারা অন্তর্নিহিত চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব (ni) এর সমান। তাই, n = p = ni

এই ক্যারিয়ারগুলির সংখ্যা ব্যান্ড গ্যাপ শক্তির উপর নির্ভর করে। সিলিকনের জন্য, ব্যান্ড গ্যাপ শক্তি 298oK তাপমাত্রায় 1.2 eV, অন্তর্নিহিত চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব তাপমাত্রার বৃদ্ধির সাথে বৃদ্ধি পায়। সিলিকনের অন্তর্নিহিত চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব নিম্নরূপ দেওয়া হয়,

এখানে, T = পরম স্কেলে তাপমাত্রা

300oK তাপমাত্রায় অন্তর্নিহিত চার্জ ক্যারিয়ার ঘনত্ব 1.01 × 1010 cm-3। কিন্তু পূর্বে গৃহীত মান 1.5 × 1010 cm-3 ছিল।