किन्तु सिलिकन र विदेशी सिलिकन के हुन्?

आंतरिक रूप से सिलिकन र बाह्य रूप से सिलिकन के क्या हैं?

आंतरिक रूप से सिलिकन

सिलिकन एक महत्वपूर्ण अर्धचालक तत्व है। सिलिकन ग्रुप IV का पदार्थ है। इसके बाहरी कक्ष में चार वैलेन्स इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो चार आसन्न सिलिकन परमाणुओं के वैलेन्स इलेक्ट्रॉनों के साथ कोवेलेंट बंधों द्वारा बंधे होते हैं। ये वैलेन्स इलेक्ट्रॉन विद्युत के लिए उपलब्ध नहीं होते हैं। इसलिए, 0oK पर आंतरिक रूप से सिलिकन एक अचालक की तरह व्यवहार करता है। जब तापमान बढ़ता है, तो कुछ वैलेन्स इलेक्ट्रॉन तापीय ऊर्जा के कारण अपने कोवेलेंट बंधों को तोड़ देते हैं। यह एक रिक्त स्थान बनाता है, जिसे होल कहा जाता है, जहाँ इलेक्ट्रॉन था। दूसरे शब्दों में, 0oK से अधिक किसी भी तापमान पर, अर्धचालक अणु के कुछ वैलेन्स इलेक्ट्रॉनों को वैलेन्स बैंड से चालन बैंड में छलांग लगाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त होती है और वैलेन्स बैंड में एक होल छोड़ देते हैं। यह ऊर्जा लगभग 1.2 eV होती है, जो कक्ष में (300oK) सिलिकन की बैंड गैप ऊर्जा के बराबर है।

आंतरिक सिलिकन अणु में, होलों की संख्या मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। चूंकि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन जब कोवेलेंट बंध छोड़ता है, तो टूटे हुए बंध में एक होल योगदान देता है। एक निश्चित तापमान पर, तापीय ऊर्जा द्वारा नए इलेक्ट्रॉन-होल युग्म निरंतर बनते हैं, जबकि समान संख्या में युग्म फिर से मिल जाते हैं। इसलिए, एक निश्चित तापमान पर एक निश्चित आयतन में आंतरिक सिलिकन में इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों की संख्या समान रहती है। यह संतुलन की स्थिति है। इसलिए, स्पष्ट है कि संतुलन की स्थिति में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता n और होलों की सांद्रता p एक दूसरे के बराबर होती है, और यह आंतरिक आवेश वाहक सांद्रता (ni) है। अर्थात, n = p = ni। नीचे परमाणु संरचना दिखाई गई है।

0oK पर आंतरिक सिलिकन

कक्ष तापमान पर आंतरिक सिलिकन

बाह्य रूप से सिलिकन

जब आंतरिक सिलिकन को नियंत्रित मात्रा में डोपिंग यौगिकों से डोप किया जाता है, तो यह बाह्य रूप से सिलिकन में बदल जाता है। जब इसे दाता परमाणु (ग्रुप V तत्व) से डोप किया जाता है, तो यह एन-टाइप अर्धचालक बन जाता है और जब इसे स्वीकारक परमाणुओं (ग्रुप III तत्व) से डोप किया जाता है, तो यह पी-टाइप अर्धचालक बन जाता है।

जब आंतरिक सिलिकन क्रिस्टल में थोड़ी मात्रा में ग्रुप V तत्व जोड़ा जाता है, तो ग्रुप V तत्वों के उदाहरण फास्फोरस (P), आर्सेनिक (As), एंटिमोनी (Sb) और बिस्मथ (Bi) हैं। उनमें पाँच वैलेन्स इलेक्ट्रॉन होते हैं। जब वे एक Si परमाणु को विस्थापित करते हैं, तो चार वैलेन्स इलेक्ट्रॉन आसन्न परमाणुओं के साथ कोवेलेंट बंध बनाते हैं और पाँचवाँ इलेक्ट्रॉन, जो कोवेलेंट बंध बनाने में भाग नहीं लेता, परमाणु से आसानी से छूट जाता है। सिलिकन के लिए इस उद्देश्य के लिए, यानी पाँचवें इलेक्ट्रॉन को छोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा लगभग 0.05 eV है। इस प्रकार की विकृति को दाता कहा जाता है, क्योंकि यह सिलिकन क्रिस्टल को मुक्त इलेक्ट्रॉन योगदान देता है। सिलिकन को एन-टाइप या नकारात्मक टाइप सिलिकन के रूप में जाना जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक आवेशित कण हैं।

एन-टाइप सिलिकन में, फर्मी ऊर्जा स्तर चालन बैंड के करीब आता है। यहाँ मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या आंतरिक इलेक्ट्रॉन सांद्रता से बढ़ जाती है। दूसरी ओर, होलों की संख्या आंतरिक होल सांद्रता से कम हो जाती है, क्योंकि अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉन सांद्रता के कारण पुनर्योजीकरण की अधिक संभावना होती है। इलेक्ट्रॉन बहुल आवेश वाहक हैं।

पेंटावलेन्ट विकृति वाला बाह्य रूप से सिलिकन

जब आंतरिक अर्धचालक क्रिस्टल में थोड़ी मात्रा में ग्रुप III तत्व जोड़ा जाता है, तो वे सिलिकन परमाणु को विस्थापित करते हैं, ग्रुप III तत्व जैसे AI, B, IN में तीन वैलेन्स इलेक्ट्रॉन होते हैं। ये तीन इलेक्ट्रॉन आसन्न परमाणुओं के साथ कोवेलेंट बंध बनाते हैं और एक होल बनाते हैं। इस प्रकार के विकृति परमाणुओं को स्वीकारक कहा जाता है। अर्धचालक को पी-टाइप अर्धचालक के रूप में जाना जाता है, क्योंकि होल धनात्मक आवेशित माना जाता है।

त्रिवलेन्ट विकृति वाला बाह्य रूप से सिलिकन

पी-टाइप अर्धचालकों में, फर्मी ऊर्जा स्तर वैलेन्स बैंड के करीब आता है। होलों की संख्या बढ़ जाती है, जबकि इलेक्ट्रॉनों की संख्या आंतरिक सिलिकन की तुलना में कम हो जाती है। पी-टाइप अर्धचालकों में, होल बहुल आवेश वाहक हैं।

सिलिकन की आंतरिक वाहक सांद्रता

जब तापीय उत्तेजना के कारण वैलेन्स बैंड से चालन बैंड में इलेक्ट्रॉन छलांग लगाता है, तो दोनों बैंडों में मुक्त वाहक बनते हैं, जो चालन बैंड में इलेक्ट्रॉन और वैलेन्स बैंड में होल होते हैं। इन वाहकों की सांद्रता को आंतरिक वाहक सांद्रता कहा जाता है। व्यावहारिक रूप से, शुद्ध या आंतरिक सिलिकन क्रिस्टल में होल (p) और इलेक्ट्रॉन (n) की संख्या एक दूसरे के बराबर होती है, और वे आंतरिक वाहक सांद्रता ni के बराबर होते हैं। इसलिए, n = p = ni

इन वाहकों की संख्या बैंड गैप ऊर्जा पर निर्भर करती है। सिलिकन के लिए, बैंड गैप ऊर्जा 298oK पर 1.2 eV है, आंतरिक वाहक सांद्रता सिलिकन में तापमान के बढ़ने के साथ बढ़ती है। सिलिकन में आंतरिक वाहक सांद्रता निम्नलिखित द्वारा दी जाती है,

यहाँ, T = निरपेक्ष पैमाने में तापमान

300oK पर आंतरिक वाहक सांद्रता 1.01 × 1010 cm-3 है। लेकिन पहले स्वीकार्य मूल्य 1.5 × 1010 cm-3 है।