এন টাইপ সেমিকন্ডাক্টর কি?
এন টাইপ সেমিকন্ডাক্টরের সংজ্ঞা
একটি এন টাইপ সেমিকন্ডাক্টর হল এমন একটি সেমিকন্ডাক্টর যাতে পেন্টাভালেন্ট দূষণ যোগ করা হয়, যার ফলে মুক্ত ইলেকট্রন যোগ করে তার পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়।
এন টাইপ সেমিকন্ডাক্টর কি তা বুঝতে আগে আমাদের মৌলিক পরমাণু বিজ্ঞানের উপর দৃষ্টি দেওয়া দরকার। পরমাণুর লক্ষ্য হল তাদের বাইরের কক্ষে আটটি ইলেকট্রন থাকা, যাকে বলা হয় বালেন্স ইলেকট্রন। সব পরমাণুই এটি অর্জন করতে পারে না, তবে সবাই এই স্থিতিশীল অবস্থায় পৌঁছাতে চেষ্টা করে।
পরমাণুর বাইরের কক্ষের ইলেকট্রনকে বলা হয় বালেন্স ইলেকট্রন। যদি পরমাণুর বাইরের কক্ষে আটটি ইলেকট্রন না থাকে, তবে কক্ষে ইলেকট্রনের ঘাটতি অনুযায়ী খালি জায়গা থাকবে। এই খালি জায়গাগুলি সবসময় ইলেকট্রন গ্রহণের জন্য প্রস্তুত থাকে, যাতে পরমাণুর বাইরের কক্ষে আটটি ইলেকট্রন থাকে।
সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টরগুলি হল সিলিকন এবং জার্মেনিয়াম। সিলিকনে 14 টি ইলেকট্রন রয়েছে, যা 2, 8, 4 এ বিন্যস্ত, আর জার্মেনিয়ামে 32 টি ইলেকট্রন রয়েছে, যা 2, 8, 18, 4 এ বিন্যস্ত। উভয় সেমিকন্ডাক্টরের বাইরের কক্ষে চারটি ইলেকট্রন রয়েছে, যার ফলে চারটি ইলেকট্রনের জন্য খালি জায়গা থাকে।
সিলিকন বা জার্মেনিয়ামের চারটি বালেন্স ইলেকট্রন প্রতিবেশী পরমাণুর সাথে কোভেলেন্ট বন্ধন গঠন করে, খালি জায়গাগুলি পূরণ করে। আদর্শভাবে, সেমিকন্ডাক্টর ক্রিস্টালের সব বালেন্স ইলেকট্রন কোভেলেন্ট বন্ধনে জড়িত থাকে, তাই ক্রিস্টালে কোন মুক্ত ইলেকট্রন থাকা উচিত নয়।
কিন্তু এটি প্রকৃত ক্ষেত্রে এমন নয়। পরম শূন্য কেলভিন (0oK) তাপমাত্রায় ক্রিস্টালে কোন মুক্ত ইলেকট্রন থাকবে না, কিন্তু যখন তাপমাত্রা পরম শূন্য থেকে ঘরের তাপমাত্রায় বেড়ে যায়, তখন কোভেলেন্ট বন্ধনের বালেন্স ইলেকট্রনগুলি তাপীয় উত্তেজনায় বন্ধন থেকে বেরিয়ে আসে এবং ক্রিস্টালে মুক্ত ইলেকট্রন তৈরি করে। এই মুক্ত ইলেকট্রনগুলি পরম শূন্য তাপমাত্রার চেয়ে বেশি তাপমাত্রায় সেমিকন্ডাক্টর পদার্থের পরিবাহিতা কারণ করে।
পরম শূন্য তাপমাত্রার চেয়ে বেশি তাপমাত্রায় সেমিকন্ডাক্টরের পরিবাহিতা বৃদ্ধি করার একটি পদ্ধতি রয়েছে। এই পদ্ধতিকে বলা হয় দূষণ (doping)। এই পদ্ধতিতে পরিষ্কার বা ইনট্রিন্সিক সেমিকন্ডাক্টরে পেন্টাভালেন্ট দূষণ যেমন অ্যান্টিমোনি, আর্সেনিক এবং ফসফরাস যোগ করা হয়। এই দূষণ পরমাণুগুলি ক্রিস্টালের কিছু সেমিকন্ডাক্টর পরমাণুকে প্রতিস্থাপন করে এবং তাদের স্থান দখল করে। দূষণ পরমাণুগুলির বাইরের কক্ষে পাঁচটি বালেন্স ইলেকট্রন রয়েছে, যার চারটি চারটি প্রতিবেশী সেমিকন্ডাক্টর পরমাণুর সাথে কোভেলেন্ট বন্ধন গঠন করে।
দূষণ পরমাণুর একটি বালেন্স ইলেকট্রন কোভেলেন্ট বন্ধনে জড়িত হওয়ার সুযোগ পায় না এবং প্রধান দূষণ পরমাণুর সাথে কম বেশি বাঁধা থাকে। ঘরের তাপমাত্রায়, এই দূষণ পরমাণুর পাঁচ নম্বর বালেন্স ইলেকট্রনগুলি তাপীয় উত্তেজনায় তাদের স্থান থেকে বেরিয়ে আসতে পারে।
এই ঘটনার ফলে ক্রিস্টালে বেশ কিছু মুক্ত ইলেকট্রন থাকবে, তবে ঘরের তাপমাত্রায় তাপীয় উত্তেজনার কারণে কোভেলেন্ট বন্ধনের ভঙ্গ হওয়া থাকে। সেমিকন্ডাক্টর থেকে সেমিকন্ডাক্টর এবং সেমিকন্ডাক্টর থেকে দূষণ পরমাণু কোভেলেন্ট বন্ধনের ভঙ্গের ফলে তৈরি মুক্ত ইলেকট্রনগুলি ক্রিস্টালের মুক্ত ইলেকট্রনের মোট সংখ্যায় যোগ করে।
যদিও যখন সেমিকন্ডাক্টর থেকে সেমিকন্ডাক্টর কোভেলেন্ট বন্ধন ভেঙে যায়, তখন একটি খালি জায়গা তৈরি হয়, যাকে বলা হয় হোল। এই প্রতিটি হোল একটি নেগেটিভ ইলেকট্রনের পজিটিভ সমতুল্য হিসেবে বিবেচিত হয়, কারণ এটি একটি ইলেকট্রনের অভাবে তৈরি হয়। এখানে ইলেকট্রনগুলি প্রধান চার্জ বহনকারী। এন টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে মুক্ত ইলেকট্রন এবং হোল উভয়ই থাকে।
কিন্তু হোলের সংখ্যা ইলেকট্রনের তুলনায় অনেক কম, কারণ হোল শুধুমাত্র সেমিকন্ডাক্টর থেকে সেমিকন্ডাক্টর কোভেলেন্ট বন্ধনের ভঙ্গের ফলে তৈরি হয়, অন্যদিকে মুক্ত ইলেকট্রন দূষণ পরমাণুর স্বল্প বাঁধা পঞ্চম বালেন্স ইলেকট্রন এবং সেমিকন্ডাক্টর থেকে সেমিকন্ডাক্টর কোভেলেন্ট বন্ধনের ভঙ্গের ফলে তৈরি হয়।
অতএব, এন টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা >> হোলের সংখ্যা। এই কারণে মুক্ত ইলেকট্রনগুলিকে বলা হয় মুখ্য চার্জ বহনকারী, এবং হোলগুলিকে বলা হয় গৌণ চার্জ বহনকারী। যেহেতু নেগেটিভ চার্জ ইলেকট্রনগুলি প্রধানত এই সেমিকন্ডাক্টর দিয়ে চার্জ স্থানান্তর করে, তাই এটিকে নেগেটিভ টাইপ বা এন টাইপ সেমিকন্ডাক্টর বলা হয়। যদিও ক্রিস্টালে অনেক মুক্ত ইলেকট্রন থাকে, তবুও এটি তড়িৎ নিরপেক্ষ, কারণ প্রোটন এবং ইলেকট্রনের মোট সংখ্যা সমান।
