N प्रकार का अर्धचालक क्या है?
N प्रकार के अर्धचालक की परिभाषा
एन-प्रकार का अर्धचालक एक ऐसा अर्धचालक होता है जिसमें पंचवलेन्ट विकारकों से डोपिंग की जाती है ताकि मुक्त इलेक्ट्रॉनों को जोड़कर इसकी चालकता बढ़ाई जा सके।
एन-प्रकार के अर्धचालक को समझने से पहले हमें बुनियादी परमाणु विज्ञान पर ध्यान देना चाहिए। परमाणुओं का लक्ष्य अपने सबसे बाहरी कक्ष (वैलेंस इलेक्ट्रॉन) में आठ इलेक्ट्रॉन होना होता है। सभी परमाणु इसे पूरा नहीं कर पाते, लेकिन सभी परमाणु इस स्थिर विन्यास तक पहुंचने की कोशिश करते हैं।
परमाणु के सबसे बाहरी कक्ष में इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। यदि परमाणु के सबसे बाहरी कक्ष में आठ इलेक्ट्रॉन नहीं हैं, तो कक्ष में इलेक्ट्रॉनों की कमी के अनुसार खाली स्थान होंगे। ये खाली स्थान हमेशा इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करने के लिए तैयार रहते हैं ताकि परमाणु के सबसे बाहरी कक्ष में आठ इलेक्ट्रॉन पूरे हों।
सबसे आम रूप से उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक सिलिकॉन और जर्मेनियम हैं। सिलिकॉन के 14 इलेक्ट्रॉन 2, 8, 4 क्रम में होते हैं, जबकि जर्मेनियम के 32 इलेक्ट्रॉन 2, 8, 18, 4 क्रम में होते हैं। दोनों अर्धचालकों में अपने सबसे बाहरी कक्ष में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो चार अधिक इलेक्ट्रॉनों के लिए खाली स्थान छोड़ते हैं।
सिलिकॉन या जर्मेनियम के प्रत्येक चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन अपने पड़ोसी परमाणुओं के साथ एक सहसंयोजी बंध बनाते हैं, खाली स्थान भरते हैं। आदर्श रूप से, अर्धचालक क्रिस्टल में सभी वैलेंस इलेक्ट्रॉन सहसंयोजी बंधों में शामिल होते हैं, इसलिए क्रिस्टल में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होना चाहिए।
लेकिन यह वास्तविक स्थिति नहीं है। निरपेक्ष 0o केल्विन पर क्रिस्टल में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होगा, लेकिन जब तापमान निरपेक्ष शून्य से कमरे के तापमान तक बढ़ता है, तो बंधों में वैलेंस इलेक्ट्रॉन तापीय रूप से उत्तेजित होते हैं और बंध से बाहर निकलते हैं और क्रिस्टल में एक संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करते हैं। ये मुक्त इलेक्ट्रॉन निरपेक्ष शून्य से अधिक किसी भी तापमान पर अर्धचालक सामग्रियों की चालकता का कारण बनते हैं।
निरपेक्ष शून्य से अधिक किसी भी तापमान पर अर्धचालकों की चालकता बढ़ाने की एक विधि है। इस विधि को डोपिंग कहा जाता है। इस विधि में शुद्ध या आंतरिक अर्धचालक को एंटिमोनी, आर्सेनिक और फॉस्फोरस जैसे पंचवलेन्ट विकारकों से डोपित किया जाता है। ये विकारक परमाणु अर्धचालक के कुछ परमाणुओं को क्रिस्टल में प्रतिस्थापित करते हैं और उनकी जगह लेते हैं। चूंकि विकारक परमाणुओं के सबसे बाहरी कक्ष में पांच वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, इनमें से चार चार आसन्न अर्धचालक परमाणुओं के साथ सहसंयोजी बंध बनाते हैं।
विकारक परमाणु का एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन सहसंयोजी बंध में शामिल नहीं होता और अपने माता-पिता विकारक परमाणु से अधिक ढीला बंधित होता है। कमरे के तापमान पर, ये ढीले बंधित पांचवाँ वैलेंस इलेक्ट्रॉन तापीय उत्तेजना के कारण अपनी स्थिति से बाहर निकल सकते हैं।
इस परिघटना के कारण, क्रिस्टल में एक उल्लेखनीय संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन होंगे, लेकिन फिर भी, कमरे के तापमान पर तापीय उत्तेजना के कारण क्रिस्टल में सहसंयोजी बंधों का विघटन होता है। सहसंयोजी बंधों के विघटन से उत्पन्न मुक्त इलेक्ट्रॉनों के अलावा, अर्धचालक से अर्धचालक और अर्धचालक से विकारक सहसंयोजी बंधों के विघटन से उत्पन्न मुक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण क्रिस्टल में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या होती है।
हालांकि, जब भी एक सहसंयोजी बंध के विघटन से एक मुक्त इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होता है, तो विघटित बंध में एक रिक्त स्थान बनता है। इन रिक्त स्थानों को छेद कहा जाता है। प्रत्येक छेद एक नकारात्मक इलेक्ट्रॉन के धनात्मक समकक्ष माना जाता है क्योंकि यह एक इलेक्ट्रॉन की कमी के कारण उत्पन्न होता है। यहाँ इलेक्ट्रॉन मुख्य चालक आवेश वाहक हैं। एन-प्रकार के अर्धचालक में मुक्त इलेक्ट्रॉन और छेद दोनों होते हैं।
लेकिन छेदों की संख्या इलेक्ट्रॉनों की संख्या से बहुत कम होती है क्योंकि छेद केवल अर्धचालक से अर्धचालक सहसंयोजी बंध के विघटन से उत्पन्न होते हैं, जबकि मुक्त इलेक्ट्रॉन विकारक परमाणुओं के ढीले बंधित गैर-बंधित पांचवें वैलेंस इलेक्ट्रॉन और अर्धचालक से अर्धचालक सहसंयोजी बंधों के विघटन से उत्पन्न होते हैं।
इसलिए, एन-प्रकार के अर्धचालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या >> छेदों की संख्या। इसलिए एन-प्रकार के अर्धचालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को बहुसंख्या वाहक और छेदों को अल्पसंख्या वाहक कहा जाता है। चूंकि ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन मुख्य रूप से इस अर्धचालक के माध्यम से आवेश स्थानांतरण में शामिल होते हैं, इसे नकारात्मक प्रकार या एन-प्रकार का अर्धचालक कहा जाता है। हालांकि क्रिस्टल में बहुत सारे मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, फिर भी यह विद्युतीय रूप से तटस्थ होता है क्योंकि प्रोटोनों की कुल संख्या और इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या बराबर होती है।
