N प्रकारको सेमीकंडक्टर के हो?
N प्रकारको सेमीकंडक्टरको परिभाषा
N प्रकारको सेमीकंडक्टरलाई पेन्टावलेन्ट अपशुद्धताहरूसँग डोपिङ गरी बनाइन्छ जसले मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू थप्दै यसको चालकता वृद्धि गर्छ।
N प्रकारको सेमीकंडक्टर के हो भन्ने बुझ्न आवश्यक छ, त्यसैले हामी आधारभूत परमाणु विज्ञानमा ध्यान दिनुपर्छ। परमाणुहरूले आफ्नो बाहिरी कक्षमा आठ इलेक्ट्रॉनहरू राख्न चाहन्छन्, जसलाई वेलेन्स इलेक्ट्रॉनहरू भनिन्छ। सबै परमाणुहरूले यो प्राप्त गर्न सक्दैनन् तर यस स्थिर रचनामा पुग्नको लागि सबैजना प्रयास गर्दछन्।
परमाणुको बाहिरी कक्षमा रहेका इलेक्ट्रॉनहरूलाई वेलेन्स इलेक्ट्रॉनहरू भनिन्छ। यदि परमाणुको बाहिरी कक्षमा आठ इलेक्ट्रॉनहरू छैन भने, कक्षमा इलेक्ट्रॉनहरूको अभावको अनुसार त्यत रिक्तिहरू रहन्छन्। यी रिक्तिहरू सधैं इलेक्ट्रॉनहरूलाई स्वीकार गर्न तयार रहन्छन् जसले परमाणुको बाहिरी कक्षमा आठ इलेक्ट्रॉनहरू पूरा गर्छ।
सामान्यतया प्रयोग गरिने सेमीकंडक्टरहरू सिलिकन र जर्मनियम हुन्छन्। सिलिकनमा 14 इलेक्ट्रॉनहरू 2, 8, 4 रूपमा व्यवस्थित छन्, र जर्मनियममा 32 इलेक्ट्रॉनहरू 2, 8, 18, 4 रूपमा व्यवस्थित छन्। दुवै सेमीकंडक्टरहरूको बाहिरी कक्षमा चार इलेक्ट्रॉनहरू छन्, जसले अर्को चार इलेक्ट्रॉनहरूको लागि रिक्तिहरू छोड्छन्।
सिलिकन वा जर्मनियमको चार वेलेन्स इलेक्ट्रॉनहरूले आफ्नो आसन्न परमाणुहरूसँग कोवालेन्ट बन्ध गठन गर्दछन्, रिक्तिहरू पूरा गर्दछन्। आदर्श रूपमा, सेमीकंडक्टर क्रिस्टलमा बसेका सबै वेलेन्स इलेक्ट्रॉनहरूले कोवालेन्ट बन्धमा शामिल हुन्छन्, त्यसैले क्रिस्टलमा कुनै मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू हुनुपर्दैन।
तर यो वास्तविक स्थिति छैन। निरपेक्ष 0o केल्विनमा क्रिस्टलमा कुनै मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू छैन, तर जब तापक्रम निरपेक्ष शून्यबाट रूम तापक्रममा बढ्दै जान्छ, त्यसपछि बन्धमा रहेका वेलेन्स इलेक्ट्रॉनहरू ऊष्मीय उत्तेजनाद्वारा बन्धबाट बाहिर आउँछन् र क्रिस्टलमा धेरै मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू उत्पन्न गर्छन्। यी मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू निरपेक्ष शून्य भन्दा उच्च तापक्रममा सेमीकंडक्टर सामग्रिको चालकता उत्पन्न गर्छन्।
निरपेक्ष शून्य भन्दा उच्च तापक्रममा सेमीकंडक्टरको चालकता बढाउने एक विधि छ, यसलाई डोपिङ भनिन्छ। यस विधिमा शुद्ध वा इन्ट्रिन्सिक सेमीकंडक्टरलाई पेन्टावलेन्ट अपशुद्धताहरू जस्तै एन्टिमोनी, आर्सेनिक र फास्फोरससँग डोपिङ गरिन्छ। यी अपशुद्धता परमाणुहरूले क्रिस्टलमा केही सेमीकंडक्टर परमाणुहरूको ठाउँ लिन्छन् र आफ्नो ठाउँ लिन्छन्। यदि अपशुद्धता परमाणुहरूको बाहिरी कक्षमा पाँच वेलेन्स इलेक्ट्रॉनहरू छन् भने, त्यसपैकी चारले आफ्नो आसन्न सेमीकंडक्टर परमाणुहरूसँग कोवालेन्ट बन्ध गठन गर्छन्।
अपशुद्धता परमाणुको एक वेलेन्स इलेक्ट्रॉनले कोवालेन्ट बन्धमा शामिल नहुन्छ र आफ्नो मातृ अपशुद्धता परमाणुसँग धेरै ढीलो बन्ध हुन्छ। रूम तापक्रममा, यी ढीलो जोडिएका पाँचौं वेलेन्स इलेक्ट्रॉनहरू ऊष्मीय उत्तेजनाद्वारा आफ्नो स्थानबाट बाहिर आउँछन्।
यस परिघटनाको कारण, क्रिस्टलमा धेरै मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू छन्, तर रूम तापक्रममा ऊष्मीय उत्तेजनाद्वारा सेमीकंडक्टरको कोवालेन्ट बन्धहरू भङ्न भएको छ। यी मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू र सेमीकंडक्टर र अपशुद्धता बीच भङ्न भएको कोवालेन्ट बन्धहरूले उत्पन्न भएका मुक्त इलेक्ट्रॉनहरूले क्रिस्टलमा मुक्त इलेक्ट्रॉनहरूको योगदान गर्छन्।
यद्यपि जब कुनै एक सेमीकंडक्टर र सेमीकंडक्टर बीच कोवालेन्ट बन्ध भङ्न भएको छ, त्यसपछि भङ्न बन्धमा रिक्तिहरू उत्पन्न भइन्छन्। यी रिक्तिहरूलाई होलहरू भनिन्छ। प्रत्येक होललाई एक नकारात्मक इलेक्ट्रॉनको धनात्मक समकक्ष मानिन्छ किनकि यसले एक इलेक्ट्रॉनको अभावको कारण उत्पन्न हुन्छ। यहाँ इलेक्ट्रॉनहरू मुख्य चालक आवेश वाहकहरू हुन्। N प्रकारको सेमीकंडक्टरमा मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू र होलहरू दुवै छन्।
तर होलहरूको संख्या इलेक्ट्रॉनहरूभन्दा धेरै कम छ किनकि होलहरू फक्त सेमीकंडक्टर र सेमीकंडक्टर बीच कोवालेन्ट बन्ध भङ्न भएको छ जबकि मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू अपशुद्धता परमाणुहरूको ढीलो बन्ध गरेको पाँचौं वेलेन्स इलेक्ट्रॉन र सेमीकंडक्टर र सेमीकंडक्टर बीच कोवालेन्ट बन्ध भङ्न भएको दुई विधिद्वारा उत्पन्न हुन्छन्।
त्यसैले, N प्रकारको सेमीकंडक्टरमा मुक्त इलेक्ट्रॉनहरूको संख्या >> होलहरूको संख्या। यसकारण नकारात्मक इलेक्ट्रॉनहरूलाई बहुसंख्यक वाहक, र होलहरूलाई अल्पसंख्यक वाहक भनिन्छ। नकारात्मक आवेश वाले इलेक्ट्रॉनहरूले यस सेमीकंडक्टरमा आवेश स्थानान्तरणमा मुख्य भूमिका खेल्छन्, त्यसैले यसलाई नकारात्मक प्रकार वा N प्रकारको सेमीकंडक्टर भनिन्छ। यद्यपि क्रिस्टलमा धेरै मुक्त इलेक्ट्रॉनहरू छन्, तर यो विद्युतीय तटस्थ छ किनकि प्रोटोनहरूको कुल संख्या र इलेक्ट्रॉनहरूको कुल संख्या समान छ।
