পিএন জান্কশন কী?

পিএন জাংশন কি?

পিএন জাংশনের সংজ্ঞা

পিএন জাংশনকে একটি একক ক্রিস্টালে p-ধরনের এবং n-ধরনের অর্ধপরিবাহী উপকরণের মধ্যে একটি ইন্টারফেস হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

একটি পিএন জাংশন তৈরি করা

এখন আমরা দেখব এই পিএন জাংশনটি কিভাবে তৈরি হয়। p-ধরনের অর্ধপরিবাহীতে অনেকগুলি ছিদ্র (holes) এবং n-ধরনের অর্ধপরিবাহীতে অনেকগুলি মুক্ত ইলেকট্রন থাকে।

আবার p-ধরনের অর্ধপরিবাহীতে অনেকগুলি ত্রিমূলক অপবিত্র পরমাণু থাকে, এবং আদর্শভাবে, p-ধরনের অর্ধপরিবাহীর প্রতিটি ছিদ্র একটি ত্রিমূলক অপবিত্র পরমাণুর সঙ্গে সম্পর্কিত।

এখানে আমরা 'আদর্শ' শব্দটি ব্যবহার করছি কারণ আমরা ক্রিস্টালে তাপীয়ভাবে উৎপন্ন ইলেকট্রন এবং ছিদ্রগুলিকে উপেক্ষা করছি। যখন একটি ইলেকট্রন একটি ছিদ্র পূরণ করে, তখন সেই ছিদ্রের সঙ্গে সম্পর্কিত অপবিত্র পরমাণুটি একটি নেগেটিভ আয়নে পরিণত হয়।

কারণ এটি এখন একটি অতিরিক্ত ইলেকট্রন ধারণ করে। যখন ত্রিমূলক অপবিত্র পরমাণুগুলি ইলেকট্রন গ্রহণ করে এবং নেগেটিভভাবে চার্জিত হয়, তখন অপবিত্রটিকে গ্রহণকারী অপবিত্র (acceptor impurity) বলা হয়। অপবিত্র পরমাণুগুলি ক্রিস্টালের সমান সংখ্যক অর্ধপরিবাহী পরমাণুকে প্রতিস্থাপন করে এবং ক্রিস্টাল গঠনে নিজেদের স্থাপন করে।

সুতরাং, অপবিত্র পরমাণুগুলি ক্রিস্টাল গঠনে স্থিতিশীল। যখন এই ত্রিমূলক অপবিত্র পরমাণুগুলি মুক্ত ইলেকট্রন গ্রহণ করে এবং নেগেটিভ আয়নে পরিণত হয়, তখন আয়নগুলি স্থিতিশীল থাকে। একইভাবে, যখন একটি অর্ধপরিবাহী ক্রিস্টালকে পঞ্চমূলক অপবিত্র দ্বারা ডোপড করা হয়, তখন প্রতিটি অপবিত্র পরমাণু ক্রিস্টাল গঠনে অর্ধপরিবাহী পরমাণুকে প্রতিস্থাপন করে; ফলে এই অপবিত্র পরমাণুগুলি ক্রিস্টাল গঠনে স্থিতিশীল হয়।

ক্রিস্টাল গঠনের প্রতিটি পঞ্চমূলক অপবিত্র পরমাণুতে বহির্বর্তী কক্ষে একটি অতিরিক্ত ইলেকট্রন থাকে যা এটি সহজেই মুক্ত ইলেকট্রন হিসেবে অপসারণ করতে পারে। যখন এটি ঐ ইলেকট্রনটি অপসারণ করে, তখন এটি পজিটিভভাবে চার্জিত আয়নে পরিণত হয়।

কারণ পঞ্চমূলক অপবিত্র পরমাণুগুলি অর্ধপরিবাহী ক্রিস্টালে ইলেকট্রন দান করে, তাদের ডোনর অপবিত্র (donor impurities) বলা হয়। আমরা স্থিতিশীল গ্রহণকারী এবং ডোনর অপবিত্র পরমাণুগুলি আলোচনা করছি কারণ তারা পিএন জাংশন গঠনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

এখন আসা যাক যখন p-ধরনের অর্ধপরিবাহী n-ধরনের অর্ধপরিবাহীর সঙ্গে সংযোগ হয়, তখন n-ধরনের অর্ধপরিবাহীতে জাংশনের নিকটবর্তী মুক্ত ইলেকট্রনগুলি প্রথমে ডিফিউশনের কারণে p-ধরনের অর্ধপরিবাহীতে স্থানান্তরিত হয়, কারণ n-ধরনের অঞ্চলে মুক্ত ইলেকট্রনের ঘনত্ব প্রচুর বেশি থাকে যেমনটি p-ধরনের অঞ্চলে থাকে।

p অঞ্চলে আসা ইলেকট্রনগুলি প্রথম যে ছিদ্রগুলি পায় তার সঙ্গে যুক্ত হয়। এটি মানে যে, n-ধরনের অঞ্চল থেকে আসা মুক্ত ইলেকট্রনগুলি জাংশনের নিকটবর্তী গ্রহণকারী অপবিত্র পরমাণুগুলির সঙ্গে যুক্ত হয়। এই ঘটনাটি নেগেটিভ আয়ন তৈরি করে।

যেহেতু p-ধরনের অঞ্চলের জাংশনের নিকটবর্তী গ্রহণকারী অপবিত্র পরমাণুগুলি নেগেটিভ আয়নে পরিণত হয়, তাই p অঞ্চলে জাংশনের পাশে একটি নেগেটিভ স্থিতিশীল আয়নের স্তর থাকে।

n-ধরনের অঞ্চলের মুক্ত ইলেকট্রনগুলি প্রথমে p-ধরনের অঞ্চলে স্থানান্তরিত হয়, তারপরে n-ধরনের অঞ্চলের জাংশন থেকে দূরে থাকা মুক্ত ইলেকট্রনগুলি। এটি n-ধরনের অঞ্চলে জাংশনের পাশে একটি স্থিতিশীল পজিটিভ আয়নের স্তর তৈরি করে।

n-ধরনের অঞ্চলে পর্যাপ্ত পরিমাণে পজিটিভ আয়নের স্তর এবং p-ধরনের অঞ্চলে নেগেটিভ আয়নের স্তর তৈরি হওয়ার পর, n-ধরনের অঞ্চল থেকে p-ধরনের অঞ্চলে ইলেকট্রনের ডিফিউশন আর হবে না, কারণ মুক্ত ইলেকট্রনের সামনে একটি নেগেটিভ দেয়াল থাকবে। এই দুটি আয়নের স্তর পিএন জাংশন গঠন করে।

কারণ একটি স্তর নেগেটিভভাবে চার্জিত এবং অন্যটি পজিটিভভাবে চার্জিত, জাংশনের উপর দিয়ে একটি বৈদ্যুতিক পটেনশিয়াল তৈরি হয়, যা একটি পটেনশিয়াল বাধা হিসেবে কাজ করে। এই বাধা পটেনশিয়ালটি অর্ধপরিবাহী উপকরণ, ডোপিং স্তর এবং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে।

এটি দেখা গেছে যে, জার্মানিয়াম অর্ধপরিবাহীর জন্য 25oC তাপমাত্রায় বাধা পটেনশিয়াল 0.3 ভোল্ট এবং একই তাপমাত্রায় সিলিকন অর্ধপরিবাহীর জন্য 0.7 ভোল্ট।

এই পটেনশিয়াল বাধাটি কোনো মুক্ত ইলেকট্রন বা ছিদ্র ধারণ করে না, কারণ এই অঞ্চলে সমস্ত মুক্ত ইলেকট্রন ছিদ্রগুলির সঙ্গে যুক্ত হয়, এবং এই অঞ্চলে চার্জ ক্যারিয়ার (ইলেকট্রন বা ছিদ্র) দূরীকরণের কারণে, এটিকে দূরীকরণ অঞ্চল (depletion region) বলা হয়। যদিও নির্দিষ্ট দূরীকরণ স্তর তৈরি হওয়ার পর মুক্ত ইলেকট্রন এবং ছিদ্রের ডিফিউশন থামে, প্রায়শই এই দূরীকরণ স্তরের মোটামুটি বেশি পরিমাণ থাকে, যা মাইক্রোমিটারের পরিমাণে থাকে।