PN जंक्शन क्या है?
पीएन जंक्शन क्या है?
पीएन जंक्शन परिभाषा
पीएन जंक्शन को एकल क्रिस्टल में पी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर सामग्रियों के बीच का अंतरफलक रूप में परिभाषित किया गया है।
पीएन जंक्शन बनाना
अब हम देखें कि यह पीएन जंक्शन कैसे बनाया जाता है। पी-टाइप सेमीकंडक्टर में बहुत सारे होल्स होते हैं और एन-टाइप सेमीकंडक्टर में बहुत सारे मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।
फिर, पी-टाइप सेमीकंडक्टर में त्रिवालेंट अशुद्धि परमाणुओं की संख्या होती है, और आदर्श रूप से, पी-टाइप सेमीकंडक्टर का प्रत्येक होल एक त्रिवालेंट अशुद्धि परमाणु से संबद्ध होता है।
यहाँ हम 'आदर्श' शब्द का उपयोग करते हैं क्योंकि हम क्रिस्टल में तापीय रूप से उत्पन्न इलेक्ट्रॉन और होल्स को नजरअंदाज करते हैं। जब एक इलेक्ट्रॉन एक होल को भरता है, तो उस होल से संबद्ध अशुद्धि परमाणु एक नकारात्मक आयन बन जाता है।
क्योंकि अब इसमें एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होता है। जैसे-जैसे त्रिवालेंट अशुद्धि परमाणु इलेक्ट्रॉन स्वीकार करते हैं और नकारात्मक रूप से आवेशित होते हैं, अशुद्धि को अस्वीकरण अशुद्धि कहा जाता है। अशुद्धि परमाणु सेमीकंडक्टर के एक बराबर संख्या के परमाणुओं को क्रिस्टल में प्रतिस्थापित करते हैं और खुद को क्रिस्टल संरचना में स्थापित करते हैं।
इसलिए, अशुद्धि परमाणु क्रिस्टल संरचना में स्थिर होते हैं। जब ये त्रिवालेंट अशुद्धि परमाणु मुक्त इलेक्ट्रॉन स्वीकार करते हैं और नकारात्मक आयन बन जाते हैं, तो ये आयन अभी भी स्थिर रहते हैं। इसी तरह, जब एक सेमीकंडक्टर क्रिस्टल को पंचवालेंट अशुद्धि से डोपित किया जाता है, तो प्रत्येक अशुद्धि परमाणु क्रिस्टल संरचना में सेमीकंडक्टर परमाणु को प्रतिस्थापित करता है; इसलिए ये अशुद्धि परमाणु क्रिस्टल संरचना में स्थिर होते हैं।
क्रिस्टल संरचना में प्रत्येक पंचवालेंट अशुद्धि परमाणु के बाहरी तथ्यांक में एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होता है जिसे यह आसानी से एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के रूप में निकाल सकता है। जब यह उस इलेक्ट्रॉन को निकालता है, तो यह सकारात्मक रूप से आवेशित आयन बन जाता है।
क्योंकि पंचवालेंट अशुद्धि परमाणु सेमीकंडक्टर क्रिस्टल को इलेक्ट्रॉन देते हैं, इन्हें दाता अशुद्धियाँ कहा जाता है। हम स्थिर अस्वीकरण और दाता अशुद्धि परमाणुओं के बारे में चर्चा करते हैं क्योंकि वे पीएन जंक्शन बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
अब आइए उस बिंदु पर आते हैं जब पी-टाइप सेमीकंडक्टर एन-टाइप सेमीकंडक्टर से संपर्क में आता है, तो जंक्शन के निकट एन-टाइप सेमीकंडक्टर पर मुक्त इलेक्ट्रॉन पहले डिफ्यूजन के कारण पी-टाइप सेमीकंडक्टर में प्रवाहित होते हैं क्योंकि एन-टाइप क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता पी-टाइप क्षेत्र की तुलना में बहुत अधिक होती है।
पी क्षेत्र में आने वाले इलेक्ट्रॉन पहले उन होल्स के साथ संयुक्त होंगे जिन्हें वे पहले ढूंढते हैं। यह अर्थ है कि एन-टाइप क्षेत्र से आने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन जंक्शन के निकट अस्वीकरण अशुद्धि परमाणुओं के साथ संयुक्त होंगे। यह परिघटन नकारात्मक आयन बनाता है।
जैसे-जैसे जंक्शन के निकट पी-टाइप क्षेत्र में अस्वीकरण अशुद्धि परमाणु नकारात्मक आयन बन जाते हैं, तो पी क्षेत्र में जंक्शन के निकट एक नकारात्मक स्थिर आयनों की परत बनती है।
एन-टाइप क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉन पहले पी-टाइप क्षेत्र में प्रवाहित होंगे तब जंक्शन से दूर एन-टाइप क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉन। यह एन-टाइप क्षेत्र में जंक्शन के निकट एक स्थिर सकारात्मक आयनों की परत बनाता है।
एन-टाइप क्षेत्र में पर्याप्त रूप से मोटी सकारात्मक आयनों की परत और पी-टाइप क्षेत्र में नकारात्मक आयनों की परत बनने के बाद, एन-टाइप क्षेत्र से पी-टाइप क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों का डिफ्यूजन रुक जाएगा क्योंकि मुक्त इलेक्ट्रॉनों के सामने एक नकारात्मक दीवार होती है। ये दोनों आयनों की परतें पीएन जंक्शन बनाती हैं।
क्योंकि एक परत नकारात्मक आवेशित है और दूसरी सकारात्मक आवेशित है, जंक्शन पर एक विद्युत विभव बनता है, जो एक विभव बाधा के रूप में कार्य करता है। यह बाधा विभव सेमीकंडक्टर सामग्री, डोपिंग स्तर और तापमान पर निर्भर करता है।
यह पाया गया है कि जर्मनियम सेमीकंडक्टर के लिए 25oC पर बाधा विभव 0.3 वोल्ट होता है, और उसी तापमान पर सिलिकॉन सेमीकंडक्टर के लिए 0.7 वोल्ट होता है।
यह विभव बाधा कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन या होल नहीं रखता क्योंकि इस क्षेत्र में सभी मुक्त इलेक्ट्रॉन होल्स के साथ संयुक्त हो जाते हैं और इलेक्ट्रॉन या होल जैसे आवेश वाहकों की कमी (डीप्लेशन) के कारण इसे डीप्लेशन क्षेत्र भी कहा जाता है। यद्यपि एक निश्चित मोटी डीप्लेशन परत बनने के बाद मुक्त इलेक्ट्रॉन और होल्स का डिफ्यूजन रुक जाता है, प्रायोगिक रूप से यह डीप्लेशन परत की मोटाई बहुत छोटी होती है, यह माइक्रोमीटर की श्रेणी में होती है।
