ਕੀ ਹੈ ਪੀਐਨ ਜੰਕਸ਼ਨ?

PN جنکشن کیا ہے؟

PN جنکشن کی تعریف

PN جنکشن کو ایک سینگل کریسٹل میں p-ٹائپ اور n-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر مواد کے درمیان رابطہ کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے۔

PN جنکشن بنانا

آئیے اب دیکھتے ہیں کہ یہ PN جنکشن کیسے بنائی جاتی ہے۔ p-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر میں بہت سارے سوراخ (holes) ہوتے ہیں اور n-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر میں بہت سارے آزاد الیکٹران ہوتے ہیں۔

p-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر میں تریوالینٹ impurity اتم ہوتے ہیں، اور ایدالی طور پر p-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر کے ہر سوراخ کے ساتھ ایک تریوالینٹ impurity اتم منسلک ہوتا ہے۔

ہم کلمہ ‘ایڈیال’ کا استعمال کرتے ہیں کیونکہ ہم کریسٹل میں حرارتی طور پر تولید ہونے والے الیکٹران اور سوراخ کو نظر انداز کرتے ہیں۔ جب ایک الیکٹران سوراخ کو بھرتا ہے، تو اس سوراخ کے ساتھ منسلک impurity اتم منفی آئین ہوجاتا ہے۔

کیونکہ اب اس میں ایک زائد الیکٹران ہوتا ہے۔ تریوالینٹ impurity اتم جب الیکٹران قبول کرتے ہیں اور منفی شحنا ہوجاتے ہیں، تو یہ impurity acceptor impurity کہلاتا ہے۔ Impurity اتم کریسٹل میں سمیکنڈکنڈکٹر اتم کے برابر عدد میں پلاٹ کرتے ہیں اور خود کو کریسٹل کی ساخت میں رکھتے ہیں۔

اس لیے، impurity اتم کریسٹل کی ساخت میں سٹیٹک ہوتے ہیں۔ جب یہ تریوالینٹ impurity اتم آزاد الیکٹران قبول کرتے ہیں اور منفی آئین بن جاتے ہیں، تو آئین سٹیٹک رہتے ہیں۔ اسی طرح، جب ایک سمیکنڈکنڈکٹر کریسٹل کو پینٹاوالینٹ impurity سے ڈوپ کیا جاتا ہے، تو ہر impurity اتم کریسٹل کی ساخت میں سمیکنڈکنڈکٹر اتم کو بدل دیتا ہے؛ اس لیے یہ impurity اتم کریسٹل کی ساخت میں سٹیٹک ہوتے ہیں۔

کریسٹل کی ساخت میں ہر پینٹاوالینٹ impurity اتم کے آخری کاکش میں ایک زائد الیکٹران ہوتا ہے جسے وہ آسانی سے آزاد الیکٹران کے طور پر ہٹا سکتا ہے۔ جب وہ ایک الیکٹران ہٹاتا ہے تو وہ مثبت شحن والے آئین بن جاتا ہے۔

کیونکہ پینٹاوالینٹ impurity اتم سمیکنڈکنڈکٹر کریسٹل کو الیکٹران دیتے ہیں، اس لیے انہیں donor impurities کہا جاتا ہے۔ ہم سٹیٹک acceptor اور donor impurity اتم کے بارے میں بات کرتے ہیں کیونکہ وہ PN جنکشن بنانے میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں۔

جب p-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر n-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر سے ملتا ہے، تو n-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر کے قریب کے آزاد الیکٹران پہلے پرتشدد کے باعث p-ٹائپ سمیکنڈکنڈکٹر کی طرف منتقل ہوتے ہیں کیونکہ n-ٹائپ علاقے میں آزاد الیکٹران کی تعداد p-ٹائپ علاقے کی نسبت بہت زیادہ ہوتی ہے۔

p علاقے میں آنے والے الیکٹران پہلے جو سوراخ ملتے ہیں ان کے ساتھ مل جاتے ہیں۔ یعنی n-ٹائپ علاقے سے آنے والے آزاد الیکٹران جنکشن کے قریب acceptor impurity اتم کے ساتھ مل جاتے ہیں۔ یہ پدیدہ منفی آئین بناتا ہے۔

جب p-ٹائپ علاقے میں جنکشن کے قریب acceptor impurity اتم منفی آئین بن جاتے ہیں، تو p علاقے میں جنکشن کے قریب ایک منفی سٹیٹک آئین کا لیئر بن جاتا ہے۔

n-ٹائپ علاقے کے آزاد الیکٹران پہلے p-ٹائپ علاقے کی طرف منتقل ہوتے ہیں، پھر n-ٹائپ علاقے کے آزاد الیکٹران جنکشن سے دور ہوتے ہیں۔ یہ n-ٹائپ علاقے میں جنکشن کے قریب ایک مثبت سٹیٹک آئین کا لیئر بناتا ہے۔

جب n-ٹائپ علاقے میں کافی مثبت آئین کا لیئر اور p-ٹائپ علاقے میں کافی منفی آئین کا لیئر بن جاتا ہے، تو n-ٹائپ علاقے سے p-ٹائپ علاقے کی طرف الیکٹران کی پرتشدد رک جاتی ہے کیونکہ آزاد الیکٹران کے سامنے منفی دیوار ہوتی ہے۔ یہ دونوں آئین کے لیئر PN جنکشن بناتے ہیں۔

کیونکہ ایک لیئر منفی شحن والا ہوتا ہے اور دوسرا مثبت شحن والا ہوتا ہے، اس لیے جنکشن کے پار ایک الیکٹریکل پوٹینشل بن جاتا ہے، جو ایک پوٹینشل بیریئر کی حیثیت سے کام کرتا ہے۔ یہ بیریئر پوٹینشل سمیکنڈکنڈکٹر مواد، ڈوپنگ کی سطح، اور درجہ حرارت پر منحصر ہوتا ہے۔

یہ پایا گیا ہے کہ جرمنیم سمیکنڈکنڈکٹر کا بیریئر پوٹینشل 25oC پر 0.3 فولٹ ہوتا ہے، اور سلیکون سمیکنڈکنڈکٹر کا بیریئر پوٹینشل اسی درجہ حرارت پر 0.7 فولٹ ہوتا ہے۔

یہ پوٹینشل بیریئر کوئی آزاد الیکٹران یا سوراخ نہیں رکھتا کیونکہ اس خطے میں تمام آزاد الیکٹران سوراخ کے ساتھ مل چکے ہوتے ہیں اور چارجر کاریئرز (الیکٹران یا سوراخ) کی کمی کی وجہ سے یہ خطہ depletion region کہلاتا ہے۔ تاہم، کچھ مخصوص معمولی depletion لیئر کے بعد آزاد الیکٹران اور سوراخ کی پرتشدد رک جاتی ہے، عموماً یہ depletion لیئر کی معمولی چوڑائی مائیکرو میٹر کی حد تک ہوتی ہے۔