दाता और स्वीकारक दोषकर्मी अर्धचालक में

डोपिंग की परिभाषा

डोपिंग एक अर्धचालक में विकारक जोड़ने की प्रक्रिया है जिससे इसकी चालकता संपत्तियाँ बदल जाती हैं।

दाता विकारक

दाता विकारक पंचवालेंट परमाणु होते हैं जिन्हें अर्धचालकों में जोड़ा जाता है, जो अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉनों का योगदान देते हैं, इस प्रकार n-प्रकार के अर्धचालक बनाते हैं।

n-प्रकार का अर्धचालक

जब n-प्रकार या दाता विकारक अर्धचालक में जोड़े जाते हैं, तो ग्रेशियल संरचना में प्रतिबंधित ऊर्जा अंतराल संकुचित हो जाता है। दाता परमाणु चालक पट्टी के ठीक नीचे नए ऊर्जा स्तर जोड़ते हैं। ये स्तर अलग-अलग होते हैं क्योंकि विकारक परमाणु दूर-दूर और कम संपर्क में होते हैं। जर्मेनियम में, ऊर्जा अंतराल 0.01 eV है, और सिलिकॉन में, यह 0.05 eV है कमरे के ताप पर। इस प्रकार, कमरे के ताप पर, दाता परमाणुओं से पांचवां इलेक्ट्रॉन चालक पट्टी में प्रवेश करता है। इलेक्ट्रॉनों की वृद्धि के कारण होलों की संख्या कम हो जाती है।

n-प्रकार के अर्धचालक में प्रति इकाई आयतन होलों की संख्या उसी ताप पर इंट्रिंसिक अर्धचालक की तुलना में भी कम होती है। यह अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है, और इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों का पुनर्संयोजन दर शुद्ध या इंट्रिंसिक अर्धचालक की तुलना में अधिक होती है।

p-प्रकार का अर्धचालक

अगर इंट्रिंसिक अर्धचालक में पंचवालेंट विकारक के स्थान पर त्रिवालेंट विकारक जोड़ा जाता है, तो अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के स्थान पर क्रिस्टल में अतिरिक्त होल बनते हैं। क्योंकि जब त्रिवालेंट विकारक अर्धचालक क्रिस्टल में जोड़ा जाता है, तो त्रिवालेंट परमाणु कुछ चतुर्वालेंट अर्धचालक परमाणुओं को प्रतिस्थापित कर देते हैं। त्रिवालेंट विकारक परमाणु के तीन (3) वालेंस इलेक्ट्रॉन तीन पड़ोसी अर्धचालक परमाणुओं के साथ बंध बनाते हैं। इसलिए, चौथे पड़ोसी अर्धचालक परमाणु के एक बंध में इलेक्ट्रॉन की कमी होती है जो क्रिस्टल में एक होल योगदान देता है। त्रिवालेंट विकारक अर्धचालक क्रिस्टल में अतिरिक्त होल योगदान देते हैं, और ये होल इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार कर सकते हैं, इसलिए ये विकारक स्वीकार्ता विकारक के रूप में जाने जाते हैं। क्योंकि होल लगभग धनात्मक आवेश ले जाते हैं, इन विकारकों को धनात्मक-प्रकार या p-प्रकार विकारक के रूप में जाना जाता है और p-प्रकार विकारक वाला अर्धचालक p-प्रकार का अर्धचालक कहलाता है।

अर्धचालक में त्रिवालेंट विकारक जोड़ने से वैलेंस पट्टी के ठीक ऊपर एक असतत ऊर्जा स्तर बनता है। वैलेंस पट्टी और इस नए ऊर्जा स्तर के बीच का छोटा अंतर बाहरी ऊर्जा के थोड़े मात्र में इलेक्ट्रॉनों को आसानी से ऊंचे स्तर पर जाने की अनुमति देता है। जब एक इलेक्ट्रॉन इस नए स्तर पर चला जाता है, तो वह वैलेंस पट्टी में एक रिक्त स्थान, या होल, छोड़ देता है।

जब हम अर्धचालक में n-प्रकार का विकारक जोड़ते हैं, तो क्रिस्टल में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, लेकिन इसका मतलब नहीं है कि कोई होल नहीं होगा। कमरे के ताप पर अर्धचालक की इंट्रिंसिक प्रकृति के कारण, अर्धचालक में हमेशा कुछ इलेक्ट्रॉन-होल युग्म होते हैं। n-प्रकार के विकारकों के जोड़ने से, इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों में इलेक्ट्रॉन जोड़े जाते हैं और होलों की संख्या अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण कम हो जाती है। इसलिए, n-प्रकार के अर्धचालक में ऋणात्मक आवेश वाहक या मुक्त इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या होलों से अधिक होती है। इसीलिए n-प्रकार के अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों को बहुसंख्या आवेश वाहक कहा जाता है जबकि होलों को अल्पसंख्या आवेश वाहक कहा जाता है। इसी तरह p-प्रकार के अर्धचालक में, होलों को बहुसंख्या आवेश वाहक और इलेक्ट्रॉनों को अल्पसंख्या आवेश वाहक कहा जाता है।

स्वीकार्ता विकारक

स्वीकार्ता विकारक त्रिवालेंट परमाणु होते हैं जिन्हें अर्धचालकों में जोड़ा जाता है, जो अतिरिक्त होल बनाते हैं, p-प्रकार के अर्धचालक बनाते हैं।