अर्धचालक क्या है

बिजली के कंडक्टरों के साथ-साथ, प्रकृति में ऐसे कई पदार्थ हैं जिनमें धातु कंडक्टरों की तुलना में काफी कम विद्युत चालकता होती है। इस प्रकार के पदार्थ अर्धचालक कहलाते हैं।

सेमीकंडक्टर्स में शामिल हैं: कुछ रासायनिक तत्व जैसे सेलेनियम, सिलिकॉन और जर्मेनियम, सल्फर यौगिक जैसे थैलियम सल्फाइड, कैडमियम सल्फाइड, सिल्वर सल्फाइड, कार्बाइड जैसे कार्बोरंडम, कार्बन (डायमंड), बोरॉन, टिन, फॉस्फोरस, एंटीमनी, आर्सेनिक, टेल्यूरियम, आयोडीन , और कई यौगिक जिनमें मेंडेलीव प्रणाली के 4-7 समूह के कम से कम एक तत्व शामिल हैं। कार्बनिक अर्धचालक भी हैं।

सेमीकंडक्टर की विद्युत चालकता की प्रकृति सेमीकंडक्टर की आधार सामग्री में मौजूद अशुद्धियों के प्रकार और इसके घटक भागों की निर्माण तकनीक पर निर्भर करती है।

सेमीकंडक्टर - पदार्थ के साथ इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी 10-10 — 104 (ओम x सेमी)-1 कंडक्टर और इन्सुलेटर के बीच इन गुणों द्वारा स्थित है।बैंड सिद्धांत के अनुसार कंडक्टर, सेमीकंडक्टर्स और इंसुलेटर के बीच का अंतर इस प्रकार है: शुद्ध सेमीकंडक्टर्स और इलेक्ट्रॉनिक इंसुलेटर में भरे हुए (वैलेंस) बैंड और कंडक्शन बैंड के बीच एक निषिद्ध ऊर्जा बैंड होता है।

अर्धचालक करंट का संचालन क्यों करते हैं

एक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनिक चालकता होती है यदि इसकी अशुद्धता परमाणुओं में बाहरी इलेक्ट्रॉन अपेक्षाकृत कमजोर रूप से उन परमाणुओं के नाभिक से बंधे होते हैं। यदि इस प्रकार के अर्धचालक में एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है, तो इस क्षेत्र की शक्तियों के प्रभाव में, अर्धचालक के अशुद्धता परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉन अपने परमाणुओं की सीमाओं को छोड़कर मुक्त इलेक्ट्रॉन बन जाते हैं।

मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र बलों के प्रभाव में अर्धचालक में एक विद्युत चालन धारा का निर्माण करेंगे। इसलिए, विद्युत प्रवाहकीय अर्धचालकों में विद्युत धारा की प्रकृति धात्विक चालकों की तरह ही होती है। लेकिन चूँकि किसी धातु के चालक के प्रति इकाई आयतन की तुलना में अर्धचालक के प्रति इकाई आयतन में कई गुना कम मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए यह स्वाभाविक है कि, अन्य सभी स्थितियाँ समान होने पर, अर्धचालक में धारा धातु की तुलना में कई गुना कम होगी। कंडक्टर।

एक अर्धचालक में "छेद" चालकता होती है यदि इसकी अशुद्धता के परमाणु न केवल अपने बाहरी इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देते हैं, बल्कि इसके विपरीत, अर्धचालक के मुख्य पदार्थ के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों को पकड़ने के लिए प्रवृत्त होते हैं। यदि एक अशुद्धता परमाणु मुख्य पदार्थ के एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को दूर ले जाता है, तो बाद में एक इलेक्ट्रॉन के लिए एक प्रकार का मुक्त स्थान बनता है - एक "छेद"।

एक अर्धचालक परमाणु जिसने इलेक्ट्रॉन खो दिया है उसे "इलेक्ट्रॉन छेद" या बस "छेद" कहा जाता है।यदि "छिद्र" एक पड़ोसी परमाणु से स्थानांतरित इलेक्ट्रॉन से भर जाता है, तो यह समाप्त हो जाता है और परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ हो जाता है, और "छिद्र" पड़ोसी परमाणु में चला जाता है जिसने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है। इसलिए, यदि एक विद्युत क्षेत्र को "छेद" चालन वाले अर्धचालक पर लागू किया जाता है, तो "इलेक्ट्रॉन छिद्र" इस ​​क्षेत्र की दिशा में आगे बढ़ेंगे।

एक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई की दिशा में «इलेक्ट्रॉन छेद» का पूर्वाग्रह एक क्षेत्र में सकारात्मक विद्युत आवेशों की गति के समान है और इसलिए एक अर्धचालक में विद्युत प्रवाह की घटना है।

अर्धचालकों को उनकी विद्युत चालकता के तंत्र के अनुसार कड़ाई से विभेदित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि "छेद" चालकता के साथ-साथ, इस अर्धचालक में एक या दूसरे डिग्री तक इलेक्ट्रॉनिक चालकता हो सकती है।

सेमीकंडक्टर की विशेषता है:

• चालकता का प्रकार (इलेक्ट्रॉनिक - एन-टाइप, होल-पी-टाइप);

• प्रतिरोध;

• प्रभारी वाहक जीवनकाल (अल्पसंख्यक) या प्रसार लंबाई, सतह पुनर्संयोजन दर;

• अव्यवस्था घनत्व।

यह सभी देखें: अर्धचालकों की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ सिलिकॉन सबसे आम अर्धचालक सामग्री है

तापमान में ऐसे जीव होते हैं जो अर्धचालकों की विशेषताओं को प्रभावित करते हैं। इसकी वृद्धि मुख्य रूप से प्रतिरोध में कमी की ओर ले जाती है और इसके विपरीत, अर्थात। अर्धचालकों को नकारात्मक की उपस्थिति की विशेषता है प्रतिरोध का तापमान गुणांक… पूर्ण शून्य के पास, अर्धचालक एक विसंवाहक बन जाता है।

कई उपकरण अर्धचालकों पर आधारित हैं। ज्यादातर मामलों में, उन्हें एकल क्रिस्टल के रूप में प्राप्त किया जाना चाहिए।वांछित गुण देने के लिए, अर्धचालकों को विभिन्न अशुद्धियों से डोप किया जाता है। प्रारंभिक अर्धचालक सामग्री की शुद्धता पर बढ़ी हुई आवश्यकताओं को लगाया जाता है।

अर्धचालक उपकरण

सेमीकंडक्टर गर्मी उपचार

एक अर्धचालक का ताप उपचार - किसी दिए गए कार्यक्रम के अनुसार एक अर्धचालक का ताप और शीतलन उसके विद्युत गुणों को बदलने के लिए।

परिवर्तन: क्रिस्टल संशोधन, अव्यवस्था घनत्व, रिक्तियों की एकाग्रता या संरचनात्मक दोष, चालकता का प्रकार, एकाग्रता, गतिशीलता और आवेश वाहकों का जीवनकाल। अंतिम चार, इसके अलावा, अशुद्धियों और संरचनात्मक दोषों की बातचीत या क्रिस्टल के थोक में अशुद्धियों के प्रसार से संबंधित हो सकते हैं।

जर्मेनियम के नमूनों को तापमान> 550 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के बाद तेजी से ठंडा होने के परिणामस्वरूप तापीय स्वीकर्ता की सांद्रता में उच्च तापमान होता है। बाद में एक ही तापमान पर एनीलिंग प्रारंभिक प्रतिरोध को पुनर्स्थापित करता है।

इस घटना का संभावित तंत्र जर्मेनियम जाली में तांबे का विघटन है जो सतह से फैलता है या पहले अव्यवस्थाओं पर जमा होता है। धीमी गति से एनीलिंग के कारण तांबा संरचनात्मक दोषों पर जमा हो जाता है और जाली से बाहर निकल जाता है। तेजी से ठंडा करने के दौरान नए संरचनात्मक दोषों की उपस्थिति भी संभव है। दोनों तंत्र जीवनकाल को कम कर सकते हैं, जिसे प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है।

350 - 500 डिग्री के तापमान पर सिलिकॉन में, थर्मल दाताओं का गठन उच्च सांद्रता में होता है, क्रिस्टल विकास के दौरान सिलिकॉन में अधिक ऑक्सीजन भंग हो जाती है। उच्च तापमान पर, ऊष्मा दाता नष्ट हो जाते हैं।

700 - 1300 ° की सीमा में तापमान को गर्म करने से अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का जीवनकाल कम हो जाता है (पर > 1000 ° निर्णायक भूमिका सतह से अशुद्धियों के प्रसार द्वारा निभाई जाती है)। सिलिकॉन को 1000-1300 ° पर गर्म करने से ऑप्टिकल अवशोषण और प्रकाश का प्रकीर्णन प्रभावित होता है।

अर्धचालकों का अनुप्रयोग

आधुनिक तकनीकों में, अर्धचालकों ने व्यापक अनुप्रयोग पाया है; तकनीकी प्रगति पर उनका बहुत गहरा प्रभाव पड़ा है। उनके लिए धन्यवाद, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के वजन और आयामों को महत्वपूर्ण रूप से कम करना संभव है। इलेक्ट्रॉनिक्स के सभी क्षेत्रों के विकास से सेमीकंडक्टर उपकरणों पर आधारित बड़ी संख्या में विविध उपकरणों का निर्माण और सुधार होता है। सेमीकंडक्टर डिवाइस माइक्रोसेल, माइक्रोमॉड्यूल, हार्ड सर्किट आदि के आधार के रूप में काम करते हैं।

सेमीकंडक्टर उपकरणों पर आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरण व्यावहारिक रूप से जड़त्वहीन होते हैं। एक सावधानीपूर्वक निर्मित और अच्छी तरह से सीलबंद अर्धचालक उपकरण दसियों हज़ार घंटों तक चल सकता है। हालांकि, कुछ सेमीकंडक्टर सामग्रियों में एक छोटी तापमान सीमा होती है (उदाहरण के लिए, जर्मेनियम), लेकिन बहुत मुश्किल तापमान मुआवजा या डिवाइस की आधार सामग्री को दूसरे के साथ बदलना (उदाहरण के लिए, सिलिकॉन, सिलिकॉन कार्बाइड) काफी हद तक इस खामी को दूर करता है। सुधार सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण प्रौद्योगिकी के परिणामस्वरूप अभी भी मौजूदा पैरामीटर फैलाव और अस्थिरता में कमी आई है।

इलेक्ट्रॉनिक्स में सेमीकंडक्टर

सेमीकंडक्टर में निर्मित सेमीकंडक्टर-मेटल कॉन्टैक्ट और इलेक्ट्रॉन-होल जंक्शन (n-p जंक्शन) का उपयोग सेमीकंडक्टर डायोड के निर्माण में किया जाता है।डबल जंक्शन (p-n-p या n-R-n) — ट्रांजिस्टर और थायरिस्टर्स। इन उपकरणों का उपयोग मुख्य रूप से विद्युत संकेतों को सुधारने, उत्पन्न करने और बढ़ाने के लिए किया जाता है।

सेमीकंडक्टर्स के फोटोइलेक्ट्रिक गुणों का उपयोग फोटोरेसिस्टर्स, फोटोडायोड्स और फोटोट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया जाता है। अर्धचालक दोलनों के दोलक (एम्पलीफायर) के सक्रिय भाग के रूप में कार्य करता है सेमीकंडक्टर लेजर… जब एक विद्युत प्रवाह आगे की दिशा में pn जंक्शन से गुजरता है, तो आवेश वाहक-इलेक्ट्रॉन और छिद्र-फोटॉन के उत्सर्जन के साथ पुन: जुड़ जाते हैं, जिसका उपयोग LED बनाने के लिए किया जाता है।

एल ई डी

सेमीकंडक्टर्स के थर्मोइलेक्ट्रिक गुणों ने सेमीकंडक्टर थर्मोइलेक्ट्रिक रेजिस्टेंस, सेमीकंडक्टर थर्मोक्यूल्स, थर्मोकपल्स और थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर और पेल्टियर इफेक्ट के आधार पर सेमीकंडक्टर्स के थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग - थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर और थर्मोस्टेबलाइजर्स बनाना संभव बना दिया।

सेमीकंडक्टर का उपयोग यांत्रिक ऊष्मा और सौर ऊर्जा कन्वर्टर्स में विद्युत - थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर और फोटोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स (सौर सेल) में किया जाता है।

सेमीकंडक्टर पर लागू यांत्रिक तनाव इसके विद्युत प्रतिरोध को बदल देता है (प्रभाव धातुओं की तुलना में अधिक मजबूत होता है), जो सेमीकंडक्टर स्ट्रेन गेज का आधार है।

सेमीकंडक्टर डिवाइस विश्व अभ्यास में व्यापक हो गए हैं, इलेक्ट्रॉनिक्स में क्रांति ला रहे हैं, वे इसके विकास और उत्पादन के आधार के रूप में काम करते हैं:

• मापने के उपकरण, कंप्यूटर,

• सभी प्रकार के संचार और परिवहन के लिए उपकरण,

• औद्योगिक प्रक्रिया स्वचालन के लिए,

• अनुसंधान उपकरण,

• राकेट,

• चिकित्सकीय संसाधन

• अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरण और उपकरण।

सेमीकंडक्टर उपकरणों का उपयोग आपको नए उपकरण बनाने और पुराने में सुधार करने की अनुमति देता है, जिसका अर्थ है कि यह इसके आकार, वजन, बिजली की खपत को कम करता है और इसलिए, सर्किट में गर्मी उत्पादन को कम करता है, ताकत बढ़ाता है, कार्रवाई के लिए तत्काल तत्परता देता है आप आपको इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की सेवा जीवन और विश्वसनीयता बढ़ाने की अनुमति देते हैं।