अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह

प्रतिरोध के मामले में कंडक्टर और डाइलेक्ट्रिक्स के बीच स्थित हैं अर्धचालक... सिलिकॉन, जर्मेनियम, टेल्यूरियम, आदि। — आवर्त सारणी के कई तत्व और उनके यौगिक अर्धचालकों से संबंधित हैं। कई अकार्बनिक पदार्थ अर्धचालक हैं। सिलिकॉन प्रकृति में दूसरों की तुलना में व्यापक है; पृथ्वी की पपड़ी में इसका 30% हिस्सा होता है।

अर्धचालकों और धातुओं के बीच मुख्य हड़ताली अंतर प्रतिरोध के नकारात्मक तापमान गुणांक में निहित है: अर्धचालक का तापमान जितना अधिक होगा, उसका विद्युत प्रतिरोध उतना ही कम होगा। धातुओं के लिए, यह विपरीत है: तापमान जितना अधिक होगा, प्रतिरोध उतना ही अधिक होगा। यदि एक अर्धचालक को पूर्ण शून्य तक ठंडा किया जाता है, तो यह बन जाता है ढांकता हुआ.

उच्च तापमान - कम प्रतिरोध

तापमान पर अर्धचालक चालकता की यह निर्भरता दर्शाती है कि एकाग्रता मुफ्त टैक्सी ड्राइवर अर्धचालकों में स्थिर नहीं होता है और तापमान के साथ बढ़ता है।एक अर्धचालक के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह के पारित होने के तंत्र को मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गैस के मॉडल में कम नहीं किया जा सकता है, जैसा कि धातुओं में होता है। इस तंत्र को समझने के लिए, हम इसे उदाहरण के लिए जर्मेनियम क्रिस्टल पर देख सकते हैं।

सामान्य अवस्था में, जर्मेनियम परमाणुओं के बाहरी आवरण में चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं - चार इलेक्ट्रॉन जो नाभिक से शिथिल रूप से बंधे होते हैं। इसके अलावा, जर्मेनियम क्रिस्टल जाली में प्रत्येक परमाणु चार पड़ोसी परमाणुओं से घिरा हुआ है। और यहाँ बंधन सहसंयोजक है, जिसका अर्थ है कि यह वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के जोड़े द्वारा बनता है।

यह पता चला है कि प्रत्येक वैलेंस इलेक्ट्रॉन एक ही समय में दो परमाणुओं से संबंधित होता है, और जर्मेनियम के अंदर वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के बंधन धातुओं की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं। इसीलिए, कमरे के तापमान पर, अर्धचालक धातुओं की तुलना में परिमाण के कई आदेशों का संचालन करते हैं। और पूर्ण शून्य पर, जर्मेनियम के सभी वैलेंस इलेक्ट्रॉन बंधों में भर जाएंगे और वर्तमान प्रदान करने के लिए कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होगा।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कुछ संयोजी इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करते हैं जो सहसंयोजक बंधों को तोड़ने के लिए पर्याप्त हो जाती है। इस प्रकार मुक्त चालन वाले इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। डिस्कनेक्शन जोन में एक प्रकार की वैकेंसी बनती है- इलेक्ट्रॉनों के बिना छेद.

इस छेद को पड़ोसी जोड़ी से वैलेंस इलेक्ट्रॉन द्वारा आसानी से कब्जा कर लिया जा सकता है, फिर छेद पड़ोसी परमाणु के स्थान पर चला जाएगा। एक निश्चित तापमान पर, क्रिस्टल में एक निश्चित संख्या में तथाकथित इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े बनते हैं।

उसी समय, इलेक्ट्रॉन-छेद पुनर्संयोजन की प्रक्रिया होती है - एक मुक्त इलेक्ट्रॉन से मिलने वाला एक छेद एक जर्मेनियम क्रिस्टल में परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन को पुनर्स्थापित करता है। इस तरह के जोड़े, एक इलेक्ट्रॉन और एक छेद से मिलकर, एक अर्धचालक में न केवल तापमान क्रिया के कारण उत्पन्न हो सकते हैं, बल्कि अर्धचालक के रोशन होने पर भी, अर्थात उस पर ऊर्जा की घटना के कारण उत्पन्न हो सकते हैं। विद्युत चुम्बकीय विकिरण.

यदि अर्धचालक पर कोई बाहरी विद्युत क्षेत्र लागू नहीं होता है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन और छिद्र अराजक तापीय गति में संलग्न होते हैं। लेकिन जब एक अर्धचालक को बाहरी विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो इलेक्ट्रॉन और छिद्र एक क्रमबद्ध तरीके से चलने लगते हैं। ऐसे ही पैदा होता है सेमीकंडक्टर करंट.

इसमें इलेक्ट्रॉन करंट और होल करंट होता है। एक अर्धचालक में, छिद्रों और चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता बराबर होती है और केवल शुद्ध अर्धचालकों में ही ऐसा होता है इलेक्ट्रॉन छेद चालन तंत्र… यह अर्धचालक की आंतरिक विद्युत चालकता है।

अशुद्धता चालन (इलेक्ट्रॉन और छेद)

यदि अर्धचालक में अशुद्धियाँ हैं, तो शुद्ध अर्धचालक की तुलना में इसकी विद्युत चालकता में काफी परिवर्तन होता है। 0.001 परमाणु प्रतिशत की मात्रा में एक सिलिकॉन क्रिस्टल में फास्फोरस के रूप में अशुद्धता जोड़ने से चालकता 100,000 गुना से अधिक बढ़ जाएगी! चालकता पर अशुद्धियों का इतना महत्वपूर्ण प्रभाव समझ में आता है।

अशुद्धता चालकता की वृद्धि के लिए मुख्य स्थिति अशुद्धता की वैलेंस और मूल तत्व की वैलेंस के बीच का अंतर है। ऐसी अशुद्धि चालन कहलाती है अशुद्धता चालन और एक इलेक्ट्रॉन और एक छेद हो सकता है।

एक जर्मेनियम क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनिक चालकता होने लगती है यदि पेंटावैलेंट परमाणु, कहते हैं, आर्सेनिक, इसमें पेश किया जाता है, जबकि जर्मेनियम के परमाणुओं की वैलेंस चार होती है। जब पेंटावैलेंट आर्सेनिक परमाणु जर्मेनियम क्रिस्टल जाली के स्थान पर होता है, तो आर्सेनिक परमाणु के चार बाहरी इलेक्ट्रॉन चार पड़ोसी जर्मेनियम परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन में शामिल होते हैं। आर्सेनिक परमाणु का पांचवां इलेक्ट्रॉन मुक्त हो जाता है, वह आसानी से अपना परमाणु छोड़ देता है।

और इलेक्ट्रॉन द्वारा छोड़ा गया परमाणु अर्धचालक के क्रिस्टल जाली के स्थान पर एक सकारात्मक आयन में बदल जाता है। यह तथाकथित दाता अशुद्धता है जब अशुद्धता की वैलेंस मुख्य परमाणुओं की वैलेंस से अधिक होती है। यहां कई मुक्त इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं, यही कारण है कि अशुद्धता की शुरूआत के साथ, अर्धचालक का विद्युत प्रतिरोध हजारों और लाखों गुना कम हो जाता है। बड़ी मात्रा में अतिरिक्त अशुद्धियों वाला एक अर्धचालक चालकता में धातुओं तक पहुंचता है।

यद्यपि आर्सेनिक-डोप्ड जर्मेनियम क्रिस्टल में आंतरिक चालकता के लिए इलेक्ट्रॉन और छिद्र जिम्मेदार होते हैं, आर्सेनिक परमाणुओं को छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉन मुख्य मुक्त आवेश वाहक होते हैं। ऐसी स्थिति में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता छिद्रों की सांद्रता से बहुत अधिक हो जाती है, और इस प्रकार की चालकता को अर्धचालक की इलेक्ट्रॉनिक चालकता कहा जाता है, और अर्धचालक को ही एक n-प्रकार अर्धचालक कहा जाता है।

यदि जर्मेनियम क्रिस्टल में पेंटावैलेंट आर्सेनिक के स्थान पर ट्राइवैलेंट इंडियम मिलाया जाए तो यह केवल तीन जर्मेनियम परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंध बनाएगा। चौथा जर्मेनियम परमाणु इंडियम परमाणु से असंबद्ध रहेगा। लेकिन पड़ोसी जर्मेनियम परमाणुओं द्वारा एक सहसंयोजक इलेक्ट्रॉन पर कब्जा किया जा सकता है।इंडियम तब एक ऋणात्मक आयन होगा, और पड़ोसी जर्मेनियम परमाणु एक रिक्ति पर कब्जा कर लेगा जहां सहसंयोजक बंधन मौजूद था।

ऐसी अशुद्धता, जब एक अशुद्धता परमाणु इलेक्ट्रॉनों को पकड़ती है, एक स्वीकर्ता अशुद्धता कहलाती है। जब एक स्वीकर्ता अशुद्धता पेश की जाती है, तो क्रिस्टल में कई सहसंयोजक बंधन टूट जाते हैं और कई छेद बन जाते हैं जिनमें इलेक्ट्रॉन सहसंयोजक बंधों से कूद सकते हैं। विद्युत प्रवाह की अनुपस्थिति में, छिद्र बेतरतीब ढंग से क्रिस्टल के ऊपर चले जाते हैं।

एक स्वीकर्ता छिद्रों की बहुतायत के निर्माण के कारण अर्धचालक की चालकता में तेज वृद्धि की ओर जाता है, और इन छिद्रों की एकाग्रता अर्धचालक की आंतरिक विद्युत चालकता के इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता से काफी अधिक होती है। यह होल कंडक्शन है और सेमीकंडक्टर को पी-टाइप सेमीकंडक्टर कहा जाता है। इसमें मुख्य आवेश वाहक छिद्र होते हैं।