बाह्य अर्धचालक

एक बाह्य अर्धचालक वह अर्धचालक है जिसे अर्धचालक क्रिस्टल के निर्माण के दौरान अपमिश्रित ( डोप ) किया जाता है। एक सूक्ष्म तत्व या रसायन जिसे डोपिंग एजेंट कहा जाता है, को क्रिस्टल में रासायनिक रूप से शुद्ध अर्धचालक क्रिस्टल की तुलना में अलग-अलग विद्युत गुण देने के उद्देश्य से शामिल किया गया है, जिसे आंतरिक अर्धचालक कहा जाता है। एक बाह्य अर्धचालक की क्रिस्टल जाली में ये विजातीय अपमिश्रण ( डोपेंट ) परमाणु होते हैं जो मुख्य रूप से आवेश वाहक प्रदान करते हैं व क्रिस्टल के माध्यम से विद्युत प्रवाह को ले जाते हैं। उपयोग किए जाने वाले अपमिश्रण कारक ( डोपिंग एजेंट ) दो प्रकार के होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप दो प्रकार के बाह्य अर्धचालक होते हैं। एकइलेक्ट्रॉन दाता अपमिश्रक (डोपेंट) परमाणु है, जो क्रिस्टल में शामिल होने पर, एक गतिशील इलेक्ट्रॉन को क्रिस्टल जाली से मुक्त करता है। एक बाह्य अर्धचालक जिसे इलेक्ट्रॉन दाता परमाणुओं के साथ अपमिश्रित (डोप) किया गया है, को n-टाइप अर्धचालक कहा जाता है, क्योंकि क्रिस्टल में अधिकांश आवेश वाहक नकारात्मक इलेक्ट्रॉन होते हैं। एकइलेक्ट्रॉन ग्राही अपमिश्रक ( डोपेंंट ) परमाणु है जो जाली से एक इलेक्ट्रॉन को ग्रहण करता है व एक रिक्ति बनाता है। जहां एक इलेक्ट्रॉन को कोटर ( होल्स ) कहा जाना चाहिए जो क्रिस्टल के माध्यम से एक सकारात्मक रूप से आवेशित किए गए कण की तरह आगे बढ़ सकता है। एक बाह्य अर्धचालक जिसे इलेक्ट्रॉन ग्राही परमाणुओं के साथ अपमिश्रित ( डोप ) किया गया है को p-टाइप अर्धचालक कहा जाता है, क्योंकि क्रिस्टल में अधिकांश चार्ज वाहक सकारात्मक कोटर ( होल्स ) हैं।

अपमिश्रण ( डोपिंग ), विद्युत व्यवहार की असाधारण रूप से विस्तृत श्रृंखला की कुंजी है जो अर्धचालक प्रदर्शित कर सकती हैं। बाह्य अर्धचालक का उपयोग अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे डायोड, ट्रांजिस्टर, एकीकृत सर्किट, अर्धचालक लेजर, एलईडी और फोटोवोल्टिक कोशिकाओं को बनाने के लिए किया जाता है। फोटोलिथोग्राफी जैसी उन्नत अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाएं एक ही अर्धचालक क्रिस्टल वेफर के विभिन्न क्षेत्रों में विभिन्न अपमिश्रित ( डोपेंट ) तत्वों का प्रत्यारोपण कर सकती हैं, जिससे वेफर की सतह पर अर्धचालक उपकरण बनते हैं। उदाहरण के लिए, ट्रांजिस्टर के सामान्य प्रकार, एन-पी-एन (n-p-n) द्विध्रुव ट्रांजिस्टर, n-टाइप अर्धचालक के दो क्षेत्रों के साथ एक बाहरी अर्धचालक क्रिस्टल होते हैं, जो प्रत्येक भाग से जुड़े धातु संपर्कों के साथ p-टाइप अर्धचालक के एक क्षेत्र द्वारा अलग होते हैं।

अर्धचालकों में चालन

एक ठोस पदार्थ विद्युत प्रवाह का संचालन तभी कर सकता है जब उसमें आवेशित कण, इलेक्ट्रॉन हों, जो घूमने के लिए स्वतंत्र हों और परमाणुओं से जुड़े न हों। एक धात्विक चालक में, यह धातु के परमाणु होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों को प्रदान करते हैं, सामान्यतः प्रत्येक धातु परमाणु अपने बाहरी कक्षीय इलेक्ट्रॉनों में से एक को एक चालन इलेक्ट्रॉन बनने के लिए मुक्त करता है जो पूरे क्रिस्टल में स्थान-परिवर्तन कर सकता है और विद्युत प्रवाह को ले जा सकता है। इसलिए एक धातु में चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या परमाणुओं की संख्या के बराबर होती है। इनकी एक बहुत बड़ी संख्या, धातुओं को अच्छा सुचालक बनाती हैं।

धातुओं के विपरीत, परमाणु जो विस्तृत अर्धचालक क्रिस्टल बनाते हैं, वे उन इलेक्ट्रॉनों को प्रदान नहीं करते हैं जो चालन के लिए जिम्मेदार होते हैं। अर्धचालकों में, विद्युत चालन गतिशील आवेश वाहक, इलेक्ट्रॉनों या कोटर (होल्स) के कारण होता है जो क्रिस्टल में अशुद्धियों या डोपेंट परमाणुओं द्वारा प्रदान किए जाते हैं। एक बाह्य अर्धचालक में, क्रिस्टल में अपमिश्रित ( डोपिंग ) परमाणुओं की सांद्रता काफी हद तक आवेश वाहकों के घनत्व को निर्धारित करती है, जो इसकी विद्युत चालकता, साथ ही साथ कई अन्य विद्युत गुणों को निर्धारित करती है। यह अर्धचालकों की बहुविज्ञता की कुंजी है अपमिश्रण ( डोपिंग ) द्वारा परिमाण के कई आदेशों पर उनकी चालकता में बदलाव किया जा सकता है।

अर्धचालक अपमिश्रण (डोपिंग)

अर्धचालक अपमिश्रण (डोपिंग) वह प्रक्रिया है जो एक आंतरिक अर्धचालक को एक बाह्य अर्धचालक में बदल देती है। अपमिश्रण के दौरान, अशुद्ध परमाणुओं को एक आंतरिक अर्धचालक से मिलाया जाता है। अशुद्ध परमाणु आंतरिक अर्धचालक के परमाणुओं की तुलना में एक अलग तत्व के परमाणु होते हैं। अशुद्ध परमाणु आंतरिक अर्धचालक के दाताओं या ग्राही के रूप में कार्य करते हैं, जो अर्धचालक के इलेक्ट्रॉन और कोटर (होल्स) की सांद्रता को बदलते हैं। आंतरिक अर्धचालक पर उनके प्रभाव के आधार पर अशुद्ध परमाणुओं को दाता या ग्राही परमाणुओं के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

दाता अशुद्ध परमाणुओं में परमाणुओं की तुलना में अधिक वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं जब वे आंतरिक अर्धचालक जाली में बदलते हैं। दाता अशुद्धियां अपने अतिरिक्त वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को एक अर्धचालक के चालन बैंड को दान करती हैं, जो आंतरिक अर्धचालक को अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करती हैं। अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन, अर्धचालक के इलेक्ट्रॉन वाहक सांद्रता (n₀) को बढ़ाते हैं, जिससे यह n-टाइप बन जाता है।

ग्राही अशुद्ध परमाणुओं में परमाणुओं की तुलना में कम वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं जब वे आंतरिक अर्धचालक जाली में बदलते हैं। वे अर्धचालक के वैलेंस बैंड से इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करते हैं। यह आंतरिक अर्धचालक को अतिरिक्त कोटर (होल्स) प्रदान करते है। अतिरिक्त कोटर, कोटर वाहक सांद्रता (p₀) को बढ़ाते हैं, जिससे एक p-टाइप अर्धचालक का निर्माण होता है।

अर्धचालक और अपमिश्रित परमाणुओं को आवर्त सारणी के कॉलम द्वारा परिभाषित किया जाता है जिसमें वे गिरते हैं। अर्धचालक की कॉलम परिभाषा यह निर्धारित करती है कि इसके परमाणुओं में कितने वैलेंस इलेक्ट्रॉनों हैं और क्या अपमिश्रित ( डोपेंट ) परमाणु अर्धचालक के दाताओं या ग्राही के रूप में कार्य करते हैं।

अर्धचालक, समूह IV व समूह V के परमाणुओं का उपयोग दाताओं के रूप में और समूह III के परमाणुओं का उपयोग ग्राही के रूप में करते हैं।

समूह III-V अर्धचालक, यौगिक अर्धचालक, समूह VI के परमाणुओं का उपयोग दाताओं के रूप में और समूह II के परमाणुओं का उपयोग ग्राही के रूप में करते हैं। समूह III-V अर्धचालक समूह IV परमाणुओं का उपयोग दाताओं या ग्राही के रूप में भी कर सकते हैं। जब समूह IV के परमाणु अर्धचालक जाली में समूह III के तत्व को प्रतिस्थापित करता है, तो समूह IV के परमाणु एक दाता के रूप में कार्य करते है। इसके विपरीत, जब समूह IV का परमाणु समूह V के तत्व को प्रतिस्थापित करता है, तो समूह IV का परमाणु एक ग्राही के रूप में कार्य करता है। समूह IV के परमाणु दाताओं और ग्राही दोनों के रूप में कार्य कर सकते हैं इसलिए, उन्हें उभयधर्मी अशुद्धियों के रूप में जाना जाता है।

	Intrinsic semiconductor	Donor atoms (n-Type Semiconductor)	Acceptor atoms (p-Type Semiconductor)
Group IV semiconductors	Silicon, Germanium	Phosphorus, Arsenic, Antimony	Boron, Aluminium, Gallium
Group III–V semiconductors	Aluminum phosphide, Aluminum arsenide, Gallium arsenide, Gallium nitride	Selenium, Tellurium, Silicon, Germanium	Beryllium, Zinc, Cadmium, Silicon, Germanium

दो प्रकार के अर्धचालक

N-टाइप अर्धचालक

एन-टाइप सेमीकंडक्टर की बैंड संरचना।चालन बैंड में डार्क सर्कल इलेक्ट्रॉन हैं और वैलेंस बैंड में हल्के घेरे छेद हैं।छवि से पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन बहुसंख्यक चार्ज वाहक हैं।

See also: NMOS logic and Depletion-load NMOS logic

N-टाइप अर्धचालक निर्माण के दौरान एक इलेक्ट्रॉन दाता तत्व के साथ एक आंतरिक अर्धचालक को डोपिंग करके बनाया जाता है। n-टाइप शब्द इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक आवेश से आया है। n-टाइप अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉन बहुसंख्यक वाहक होते हैं और कोटर (होल्स) अल्पसंख्यक वाहक होते हैं। n-टाइप सिलिकॉन के लिए एक सामान्य डोपेंट फास्फोरस या आर्सेनिक है। एक n-टाइप अर्धचालक में, फर्मी स्तर आंतरिक अर्धचालक की तुलना में अधिक होता है और संयोजकता बैंड की तुलना में चालन बैंड के करीब होता है।

उदाहरण: फास्फोरस, आर्सेनिक, एंटीमनी, आदि।

P-टाइप अर्धचालक

एक पी-प्रकार के अर्धचालक की बैंड संरचना।चालन बैंड में डार्क सर्कल इलेक्ट्रॉन हैं और वैलेंस बैंड में हल्के घेरे छेद हैं।छवि से पता चलता है कि छेद बहुसंख्यक चार्ज वाहक हैं

See also: PMOS logic

P-टाइप अर्धचालक निर्माण के दौरान एक इलेक्ट्रॉन ग्राही तत्व के साथ एक आंतरिक अर्धचालक को अपमिश्रित ( डोपिंग ) करके बनाया जाता है। p-टाइप शब्द एक कोटर (होल्स) के सकारात्मक आवेश को संदर्भित करता है। n-टाइप अर्धचालक के विपरीत, p-टाइप अर्धचालक में इलेक्ट्रान-सांद्रता की तुलना में अधिक कोटर (होल्स) सांद्रता होती है। p-टाइप अर्धचालक में, कोटर बहुसंख्यक वाहक होते हैं और इलेक्ट्रॉन अल्पसंख्यक वाहक होते हैं। सिलिकॉन के लिए एक सामान्य p-टाइप डोपेंट बोरान या गैलियम है। p-टाइप अर्धचालक के लिए फर्मी स्तर आंतरिक अर्धचालक से नीचे है और चालन बैंड की तुलना में वैलेंस बैंड के करीब है।

उदाहरण: बोरान, एल्यूमीनियम, गैलियम, आदि।

बाह्य अर्धचालक का उपयोग

बाह्य अर्धचालक, कई सामान्य विद्युत उपकरणों के घटक हैं। एक अर्धचालक डायोड ( उपकरण जो केवल एक दिशा में करंट की अनुमति देते हैं ) में p-टाइप और n-टाइप अर्धचालक एक दूसरे के साथ जंक्शन में रखे जाते हैं। वर्तमान में, अधिकांश अर्धचालक डायोड डोप्ड सिलिकॉन या जर्मेनियम का उपयोग करते हैं।

ट्रांजिस्टर (उपकरण जो वर्तमान स्विचिंग को सक्षम करते हैं) भी बाह्य अर्धचालक का उपयोग करते हैं। द्विध्रुवी (बाइपोलर) जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT), जो करंट को बढ़ाते हैं, एक प्रकार के ट्रांजिस्टर हैं। सबसे आम BJTs, NPN और PNP टाइप हैं। n-p-n ट्रांजिस्टर में n--टाइप अर्धचालक की दो परतें हैं जो p-टाइप अर्धचालक को सैंडविच करते हैं। p-n-p ट्रांजिस्टर में p-टाइप अर्धचालक की दो परतें हैं जो n-टाइप अर्धचालक को सैंडविच करते हैं।

फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) एक अन्य प्रकार के ट्रांजिस्टर हैं जो वर्तमान कार्यान्वयन वाले बाह्य अर्धचालकों को बढ़ाते हैं। BJTs के विपरीत, उन्हें एकध्रुवीय कहा जाता है क्योंकि वे एकल वाहक प्रकार का संचालन शामिल करते हैं या तो N-चैनल या P-चैनल। FETs को दो वर्गो में विभाजित किया जाता है, जंक्शन गेट FET (JFET), जो तीन टर्मिनल अर्धचालक हैं, और विद्युत रोधी ( इंसुलेटेड ) गेट FET (IGFET), जो चार टर्मिनल अर्धचालक हैं।

बाह्य अर्धचालक को लागू करने वाले अन्य उपकरण:

• लेजर
• सौर कोशिकाएं
• फोटोडेटेक्टर्स
• प्रकाश उत्सर्जक डायोड
• थाइरिस्टर

यह भी देखें

• आंतरिक अर्धचालक
• अप मिश्रित अर्धचालक
• अर्धचालक सामग्री की सूची

संदर्भ

• Neamen, Donald A. (2003). Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles (3rd ed.). McGraw-Hill Higher Education. ISBN 0-07-232107-5.

बाहरी संबंध

• Howstuffworks: How Semiconductors Work]