क्षेत्र प्रभाव (अर्धचालक)
भौतिकी में, क्षेत्र प्रभाव बाहरी विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा सामग्री की विद्युत चालकता के मॉडुलन को संदर्भित करता है।
एक धातु में, लागू क्षेत्रों पर प्रतिक्रिया करने वाला इलेक्ट्रॉन घनत्व इतना बड़ा होता है कि एक बाहरी विद्युत क्षेत्र सामग्री में बहुत कम दूरी तक ही प्रवेश कर सकता है। हालांकि, एक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों का कम घनत्व (और संभवतः इलेक्ट्रॉन छिद्र) जो एक लागू क्षेत्र का जवाब दे सकता है, पर्याप्त रूप से छोटा है कि क्षेत्र सामग्री में काफी दूर तक प्रवेश कर सकता है। यह क्षेत्र पैठ उसकी सतह के निकट अर्धचालक की चालकता को बदल देती है, और इसे क्षेत्र प्रभाव कहा जाता है। क्षेत्र प्रभाव Schottky डायोड और क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर, विशेष रूप से MOSFET, JFET और MESFET के संचालन को रेखांकित करता है।[1]
भूतल चालन और बैंड बेंडिंग
सतह के चालन में परिवर्तन इसलिए होता है क्योंकि लागू क्षेत्र सतह से काफी गहराई तक इलेक्ट्रॉनों के लिए उपलब्ध ऊर्जा स्तरों को बदल देता है, और बदले में सतह क्षेत्र में ऊर्जा स्तरों के अधिभोग को बदल देता है। इस तरह के प्रभावों का एक विशिष्ट उपचार सामग्री में गहराई के कार्य के रूप में बैंड किनारों की ऊर्जा में स्थिति दिखाते हुए एक बैंड झुकने | बैंड-झुकने आरेख पर आधारित है।
एक उदाहरण बैंड-बेंडिंग आरेख चित्र में दिखाया गया है। सुविधा के लिए, ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनवोल्ट में व्यक्त किया जाता है और वोल्टेज को वोल्ट में व्यक्त किया जाता है, प्राथमिक आवेश के लिए कारक q की आवश्यकता से बचा जाता है। चित्र में, एक दो-परत संरचना को दिखाया गया है, जिसमें बाएं हाथ की परत के रूप में एक इन्सुलेटर (बिजली) और दाएं हाथ की परत के रूप में अर्धचालक शामिल है। इस तरह की संरचना का एक उदाहरण एमओएस कैपेसिटर है, एक मेटल गेट कॉन्टैक्ट से बना एक दो-टर्मिनल स्ट्रक्चर, बॉडी कॉन्टैक्ट के साथ एक सेमीकंडक्टर बॉडी (जैसे सिलिकॉन), और एक इंटरवेनिंग इंसुलेटिंग लेयर (जैसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड, इसलिए पदनाम ओ)। बाएं पैनल चालन बैंड का निम्नतम ऊर्जा स्तर और वैलेंस और चालन बैंड का उच्चतम ऊर्जा स्तर दिखाते हैं। ये स्तर एक सकारात्मक वोल्टेज V के अनुप्रयोग से मुड़े हुए हैं। सम्मेलन द्वारा, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को दिखाया गया है, इसलिए सतह को भेदने वाला एक सकारात्मक वोल्टेज चालन बढ़त को कम करता है। एक धराशायी रेखा अधिभोग की स्थिति को दर्शाती है: इस फर्मी स्तर के नीचे राज्यों पर कब्जा होने की अधिक संभावना है, चालन बैंड फर्मी स्तर के करीब जाता है, यह दर्शाता है कि अधिक इलेक्ट्रॉन इन्सुलेटर के पास संचालन बैंड में हैं।
थोक क्षेत्र
चित्र में उदाहरण बल्क सामग्री में फर्मी स्तर को लागू क्षेत्र की सीमा से परे वैलेंस बैंड किनारे के करीब झूठ बोलने के रूप में दिखाता है। अधिभोग स्तर के लिए यह स्थिति सेमीकंडक्टर में अशुद्धियों को पेश करके व्यवस्थित की जाती है। इस मामले में अशुद्धियाँ तथाकथित स्वीकर्ता हैं जो वैलेंस बैंड से इलेक्ट्रॉनों को नकारात्मक रूप से आवेशित कर लेती हैं, अर्धचालक सामग्री में स्थिर आयन होते हैं। हटाए गए इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस बैंड स्तरों से खींचा जाता है, जो वैलेंस बैंड में रिक्त स्थान या छेद छोड़ते हैं। चार्ज तटस्थता क्षेत्र-मुक्त क्षेत्र में प्रबल होती है क्योंकि एक नकारात्मक स्वीकर्ता आयन मेजबान सामग्री में सकारात्मक कमी पैदा करता है: एक छेद एक इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति है, यह एक सकारात्मक चार्ज की तरह व्यवहार करता है। जहां कोई क्षेत्र मौजूद नहीं है, तटस्थता प्राप्त की जाती है क्योंकि नकारात्मक स्वीकर्ता आयन सकारात्मक छिद्रों को ठीक से संतुलित करते हैं।
भूतल क्षेत्र
अगला बैंड झुकने का वर्णन किया गया है। इन्सुलेटर के बाएं चेहरे पर एक सकारात्मक चार्ज रखा जाता है (उदाहरण के लिए मेटल गेट इलेक्ट्रोड का उपयोग करना)। इन्सुलेटर में कोई चार्ज नहीं होता है इसलिए विद्युत क्षेत्र स्थिर होता है, जिससे इस सामग्री में वोल्टेज का एक रैखिक परिवर्तन होता है। नतीजतन, इन्सुलेटर चालन और वैलेंस बैंड इसलिए आंकड़े में सीधी रेखाएं हैं, जो बड़े इन्सुलेटर ऊर्जा अंतर से अलग होती हैं।
शीर्ष पैनल में दिखाए गए छोटे वोल्टेज पर सेमीकंडक्टर में, इन्सुलेटर के बाएं चेहरे पर रखा गया सकारात्मक चार्ज वैलेंस बैंड एज की ऊर्जा को कम करता है। नतीजतन, इन राज्यों को पूरी तरह से एक तथाकथित कमी की गहराई पर कब्जा कर लिया गया है, जहां थोक अधिभोग खुद को पुन: स्थापित करता है क्योंकि क्षेत्र आगे नहीं घुस सकता है। क्योंकि इन स्तरों के कम होने के कारण सतह के पास वैलेंस बैंड का स्तर पूरी तरह से भर जाता है, सतह के पास केवल स्थिर नकारात्मक स्वीकर्ता-आयन आवेश मौजूद होते हैं, जो छिद्रों के बिना विद्युत रूप से इन्सुलेट क्षेत्र बन जाते हैं (कमी परत)। इस प्रकार, क्षेत्र पैठ को गिरफ्तार किया जाता है जब खुला नकारात्मक स्वीकर्ता आयन चार्ज इन्सुलेटर सतह पर रखे सकारात्मक चार्ज को संतुलित करता है: शुद्ध नकारात्मक स्वीकर्ता आयन चार्ज को गेट पर सकारात्मक चार्ज को संतुलित करने के लिए कमी परत इसकी गहराई को समायोजित करती है।
उलटा
कंडक्शन बैंड एज को भी कम किया जाता है, इन राज्यों के इलेक्ट्रॉन अधिभोग में वृद्धि होती है, लेकिन कम वोल्टेज पर यह वृद्धि महत्वपूर्ण नहीं होती है। बड़े लागू वोल्टेज पर, हालांकि, नीचे के पैनल के रूप में, चालन बैंड किनारे को एक संकीर्ण सतह परत में इन स्तरों की महत्वपूर्ण आबादी का कारण बनने के लिए पर्याप्त रूप से कम किया जाता है, जिसे व्युत्क्रम परत कहा जाता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन मूल रूप से पॉप्युलेटिंग छिद्रों के विपरीत ध्रुवीयता में होते हैं। अर्धचालक। उलटा परत में इलेक्ट्रॉन चार्ज की शुरुआत एक लागू थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर बहुत महत्वपूर्ण हो जाती है, और एक बार लागू वोल्टेज इस मान से अधिक हो जाने पर तटस्थता लगभग पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनों को उलटा परत में जोड़कर प्राप्त की जाती है, बजाय स्वीकर्ता आयन चार्ज में वृद्धि के। कमी परत का विस्तार। इस बिंदु पर सेमीकंडक्टर में आगे की फील्ड पैठ को रोका जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन घनत्व थ्रेशोल्ड वोल्टेज से परे बैंड-झुकने के साथ तेजी से बढ़ता है, प्रभावी रूप से थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर इसके मूल्य पर कमी परत की गहराई को कम करता है।
संदर्भ
- ↑ The acronyms stand for Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, Junction Field Effect Transistor, and MEtal Semiconductor Field Effect Transistor. For a discussion see, for example, M K Achuthan K N Bhat (2007). "Chapter 10: Metal semiconductor contacts: Metal semiconductor and junction field effect transistors". Fundamentals of semiconductor devices. Tata McGraw-Hill. pp. 475 ff. ISBN 978-0070612204.
This article incorporates material from the Citizendium article "Field effect#Field effect", which is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License but not under the GFDL.
