बाह्य अर्धचालक
एक बाहरी अर्धचालक वह है जिसे डोपेड किया गया है; सेमीकंडक्टर क्रिस्टल के निर्माण के दौरान एक ट्रेस तत्व या रसायन जिसे डोपिंग एजेंट कहा जाता है, को क्रिस्टल में रासायनिक रूप से शामिल किया गया है, इसे शुद्ध अर्धचालक क्रिस्टल की तुलना में अलग -अलग विद्युत गुण देने के उद्देश्य से, जिसे आंतरिक सेमीकंडक्टर कहा जाता है। एक बाहरी अर्धचालक में यह क्रिस्टल जाली में ये विदेशी डोपेंट परमाणु हैं जो मुख्य रूप से चार्ज वाहक प्रदान करते हैं जो क्रिस्टल के माध्यम से विद्युत प्रवाह को ले जाते हैं। उपयोग किए जाने वाले डोपिंग एजेंट दो प्रकार के होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप दो प्रकार के बाहरी अर्धचालक होते हैं। एक इलेक्ट्रॉन डोनर डोपेंट एक परमाणु है, जो क्रिस्टल में शामिल होने पर, एक मोबाइल चालन इलेक्ट्रॉन को क्रिस्टल जाली में जारी करता है। एक बाहरी अर्धचालक जिसे इलेक्ट्रॉन दाता परमाणुओं के साथ डोप किया गया है, को एन-टाइप सेमीकंडक्टर कहा जाता है, क्योंकि क्रिस्टल में अधिकांश चार्ज वाहक नकारात्मक इलेक्ट्रॉन हैं। एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता डोपेंट एक परमाणु है जो जाली से एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है, एक रिक्ति बनाता है जहां एक इलेक्ट्रॉन को छेद कहा जाना चाहिए जो क्रिस्टल के माध्यम से एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण की तरह आगे बढ़ सकता है। एक बाहरी अर्धचालक जिसे इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता परमाणुओं के साथ डोप किया गया है, को पी-टाइप सेमीकंडक्टर कहा जाता है, क्योंकि क्रिस्टल में अधिकांश चार्ज वाहक सकारात्मक छेद हैं।
डोपिंग विद्युत व्यवहार की असाधारण रूप से विस्तृत श्रृंखला की कुंजी है जो अर्धचालक प्रदर्शित कर सकते हैं, और बाहरी अर्धचालक का उपयोग अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे डायोड, ट्रांजिस्टर, एकीकृत सर्किट, सेमीकंडक्टर लेजर, एलईडी और फोटोवोल्टिक कोशिकाओं को बनाने के लिए किया जाता है। फोटोलिथोग्राफी जैसी परिष्कृत अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाएं एक ही अर्धचालक क्रिस्टल वेफर के विभिन्न क्षेत्रों में विभिन्न डोपेंट तत्वों को प्रत्यारोपण कर सकती हैं, जिससे वेफर की सतह पर अर्धचालक उपकरण बनते हैं। उदाहरण के लिए, ट्रांजिस्टर के एक सामान्य प्रकार, एन-पी-एन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर, एन-टाइप सेमीकंडक्टर के दो क्षेत्रों के साथ एक बाहरी अर्धचालक क्रिस्टल होते हैं, जो प्रत्येक भाग से जुड़े धातु संपर्कों के साथ पी-प्रकार सेमीकंडक्टर के एक क्षेत्र द्वारा अलग होते हैं।
अर्धचालक में चालन
एक ठोस पदार्थ केवल विद्युत प्रवाह का संचालन कर सकता है, जब इसमें चार्ज कण, इलेक्ट्रॉनों होते हैं, जो परमाणुओं से जुड़े और न ही संलग्न नहीं होते हैं। एक धातु कंडक्टर में, यह धातु परमाणु है जो इलेक्ट्रॉनों को प्रदान करते हैं; आमतौर पर प्रत्येक धातु परमाणु अपने बाहरी कक्षीय इलेक्ट्रॉनों में से एक को एक चालन इलेक्ट्रॉन बनने के लिए जारी करता है जो पूरे क्रिस्टल के बारे में स्थानांतरित 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, एक बहुत बड़ी संख्या, धातुओं को अच्छे कंडक्टर बनाते हैं।
धातुओं के विपरीत, परमाणु जो थोक अर्धचालक क्रिस्टल बनाते हैं, वे इलेक्ट्रॉनों को प्रदान नहीं करते हैं जो चालन के लिए जिम्मेदार हैं। अर्धचालकों में, विद्युत चालन मोबाइल चार्ज वाहक, इलेक्ट्रॉनों या छेदों के कारण होता है जो क्रिस्टल में अशुद्धियों या डोपेंट परमाणुओं द्वारा प्रदान किए जाते हैं। एक बाहरी अर्धचालक में, क्रिस्टल में डोपिंग परमाणुओं की एकाग्रता काफी हद तक चार्ज वाहक के घनत्व को निर्धारित करती है, जो इसकी विद्युत चालकता को निर्धारित करती है, साथ ही एक महान कई अन्य विद्युत गुणों को भी निर्धारित करती है। यह अर्धचालकों की बहुमुखी प्रतिभा की कुंजी है; उनकी चालकता को डोपिंग द्वारा परिमाण के कई आदेशों पर हेरफेर किया जा सकता है।
सेमीकंडक्टर डोपिंग
सेमीकंडक्टर डोपिंग वह प्रक्रिया है जो एक आंतरिक अर्धचालक को एक बाहरी अर्धचालक के लिए बदलता है।डोपिंग के दौरान, अशुद्धता परमाणुओं को एक आंतरिक अर्धचालक के लिए पेश किया जाता है।अशुद्धता परमाणु आंतरिक अर्धचालक के परमाणुओं की तुलना में एक अलग तत्व के परमाणु होते हैं।अशुद्धता परमाणु आंतरिक अर्धचालक के लिए दाताओं या स्वीकारकर्ता के रूप में कार्य करते हैं, जो अर्धचालक के इलेक्ट्रॉन और छेद सांद्रता को बदलते हैं।अशुद्धता परमाणुओं को या तो दाता या स्वीकर्ता परमाणुओं के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जो कि आंतरिक अर्धचालक पर होने वाले प्रभाव के आधार पर होता है।
डोनर अशुद्धता परमाणुओं में परमाणुओं की तुलना में अधिक वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं जो वे आंतरिक अर्धचालक जाली में बदलते हैं।डोनर 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 इलेक्ट्रॉन वाहक एकाग्रता को बढ़ाते हैं (एन)0) अर्धचालक का, यह एन-टाइप बनाता है।
स्वीकर्ता अशुद्धता परमाणुओं में परमाणुओं की तुलना में कम वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं जो वे आंतरिक अर्धचालक जाली में बदलते हैं।वे सेमीकंडक्टर के वैलेंस बैंड से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हैं।यह आंतरिक अर्धचालक को अतिरिक्त छेद प्रदान करता है।अतिरिक्त छेद छेद वाहक एकाग्रता को बढ़ाते हैं (पी)0सेमीकंडक्टर का, एक पी-प्रकार सेमीकंडक्टर का निर्माण।
अर्धचालक और डोपेंट परमाणुओं को आवर्त सारणी के स्तंभ द्वारा परिभाषित किया जाता है जिसमें वे गिरते हैं।सेमीकंडक्टर की स्तंभ परिभाषा यह निर्धारित करती है कि इसके परमाणुओं में कितने वैलेंस इलेक्ट्रॉनों हैं और क्या डोपेंट परमाणु सेमीकंडक्टर के दाताओं या स्वीकारकर्ताओं के रूप में कार्य करते हैं।
समूह IV अर्धचालक समूह V परमाणुओं का उपयोग दाताओं के रूप में और समूह III परमाणुओं के रूप में स्वीकार करने वाले के रूप में करते हैं।
समूह III -वी अर्धचालक, यौगिक अर्धचालक, समूह VI परमाणुओं का उपयोग दाताओं के रूप में और समूह II परमाणुओं के रूप में स्वीकार करने वाले के रूप में करते हैं।समूह III -वी सेमीकंडक्टर्स समूह IV परमाणुओं का उपयोग या तो दाताओं या स्वीकर्ता के रूप में कर सकते हैं।जब एक समूह IV परमाणु सेमीकंडक्टर जाली में समूह III तत्व की जगह लेता है, तो समूह IV परमाणु एक दाता के रूप में कार्य करता है।इसके विपरीत, जब एक समूह IV परमाणु समूह V तत्व की जगह लेता है, तो समूह IV परमाणु एक स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है।समूह IV परमाणु दाताओं और स्वीकर्ता दोनों के रूप में कार्य कर सकते हैं;इसलिए, उन्हें एम्फ़ोटेरिक 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
एन-प्रकार सेमीकंडक्टर्स
एन-टाइप अर्धचालक निर्माण के दौरान एक इलेक्ट्रॉन दाता तत्व के साथ एक आंतरिक अर्धचालक को डोपिंग करके बनाया जाता है।एन-टाइप शब्द इलेक्ट्रॉन के नकारात्मक चार्ज से आता है।एन-प्रकार के अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉन बहुसंख्यक वाहक होते हैं और छेद अल्पसंख्यक वाहक होते हैं।एन-टाइप सिलिकॉन के लिए एक सामान्य डोपेंट फास्फोरस या आर्सेनिक है।एक एन-प्रकार के अर्धचालक में, फर्मी स्तर आंतरिक अर्धचालक की तुलना में अधिक है और वैलेंस बैंड की तुलना में चालन बैंड के करीब है।
उदाहरण: फास्फोरस, आर्सेनिक, एंटीमनी, आदि।
पी-प्रकार सेमीकंडक्टर्स
पी-प्रकार सेमीकंडक्टर्स निर्माण के दौरान एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता तत्व के साथ एक आंतरिक अर्धचालक को डोपिंग करके बनाया जाता है।पी-टाइप शब्द एक छेद के सकारात्मक आवेश को संदर्भित करता है।एन-प्रकार के अर्धचालक के विपरीत, पी-प्रकार सेमीकंडक्टर्स में इलेक्ट्रॉन एकाग्रता की तुलना में एक बड़ा छेद एकाग्रता होती है।पी-प्रकार के अर्धचालक में, छेद बहुसंख्यक वाहक होते हैं और इलेक्ट्रॉन अल्पसंख्यक वाहक होते हैं।सिलिकॉन के लिए एक सामान्य पी-टाइप डोपेंट बोरान या गैलियम है।पी-प्रकार के 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।
बाहरी अर्धचालक का उपयोग
एक्सट्रिंसिक अर्धचालक कई सामान्य विद्युत उपकरणों के घटक हैं।एक अर्धचालक डायोड (उपकरण जो केवल एक दिशा में वर्तमान की अनुमति देते हैं) में पी-टाइप और एन-प्रकार के अर्धचालक होते हैं जो पी-एन जंक्शन में रखे गए हैं। एक दूसरे के साथ जंक्शन।वर्तमान में, अधिकांश अर्धचालक डायोड डोपेड सिलिकॉन या जर्मेनियम का उपयोग करते हैं।
ट्रांजिस्टर (डिवाइस जो वर्तमान स्विचिंग को सक्षम करते हैं) भी बाहरी अर्धचालक का उपयोग करते हैं।द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT), जो वर्तमान को बढ़ाते हैं, एक प्रकार के ट्रांजिस्टर हैं।सबसे आम BJTS NPN और PNP प्रकार हैं।एनपीएन ट्रांजिस्टर में एन-प्रकार के अर्धचालक की दो परतें हैं जो पी-टाइप सेमीकंडक्टर को सैंडविच करते हैं।पीएनपी ट्रांजिस्टर में पी-प्रकार के अर्धचालक की दो परतें हैं जो एन-टाइप सेमीकंडक्टर को सैंडविच करते हैं।
फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) एक अन्य प्रकार के ट्रांजिस्टर हैं जो वर्तमान कार्यान्वयन को एक्सट्रिंसिक सेमीकंडक्टर्स को बढ़ाते हैं।BJTS के विपरीत, उन्हें एकध्रुवीय कहा जाता है क्योंकि वे एकल वाहक प्रकार का संचालन शामिल करते हैं – या तो एन-चैनल या पी-चैनल।FETs को दो परिवारों, जंक्शन गेट FET (JFET) में तोड़ा जाता है, जो तीन टर्मिनल सेमीकंडक्टर्स हैं, और अछूता गेट FET (IGFET), जो चार टर्मिनल अर्धचालक हैं।
अन्य डिवाइस एक्सट्रिंसिक सेमीकंडक्टर को लागू करते हैं:
- लेज़र्स
- सौर कोशिकाएं
- फोटोडेटेक्टर्स
- प्रकाश उत्सर्जक डायोड
- Thyristors
यह भी देखें
- आंतरिक अर्धचालक
- डोपिंग (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.
