अर्धचालक युक्ति

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अर्धचालक उपकरण एक इलेक्ट्रॉनिक घटक है जो अपने कार्य के लिए अर्धचालक सामग्री (मुख्य रूप से सिलिकॉन, जर्मेनियम और गैलियम आर्सेनाइड, साथ ही कार्बनिक अर्धचालक) के इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर निर्भर करता है। इसकी चालकता कंडक्टर और विसंवाहक के बीच है। अर्धचालक उपकरणों ने अधिकांश अनुप्रयोगों में वैक्यूम ट्यूबों को बदल दिया है। वे एक निर्वात में मुक्त इलेक्ट्रॉनों (सामान्यतया पर थर्मिओनिक उत्सर्जन द्वारा मुक्त) या आयनित गैस (गैसों में विद्युत निर्वहन) के माध्यम से मुक्त इलेक्ट्रॉनों और आयनों के बजाय ठोस अवस्था में विद्युत प्रवाह का संचालन करते हैं। अर्धचालक उपकरणों को एकल असतत उपकरणों और एकीकृत सर्किट (आईसी) चिप्स के रूप में निर्मित किया जाता है, जिसमें दो या दो से अधिक डिवाइस होते हैं-जो सैकड़ों से लेकर अरबों तक हो सकते हैं- अर्धचालक वेफर (जिसे सब्सट्रेट भी कहा जाता है) पर निर्मित और परस्पर जुड़ा हुआ है। .

कुछ पैकेज्ड अर्धचालक उपकरणों की रूपरेखा

अर्धचालक सामग्री मूल्यवान हैं क्योंकि डोपिंग के रूप में ज्ञात अशुद्धियों के जानबूझकर जोड़ से उनके व्यवहार को आसानी से हेरफेर किया जा सकता है। अर्धचालक चालकता को विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र शुरू करके, प्रकाश या गर्मी के संपर्क में आने से, या डोप्ड मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन ग्रिड के यांत्रिक विरूपण द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है; इस प्रकार, अर्धचालक उत्कृष्ट सेंसर बना सकते हैं। अर्धचालक में वर्तमान प्रवाहकत्त्व मोबाइल या "मुक्त" इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन छिद्रों के कारण होता है, जिन्हें सामूहिक रूप से चार्ज वाहक के रूप में जाना जाता है। फास्फोरस या बोरॉन जैसे परमाणु अशुद्धता के एक छोटे अनुपात के साथ अर्धचालक को डोपिंग करने से अर्धचालक के भीतर मुक्त इलेक्ट्रॉनों या छेदों की संख्या बहुत बढ़ जाती है। जब डोप किए गए अर्धचालक में अतिरिक्त छिद्र होते हैं, तो इसे p-टाइप अर्धचालक कहा जाता है (p धनात्मक विद्युत आवेश के लिए); जब इसमें अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो इसे n-टाइप का अर्धचालक कहा जाता है (n ऋणात्मक विद्युत आवेश के लिए)। अधिकांश मोबाइल चार्ज वाहकों का ऋणात्मक आवेश होता है। अर्धचालक्स का निर्माण p- और n-टाइप डोपेंट्स के स्थान और एकाग्रता को ठीक से नियंत्रित करता है। n-टाइप और p-टाइप अर्धचालकों का संयोजन p-n संधि बनाता है।

दुनिया में सबसे साधारण अर्धचालक उपकरण MOSFET(मॉसफेट) (मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर) है,[1] जिसे MOS (एमओएस) ट्रांजिस्टर भी कहा जाता है। 2013 तक, हर दिन अरबों एमओएस ट्रांजिस्टर का निर्माण किया जाता है।[2] 1978 के बाद से प्रति वर्ष निर्मित अर्धचालक उपकरण औसतन 9.1% की दर से बढ़ रहे हैं, और 2018 में शिपमेंट पहली बार 1 ट्रिलियन से अधिक होने की भविष्यवाणी की गई है,[3] जिसका अर्थ है कि अब तक 7 ट्रिलियन से अधिक हो चुके हैं।

डायोड

Main article: डायोड

अर्धचालक डायोड ऐसा उपकरण है जो सामान्यतया पी-एन जंक्शन से बनाया जाता है। p-टाइप और n-टाइप अर्धचालक के जंक्शन पर एक अवक्षय क्षेत्र (डिप्लेशन  रीजन) बनता है जहां मोबाइल चार्ज वाहकों की कमी से वर्तमान चालन बाधित होता है। जब डिवाइस फॉरवर्ड बायस्ड होता है (n-साइड की तुलना में उच्च विद्युत क्षमता पर p-साइड से जुड़ा होता है), यह रिक्तीकरण क्षेत्र कम हो जाता है, जिससे महत्वपूर्ण चालन की अनुमति मिलती है, जबकि डायोड होने पर केवल बहुत कम करंट प्राप्त किया जा सकता है और इस प्रकार रिक्तीकरण क्षेत्र का विस्तार हुआ।

अर्धचालक को प्रकाश के संपर्क में लाने से इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न हो सकते हैं, जिससे मुक्त वाहकों की संख्या और इस प्रकार चालकता बढ़ जाती है। इस परिघटना का लाभ उठाने के लिए अनुकूलित किए गए डायोड को फोटोडायोड के रूप में जाना जाता है। यौगिक अर्धचालक डायोड रकाश उत्सर्जक डायोड और लेज़र डायोड के रूप में भी प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं।

ट्रांजिस्टर

See also: ट्रांजिस्टर

द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर)

एक n–p–n बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर संरचना

द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs) दो p-n जंक्शनों से बनते हैं, या तो n-p-n या p-n-p जंक्शन में। मध्य, या आधार, संधियों के बीच का क्षेत्र सामान्यतया पर बहुत संकीर्ण होता है। अन्य क्षेत्रों, और उनके संबंधित टर्मिनलों को उत्सर्जक और कलेक्टर (संग्राहक) के रूप में जाना जाता है। बेस और एमिटर के बीच जंक्शन के माध्यम से इंजेक्ट किया गया छोटा करंट बेस-कलेक्टर जंक्शन के गुणों को बदल देता है ताकि यह रिवर्स-बायस्ड होते हुए भी करंट (धारा) का संचालन कर सके। यह कलेक्टर और एमिटर के बीच बहुत बड़ा करंट बनाता है, जिसे बेस-एमिटर करंट द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर

See also: क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर

अन्य प्रकार का ट्रांजिस्टर, क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (FET), इस सिद्धांत पर काम करता है कि अर्धचालक चालकता को विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति से बढ़ाया या घटाया जा सकता है। विद्युत क्षेत्र एक अर्धचालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या को बढ़ा सकता है, जिससे इसकी चालकता बदल जाती है। फ़ील्ड को रिवर्स-बायस्ड पी-एन जंक्शन द्वारा लागू किया जा सकता है, जंक्शन फ़ील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (जेएफईटी) बना सकता है या ऑक्साइड परत द्वारा थोक सामग्री से पृथक इलेक्ट्रोड द्वारा, धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर बना सकता है (मॉसफेट)।

धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक

Main article: MOSFET (मॉसफेट)
See also: अर्धचालक पैमाने के उदाहरणों की सूची and ट्रांजिस्टर की संख्या

मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर एफईटी (मॉसफेट, या एमओएस ट्रांजिस्टर), एक सॉलिड-स्टेट डिवाइस है, जो आज तक सबसे ज्यादा इस्तेमाल होने वाला सेमीकंडक्टर डिवाइस है। यह सभी ट्रांजिस्टर का कम से कम 99.9% हिस्सा है, और 1960 और 2018 के बीच अनुमानित 13 सेक्स्टिलियन मॉसफेट का निर्माण हुआ है।[4]

एक MOSFET और उसके Id-Vg वक्र का संचालन। सबसे पहले, जब कोई गेट वोल्टेज लागू नहीं होता है। चैनल में कोई उलटा इलेक्ट्रॉन नहीं है, डिवाइस बंद है। जैसे ही गेट वोल्टेज बढ़ता है, चैनल में व्युत्क्रम इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ता है, करंट बढ़ता है, डिवाइस चालू होता है।

गेट इलेक्ट्रोड को विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए चार्ज किया जाता है जो स्रोत और नाली नामक दो टर्मिनलों के बीच "चैनल" की चालकता को नियंत्रित करता है। चैनल में वाहक के प्रकार के आधार पर, डिवाइस n-चैनल (इलेक्ट्रॉनों के लिए) या p-चैनल (छिद्रों के लिए) मॉसफेट हो सकता है। हालांकि मॉसफेट का नाम इसके "मेटल" गेट के लिए रखा गया है, आधुनिक उपकरणों में पॉलीसिलिकॉन का उपयोग सामान्यतया पर किया जाता है।

अर्धचालक उपकरण सामग्री

Main article: अर्धचालक पदार्थ

अब तक, अर्धचालक उपकरणों में सिलिकॉन (सी) सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री है। कम कच्चे माल की लागत, अपेक्षाकृत सरल प्रसंस्करण, और उपयोगी तापमान सीमा का संयोजन इसे वर्तमान में विभिन्न प्रतिस्पर्धी सामग्रियों के बीच सबसे अच्छा समझौता बनाता है। सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण में उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन को वर्तमान में बाउल्स में बनाया जाता है जो 300 मिमी (12 इंच) वेफर्स के उत्पादन की अनुमति देने के लिए व्यास में काफी बड़े हैं।

जर्मेनियम (Ge) व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला प्रारंभिक अर्धचालक पदार्थ था, लेकिन इसकी तापीय संवेदनशीलता इसे सिलिकॉन की तुलना में कम उपयोगी बनाती है। आज, बहुत उच्च गति वाले SiGe उपकरणों में उपयोग के लिए जर्मेनियम को अक्सर सिलिकॉन के साथ मिलाया जाता है; आईबीएम ऐसे उपकरणों का प्रमुख उत्पादक है।

गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) का उपयोग उच्च गति वाले उपकरणों में भी व्यापक रूप से किया जाता है, लेकिन अब तक, इस सामग्री के बड़े-व्यास वाले गुलदस्ते बनाना मुश्किल हो गया है, जिसके लिए सिलिकॉन वेफर्स की तुलना में वेफर व्यास बहुत छोटा होना आवश्यक है। गैलियम आर्सेनाइड उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति सिलिकॉन की तुलना में बहुत अधिक महंगी है।

अन्य कम सामान्य सामग्री भी उपयोग में है या जांच के अधीन है।

सिलिकन कार्बाइड (सीआईसी) ने नीले प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) के लिए कच्चे माल के रूप में कुछ आवेदन पाया है और सेमीकंडक्टर उपकरणों में उपयोग के लिए जांच की जा रही है जो आयनीकरण विकिरण के महत्वपूर्ण स्तर की उपस्थिति के साथ बहुत उच्च परिचालन तापमान और वातावरण का सामना कर सकते हैं। आईएमपीएटीटी (IMPATT) डायोड को भी सीआईसी (SiC) से बनाया गया है।

एलईडी और सॉलिड-स्टेट लेजर डायोड में विभिन्न इंडियम यौगिकों (इंडियम आर्सेनाइड, इंडियम एंटीमोनाइड और इंडियम फास्फाइड) का भी उपयोग किया जा रहा है। सेलेनियम सल्फाइड का अध्ययन फोटोवोल्टिक सौर कोशिकाओं के निर्माण में किया जा रहा है।

कार्बनिक अर्धचालकों के लिए सबसे साधारण उपयोग जैविक प्रकाश उत्सर्जक डायोड है।

सामान्य अर्धचालक उपकरणों की सूची

See also: इलेक्ट्रॉनिक घटक अर्धचालक


दो-टर्मिनल डिवाइस:

तीन-टर्मिनल डिवाइस:

चार-टर्मिनल डिवाइस:

अर्धचालक उपकरण अनुप्रयोग

सभी प्रकार के ट्रांजिस्टर का उपयोग लॉजिक गेट्स (तर्क द्वार) के बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में किया जा सकता है, जो डिजिटल सर्किट के डिजाइन में मौलिक हैं। डिजिटल सर्किट जैसे माइक्रोप्रोसेसर में, ट्रांजिस्टर ऑन-ऑफ स्विच के रूप में कार्य करते हैं; MOSFET में, उदाहरण के लिए, गेट पर लगाया गया वोल्टेज यह निर्धारित करता है कि स्विच चालू है या बंद।

एनालॉग सर्किट के लिए प्रयुक्त ट्रांजिस्टर ऑन-ऑफ स्विच के रूप में कार्य नहीं करते हैं; बल्कि, वे आउटपुट की सतत श्रृंखला के साथ इनपुट की सतत श्रृंखला पर प्रतिक्रिया करते हैं। साधारण एनालॉग सर्किट में एम्पलीफायर और ऑसिलेटर सम्मिलित हैं।

सर्किट जो डिजिटल सर्किट और एनालॉग सर्किट के बीच इंटरफेस या अनुवाद करते हैं, मिश्रित-सिग्नल सर्किट के रूप में जाने जाते हैं।

पावर अर्धचालक डिवाइस उच्च वर्तमान या उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए अलग-अलग डिवाइस या एकीकृत सर्किट हैं। पावर इंटीग्रेटेड सर्किट आईसी तकनीक को पावर सेमीकंडक्टर टेक्नोलॉजी के साथ जोड़ते हैं, उन्हें कभी-कभी "स्मार्ट" पावर डिवाइस कहा जाता है। कई कंपनियां बिजली अर्धचालक के निर्माण में विशेषज्ञ हैं।

घटक पहचानकर्ता

अर्धचालक उपकरणों के भाग संख्या अक्सर निर्माता विशिष्ट होते हैं। फिर भी, प्रकार कोड के लिए मानक बनाने के प्रयास किए गए हैं, और उपकरणों का सबसेट उनका अनुसरण करता है। असतत उपकरणों के लिए, उदाहरण के लिए, तीन मानक हैं: संयुक्त राज्य में JEDEC (जेईडीईसी) जेएसडी 370बी, यूरोप में रो इलेक्ट्रॉन, और जापानी औद्योगिक मानक (जेआईएस)।

अर्धचालक उपकरण विकास का इतिहास

Further information: विद्युत इंजीनियरिंग का इतिहास

कैट्स-व्हिस्कर डिटेक्टर

Main article: कैट्स-व्हिस्कर डिटेक्टर

ट्रांजिस्टर के आविष्कार से पहले कुछ समय के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में सेमीकंडक्टर का इस्तेमाल किया गया था। 20वीं शताब्दी के अंत के आसपास, वे जगदीश चंद्र बोस और अन्य द्वारा विकसित "कैट्स-व्हिस्कर" नामक उपकरण में उपयोग किए जाने वाले रेडियो में डिटेक्टर के रूप में काफी सामान्य थे। ये डिटेक्टर कुछ परेशानी भरे थे, हालांकि, ऑपरेटर को गैलिना (लेड सल्फाइड) या कार्बोरंडम (सिलिकॉन कार्बाइड) क्रिस्टल की सतह के चारों ओर एक छोटे टंगस्टन फिलामेंट (मूंछ) को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती थी जब तक कि यह अचानक काम करना शुरू नहीं कर देता।[5] फिर, कुछ घंटों या दिनों की अवधि में, बिल्ली की मूंछें धीरे-धीरे काम करना बंद कर देंगी और इस प्रक्रिया को दोहराना होगा। उस समय उनका ऑपरेशन पूरी तरह रहस्यमय था। अधिक विश्वसनीय और प्रवर्धित वैक्यूम ट्यूब-आधारित रेडियो की शुरुआत के बाद, कैट्स-व्हिस्कर प्रणाली जल्दी से गायब हो गई। "कैट्स-व्हिस्कर" विशेष प्रकार के डायोड का एक आदिम उदाहरण है जो आज भी लोकप्रिय है, जिसे स्कॉटकी डायोड कहा जाता है।

धातु संशोधक

Main article: धातु संशोधक

अन्य प्रारंभिक प्रकार का अर्धचालक उपकरण धातु दिष्टकारी है जिसमें अर्धचालक कॉपर ऑक्साइड या सेलेनियम होता है। वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक (1886) इन रेक्टीफायर्स का प्रमुख निर्माता था।

द्वितीय विश्व युद्ध

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, राडार अनुसंधान ने रडार रिसीवरों को हमेशा उच्च आवृत्तियों पर संचालित करने के लिए प्रेरित किया और पारंपरिक ट्यूब-आधारित रेडियो रिसीवर अब अच्छी तरह से काम नहीं कर रहे थे। टिज़र्ड मिशन के दौरान 1940 में ब्रिटेन से संयुक्त राज्य अमेरिका में कैविटी मैग्नेट्रॉन की प्रारम्भ के परिणामस्वरूप एक व्यावहारिक उच्च-आवृत्ति प्रवर्धक की तत्काल आवश्यकता हुई।[citation needed]

बेल लेबोरेटरीज के रसेल ओहल ने फुसफुसाते हुए कैट्स-व्हिस्कर डिटेक्टर|कैट्स व्हिस्कर को आजमाने का फैसला किया। इस समय तक, वे कई वर्षों से उपयोग में नहीं थे, और प्रयोगशालाओं में किसी के पास भी नहीं था। मैनहट्टन में इस्तेमाल किए गए रेडियो स्टोर में एक का शिकार करने के बाद, उन्होंने पाया कि यह ट्यूब-आधारित सिस्टम की तुलना में बहुत बेहतर काम करता है।

ओहल ने जांच की कि कैट्स-व्हिस्कर इतनी अच्छी तरह से काम क्यों करती है। उन्होंने 1939 का अधिकांश समय क्रिस्टल के अधिक शुद्ध संस्करणों को विकसित करने में बिताया। उन्होंने जल्द ही पाया कि उच्च-गुणवत्ता वाले क्रिस्टल के साथ उनका नकचढ़ा व्यवहार चला गया, लेकिन साथ ही रेडियो डिटेक्टर के रूप में काम करने की उनकी क्षमता भी चली गई। एक दिन उसने पाया कि उसका सबसे शुद्ध क्रिस्टल फिर भी ठीक से काम कर रहा है, और उसके बीच में स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाली दरार थी। हालाँकि, जब वह परीक्षण करने की कोशिश कर रहे कमरे में घूमता था, तो डिटेक्टर रहस्यमय तरीके से काम करता था, और फिर रुक जाता था। कुछ अध्ययन के बाद उन्होंने पाया कि व्यवहार कमरे में प्रकाश द्वारा नियंत्रित किया गया था - अधिक प्रकाश क्रिस्टल में अधिक चालकता का कारण बना। उन्होंने कई अन्य लोगों को इस क्रिस्टल को देखने के लिए साधारणंत्रित किया, और वाल्टर ब्रेटन ने तुरंत महसूस किया कि दरार में किसी प्रकार का जंक्शन था।

आगे के शोध ने शेष रहस्य को साफ कर दिया। क्रिस्टल में दरार आ गई थी क्योंकि दोनों तरफ बहुत थोड़ी भिन्न मात्रा में अशुद्धियाँ थीं जिन्हें ओहल नहीं हटा सकता था - लगभग 0.2%। क्रिस्टल के एक तरफ अशुद्धियाँ थीं जो अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों (विद्युत प्रवाह के वाहक) को जोड़ती थीं और इसे "कंडक्टर" बनाती थीं। दूसरे में अशुद्धियाँ थीं जो इन इलेक्ट्रॉनों को बाँधना चाहती थीं, जिससे यह (जिसे उन्होंने कहा) "इन्सुलेटर" बना दिया। क्योंकि क्रिस्टल के दो हिस्से एक दूसरे के संपर्क में थे, इलेक्ट्रॉनों को प्रवाहकीय पक्ष से बाहर धकेला जा सकता था जिसमें अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन थे (जल्द ही उत्सर्जक के रूप में जाना जाता था) और नए द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा था (बैटरी से, के लिए) उदाहरण) जहां वे इंसुलेटिंग हिस्से में प्रवाहित होंगे और व्हिस्कर फिलामेंट (कलेक्टर नाम) द्वारा एकत्र किए जाएंगे। हालांकि, जब वोल्टेज को उलट दिया गया तो कलेक्टर में धकेले जा रहे इलेक्ट्रॉनों ने "छिद्रों" (इलेक्ट्रॉन-आवश्यक अशुद्धियों) को भर दिया, और चालन लगभग तुरंत बंद हो जाएगा। दो क्रिस्टल (या क्रिस्टल के भाग) के इस जंक्शन ने ठोस-अवस्था डायोड बनाया, और अवधारणा को जल्द ही अर्धचालक के रूप में जाना जाने लगा। कार्रवाई का तंत्र जब डायोड को जंक्शन के चारों ओर आवेश वाहकों के पृथक्करण के साथ करना होता है। इसे "कमी क्षेत्र" कहा जाता है।

डायोड का विकास

इन नए डायोडों ने कैसे काम किया, इस ज्ञान के साथ, मांग पर उन्हें बनाने के तरीके सीखने के लिए जोरदार प्रयास शुरू हुआ। पर्ड्यू विश्वविद्यालय, बेल लैब्स, मेसाचुसेट्स प्रौद्योगिक संस्थान, और शिकागो विश्वविद्यालय की टीमें बेहतर क्रिस्टल बनाने के लिए सेना में सम्मिलित हो गईं। एक वर्ष के भीतर जर्मेनियम का उत्पादन उस बिंदु तक सिद्ध हो गया था जहाँ अधिकांश रडार सेटों में सैन्य-ग्रेड डायोड का उपयोग किया जा रहा था।

ट्रांजिस्टर का विकास

Main article: ट्रांजिस्टर का इतिहास

युद्ध के बाद, विलियम शॉक्ले ने ट्रायोड जैसे सेमीकंडक्टर उपकरण बनाने का प्रयास करने का निर्णय लिया। उन्होंने फंडिंग और लैब स्पेस हासिल किया और ब्रेटन और जॉन बार्डीन के साथ समस्या पर काम किया।

ट्रांजिस्टर के विकास की कुंजी अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन गतिशीलता की प्रक्रिया की और समझ थी। यह महसूस किया गया कि अगर इस नए खोजे गए डायोड के उत्सर्जक से संग्राहक तक इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने का कोई तरीका होता, तो एम्पलीफायर बनाया जा सकता था। उदाहरण के लिए, यदि एक ही प्रकार के क्रिस्टल के दोनों किनारों पर संपर्क रखा जाता है, तो क्रिस्टल के माध्यम से उनके बीच धारा प्रवाहित नहीं होगी। हालाँकि यदि कोई तीसरा संपर्क सामग्री में इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों को इंजेक्ट कर सकता है, तो धारा प्रवाहित होगी।

दरअसल ऐसा करना काफी मुश्किल नजर आ रहा था। यदि क्रिस्टल किसी भी उचित आकार के होते हैं, तो इंजेक्शन लगाने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों (या छिद्रों) की संख्या बहुत बड़ी होनी चाहिए, जिससे यह एम्पलीफायर के रूप में उपयोगी से कम हो जाए क्योंकि इसे शुरू करने के लिए बड़े इंजेक्शन करंट (अन्तःक्षेपण धारा) की आवश्यकता होगी। उस ने कहा, क्रिस्टल डायोड का पूरा विचार यह था कि क्रिस्टल ही इलेक्ट्रॉनों को बहुत कम दूरी, कमी क्षेत्र में प्रदान कर सकता है। इस क्षेत्र के दोनों तरफ क्रिस्टल की सतह पर इनपुट और आउटपुट संपर्कों को एक साथ बहुत करीब रखने की कुंजी प्रतीत होती है।

ब्रेटन ने इस तरह के उपकरण के निर्माण पर काम करना शुरू कर दिया, और जब टीम ने समस्या पर काम किया तो प्रवर्धन के तांत्रिक संकेत दिखाई देते रहे। कभी-कभी सिस्टम काम करता है लेकिन फिर अप्रत्याशित रूप से काम करना बंद कर देता है। उदाहरण में पानी में रखे जाने पर गैर-कार्य प्रणाली ने काम करना शुरू कर दिया। ओहल और ब्रेटन ने अंततः क्वांटम यांत्रिकी की एक नई शाखा विकसित की, जिसे व्यवहार के लिए खाते में सतह भौतिकी के रूप में जाना जाता है। क्रिस्टल के किसी एक टुकड़े में इलेक्ट्रॉन पास के आवेशों के कारण पलायन करेंगे। उत्सर्जकों में इलेक्ट्रॉन, या कलेक्टरों में छेद, क्रिस्टल की सतह पर क्लस्टर करेंगे जहां वे हवा (या पानी) में तैरते हुए अपने विपरीत चार्ज को पा सकते हैं। फिर भी उन्हें क्रिस्टल पर किसी अन्य स्थान से थोड़ी मात्रा में आवेश के आवेदन के साथ सतह से दूर धकेला जा सकता है। इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों की एक बड़ी आपूर्ति की आवश्यकता के बजाय, क्रिस्टल पर सही जगह पर बहुत कम संख्या एक ही चीज़ को पूरा करेगी।

उनकी समझ ने कुछ हद तक बहुत छोटे नियंत्रण क्षेत्र की आवश्यकता की समस्या को हल किया। साधारण, लेकिन छोटे, क्षेत्र से जुड़े दो अलग-अलग अर्धचालकों की आवश्यकता के बजाय, बड़ी सतह काम करेगी। क्रिस्टल के आधार पर नियंत्रण लीड के साथ, इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक और एकत्रित लीड दोनों को शीर्ष पर एक साथ बहुत करीब रखा जाएगा। जब इस बेस लेड से करंट प्रवाहित होता है, तो इलेक्ट्रॉन या छिद्र अर्धचालक के ब्लॉक के पार धकेल दिए जाते हैं, और दूर की सतह पर एकत्रित हो जाते हैं। जब तक एमिटर और कलेक्टर एक साथ बहुत करीब थे, तब तक चालन शुरू करने की अनुमति देने के लिए उनके बीच पर्याप्त इलेक्ट्रॉन या छिद्र होने चाहिए।

पहला ट्रांजिस्टर

पहले ट्रांजिस्टर की एक शैलीबद्ध प्रतिकृति

बेल टीम ने विभिन्न टूल्स के साथ ऐसी प्रणाली बनाने के कई प्रयास किए लेकिन साधारण तौर पर असफल रहे। सेटअप, जहां संपर्क पर्याप्त रूप से करीब थे, हमेशा मूल कैट्स-व्हिस्कर डिटेक्टरों के रूप में नाजुक थे, और संक्षेप में काम करेंगे, यदि बिल्कुल भी। अंत में, उन्हें व्यावहारिक सफलता मिली। सोने की पन्नी का एक टुकड़ा प्लास्टिक की कील के किनारे से चिपका हुआ था, और फिर पन्नी को त्रिकोण के सिरे पर रेजर से काटा गया था। परिणाम सोने के दो बहुत निकट संपर्क था। जब कील को क्रिस्टल की सतह पर नीचे धकेला गया और दूसरी तरफ (क्रिस्टल के आधार पर) वोल्टेज लगाया गया, तो करंट एक संपर्क से दूसरे संपर्क में प्रवाहित होने लगा क्योंकि बेस वोल्टेज ने इलेक्ट्रॉनों को आधार से दूर धकेल दिया दूसरी तरफ संपर्कों के पास। पॉइंट-कॉन्टैक्ट ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया गया था।

जबकि डिवाइस का निर्माण एक सप्ताह पहले किया गया था, ब्रेटन के नोट्स 23 दिसंबर 1947 की दोपहर को बेल लैब्स में उच्च-अप के पहले प्रदर्शन का वर्णन करते हैं, जिसे अक्सर ट्रांजिस्टर की जन्मतिथि के रूप में दिया जाता है। जिसे अब "p-n-p पॉइंट-कॉन्टैक्ट जर्मेनियम ट्रांजिस्टर" के रूप में जाना जाता है, उस परीक्षण में 18 के पावर गेन के साथ एक स्पीच एम्पलीफायर के रूप में संचालित होता है। जॉन बार्डीन, वाल्टर हाउसर ब्रेटन और विलियम ब्रैडफोर्ड शॉक्ले को उनके काम के लिए भौतिकी में 1956 का नोबेल पुरस्कार दिया गया।

ट्रांजिस्टर की व्युत्पत्ति

बेल टेलीफोन प्रयोगशालाओं को अपने नए आविष्कार के लिए सामान्य नाम की आवश्यकता थी: "सेमीकंडक्टर ट्रायोड", "सॉलिड ट्रायोड", "सरफेस स्टेट्स ट्रायोड" [एसआईसी] [sic], "क्रिस्टल ट्रायोड" और "आईओटाट्रॉन" सभी पर विचार किया गया, लेकिन "ट्रांजिस्टर", द्वारा गढ़ा गया जॉन आर. पियर्स ने आंतरिक मतपत्र जीता। नाम के लिए तर्क कंपनी के तकनीकी ज्ञापन (28 मई, 1948) [26] वोटों के लिए निम्नलिखित उद्धरण में वर्णित है:

ट्रांजिस्टर। यह "ट्रांसकंडक्शन" या "ट्रांसफर" और "वैरिस्टर" शब्दों का संक्षिप्त संयोजन है। डिवाइस तार्किक रूप से वैरिस्टर परिवार से संबंधित है और इसमें डिवाइस का ट्रांसकंडक्शन या ट्रांसफर प्रतिबाधा है, जिसमें से यह संयोजन वर्णनात्मक है।

ट्रांजिस्टर डिजाइन में सुधार

शॉकली ब्रेटन और बारडीन को श्रेय दिए जाने वाले उपकरण से परेशान थे, जिन्होंने महसूस किया कि उन्होंने इसे "अपनी पीठ के पीछे" महिमा लेने के लिए बनाया था। मामले और भी बदतर हो गए जब बेल लैब्स के वकीलों ने पाया कि ट्रांजिस्टर पर शॉक्ले के अपने कुछ लेख जूलियस एडगर लिलियनफेल्ड द्वारा 1925 के पहले के पेटेंट के काफी करीब थे, उन्होंने सोचा कि उनका नाम पेटेंट आवेदन से हटा दिया गया है।

शॉक्ले को गुस्सा आ गया, और उन्होंने यह प्रदर्शित करने का फैसला किया कि ऑपरेशन के असली दिमाग कौन थे।[citation needed] कुछ महीने बाद उन्होंने परत या 'सैंडविच' संरचना के साथ एक पूरी तरह से नया, काफी अधिक मजबूत, द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर प्रकार का ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया, 1960 के दशक में सभी ट्रांजिस्टर के विशाल बहुमत के लिए उपयोग किया जाता था।

भंगुरता की समस्या हल होने के साथ, शेष समस्या शुद्धता थी। आवश्यक शुद्धता का जर्मेनियम बनाना गंभीर समस्या साबित हो रही थी और ट्रांजिस्टर की पैदावार को सीमित कर दिया जो वास्तव में सामग्री के दिए गए बैच से काम करता था। तापमान के प्रति जर्मेनियम की संवेदनशीलता ने भी इसकी उपयोगिता को सीमित कर दिया था। वैज्ञानिकों ने सिद्धांत दिया कि सिलिकॉन का निर्माण करना आसान होगा, लेकिन कुछ लोगों ने इस संभावना की जांच की। बेल लैब्स के पूर्व वैज्ञानिक गॉर्डन के. टील ने सबसे पहले टेक्सस उपकरण में काम कर रहे सिलिकॉन ट्रांजिस्टर को विकसित किया, जिससे इसे तकनीकी बढ़त मिली। 1950 के दशक के अंत से, अधिकांश ट्रांजिस्टर सिलिकॉन-आधारित थे। कुछ वर्षों के भीतर ट्रांजिस्टर-आधारित उत्पाद, विशेष रूप से पोर्टेबल रेडियो, बाजार में दिखाई देने लगे। "ज़ोन मेल्टिंग", क्रिस्टल के माध्यम से चलती हुई पिघली हुई सामग्री के एक बैंड का उपयोग करने वाली तकनीक, क्रिस्टल शुद्धता को और बढ़ाती है।

धातु-ऑक्साइड अर्धचालक

Main article: मॉसफेट
See also: अर्धचालक उपकरण निर्माण

1950 के दशक में, मोहम्मद ओटाला ने बेल लैब्स में सिलिकॉन सेमीकंडक्टर्स की सतह के गुणों की जांच की, जहां उन्होंने सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण की एक नई विधि प्रस्तावित की, जिसमें सिलिकॉन वेफर को सिलिकॉन ऑक्साइड की इन्सुलेटिंग परत के साथ लेपित किया गया ताकि बिजली मज़बूती से नीचे के सिलिकॉन में प्रवेश कर सके। सतह पर काबू पाने से पता चलता है कि बिजली को अर्धचालक परत तक पहुंचने से रोका गया है। इसे सरफेस पैसिवेशन के रूप में जाना जाता है, एक तरीका जो सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए महत्वपूर्ण हो गया क्योंकि इसने सिलिकॉन इंटीग्रेटेड सर्किट (आईसी) के बड़े पैमाने पर उत्पादन को संभव बनाया। अपनी सतह निष्क्रियता पद्धति का निर्माण करते हुए, उन्होंने धातु ऑक्साइड अर्धचालक (एमओएस) प्रक्रिया विकसित की, जिसे उन्होंने प्रस्तावित किया कि इसका उपयोग पहले काम करने वाले सिलिकॉन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एफईटी) के निर्माण के लिए किया जा सकता है।[6][7] इसके कारण 1959 में मोहम्मद अटाला और डॉन कहंग द्वारा मॉसफेट (MOS फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) का आविष्कार हुआ।[8][9] इसकी मापनीयता के साथ,[10] और बहुत कम बिजली की खपत और द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर की तुलना में उच्च घनत्व,[11] मॉसफेट कंप्यूटर, इलेक्ट्रॉनिक्स,[7] और स्मार्टफोन जैसे संचार प्रौद्योगिकी में ट्रांजिस्टर का सबसे साधारण प्रकार बन गया।[12] यूएस पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय मॉसफेट को "अभूतपूर्व आविष्कार कहता है जिसने दुनिया भर में जीवन और संस्कृति को बदल दिया"।[12]

CMOS (सीएमओए) पूरक एमओएस का आविष्कार 1963 में फेयरचाइल्ड अर्धचालक में चिह-तांग साह और फ्रैंक वनलास द्वारा किया गया था।[13] फ्लोटिंग-गेट MOSFET की रिपोर्ट सबसे पहले 1967 में डॉन काहंग और साइमन सेज द्वारा की गई थी।[14] फिनफेट (फिन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर), 3डी मल्टीगेट डिवाइस मॉसफेट का एक प्रकार है, जिसे 1989 में हिताची सेंट्रल रिसर्च लेबोरेटरी में दाई हिसामोटो और उनके शोधकर्ताओं की टीम ने विकसित किया था।[15][16]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Golio, Mike; Golio, Janet (2018). आरएफ और माइक्रोवेव निष्क्रिय और सक्रिय प्रौद्योगिकियां. CRC Press. p. 18-2. ISBN 9781420006728.
  2. ↑ "ट्रांजिस्टर का आविष्कार किसने किया?". Computer History Museum. 4 December 2013. Retrieved 20 July 2019.
  3. ↑ "सेमीकंडक्टर शिपमेंट 2018 में 1 ट्रिलियन डिवाइस से अधिक होने का अनुमान है". www.icinsights.com. Retrieved 2018-04-16. वार्षिक सेमीकंडक्टर यूनिट शिपमेंट (एकीकृत सर्किट और ऑप्टो-सेंसर-डिस्क्रीट, या ओएसडी, डिवाइस) 9% बढ़ने की उम्मीद है [..] 2018 के लिए, सेमीकंडक्टर यूनिट शिपमेंट 1,075.1 बिलियन तक चढ़ने का अनुमान है, जो 9% की वृद्धि के बराबर वर्ष। 1978 में 32.6 बिलियन यूनिट के साथ शुरू होकर 2018 तक, सेमीकंडक्टर इकाइयों के लिए चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर 9.1% होने का अनुमान है, जो 40 साल की अवधि में एक ठोस वृद्धि का आंकड़ा है। [..] 2018 में, ओएसडी डिवाइस आईसी के लिए 30% की तुलना में कुल सेमीकंडक्टर इकाइयों का 70% हिस्सा होने का अनुमान है।
  4. ↑ "13 सेक्सटिलियन एंड काउंटिंग: द लॉन्ग एंड वाइंडिंग रोड टू द मोस्ट फ्रीक्वेंसी मैन्युफैक्चर्ड ह्यूमन आर्टिफैक्ट इन हिस्ट्री". Computer History Museum. April 2, 2018. Retrieved 28 July 2019.
  5. ↑ Ernest Braun & Stuart MacDonald (1982). मिनिएचर में क्रांति: सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स का इतिहास और प्रभाव. Cambridge University Press. pp. 11–13. ISBN 978-0-521-28903-0.
  6. ↑ "इन्वेंटर्स हॉल ऑफ फ़ेम, 2009 में मार्टिन अटाला". Retrieved 21 June 2013.
  7. ↑ Jump up to: 7.0 7.1 "दावों कहंग". National Inventors Hall of Fame. Retrieved 27 June 2019.
  8. ↑ "1960 - मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (MOS) ट्रांजिस्टर का प्रदर्शन". The Silicon Engine. Computer History Museum.
  9. ↑ Lojek, Bo (2007). सेमीकंडक्टर इंजीनियरिंग का इतिहास. Springer Science & Business Media. pp. 321-3. ISBN 9783540342588.
  10. ↑ Motoyoshi, M. (2009). "थ्रू-सिलिकॉन वाया (TSV)" (PDF). Proceedings of the IEEE. 97 (1): 43–48. doi:10.1109/JPROC.2008.2007462. ISSN 0018-9219. S2CID 29105721. Archived from the original (PDF) on 2019-07-19.
  11. ↑ "ट्रांजिस्टर मूर के नियम को जीवित रखते हैं". EETimes. 12 December 2018. Retrieved 18 July 2019.
  12. ↑ Jump up to: 12.0 12.1 "2019 अंतर्राष्ट्रीय बौद्धिक संपदा सम्मेलन में निदेशक इवांकू द्वारा टिप्पणी". United States Patent and Trademark Office. June 10, 2019. Retrieved 20 July 2019.
  13. ↑ "1963: पूरक एमओएस सर्किट विन्यास का आविष्कार किया गया". Computer History Museum. Retrieved 6 July 2019.
  14. ↑ D. Kahng and S. M. Sze, "A floating gate and its application to memory devices", The Bell System Technical Journal, vol. 46, no. 4, 1967, pp. 1288–1295
  15. ↑ "IEEE एंड्रयू एस. ग्रोव पुरस्कार प्राप्तकर्ता". IEEE Andrew S. Grove Award. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Retrieved 4 July 2019.
  16. ↑ "ट्राई-गेट टेक्नोलॉजी के साथ FPGAs के लिए ब्रेकथ्रू एडवांटेज" (PDF). Intel. 2014. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. Retrieved 4 July 2019.
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