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सेमीकंडक्टर क्या होता है

सेमीकंडक्टर क्या होता है


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अर्धचालक और अर्धचालक प्रौद्योगिकी इन दिनों अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग का आधार बनते हैं। ट्रांजिस्टर, डायोड, इंटीग्रेटेड सर्किट और कई अन्य डिवाइस सभी में अर्धचालक तकनीक है। अर्धचालक प्रौद्योगिकी प्रदान करने वाले लचीलेपन की विशाल डिग्री के परिणामस्वरूप, इसने इलेक्ट्रॉनिक्स को दैनिक जीवन के कई क्षेत्रों को संभालने में सक्षम किया है, जो कि पचास साल पहले कल्पना नहीं की जा सकती थी।

कंडक्टर और गैर-कंडक्टर

एक विद्युत प्रवाह तब होता है जब एक निश्चित दिशा में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है। जैसा कि इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश होता है, उनके आंदोलन का अर्थ है कि आवेश एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर प्रवाहित हो रहा है और यही एक विद्युत प्रवाह है।

इलेक्ट्रॉनों को प्रवाह करने के लिए धारा को सक्षम करने के लिए सामग्री के भीतर स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने में सक्षम होना चाहिए। कुछ सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन जाली के चारों ओर स्वतंत्र रूप से घूम रहे हैं, हालांकि इलेक्ट्रॉनों की संख्या और उनके लिए उपलब्ध स्थान बाहर संतुलन रखते हैं इसलिए सामग्री स्वयं एक चार्ज नहीं करती है। इन सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से लेकिन बेतरतीब ढंग से आगे बढ़ रहे हैं। कंडक्टर में एक संभावित अंतर रखकर इलेक्ट्रॉनों को एक दिशा में बहाव के लिए बनाया जा सकता है और यह एक विद्युत प्रवाह का गठन करता है। कई सामग्री बिजली का संचालन करने में सक्षम हैं, लेकिन धातु सबसे आम उदाहरण हैं।

धातुओं के विपरीत, कई अन्य सामग्रियां हैं जिनमें सभी इलेक्ट्रॉन अपने मूल अणुओं से दृढ़ता से बंधे हैं और वे स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र नहीं हैं। तदनुसार जब पदार्थ में एक क्षमता रखी जाती है तो बहुत कम इलेक्ट्रॉन गति कर पाएंगे और बहुत कम या कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी। इन पदार्थों को गैर-कंडक्टर या इन्सुलेटर कहा जाता है। इनमें अधिकांश प्लास्टिक, चीनी मिट्टी की चीज़ें और लकड़ी जैसे कई स्वाभाविक रूप से पाए जाने वाले पदार्थ शामिल हैं।

अर्धचालक

अर्धचालक या तो कंडक्टर या गैर-कंडक्टर श्रेणियों में नहीं आते हैं। इसके बजाय वे बीच में पड़ जाते हैं। विभिन्न प्रकार की सामग्री इस श्रेणी में आती है, और उनमें सिलिकॉन, जर्मेनियम, गैलियम आर्सेनाइड और कई अन्य पदार्थ शामिल हैं।

अपने शुद्ध राज्य में सिलिकॉन एक इन्सुलेटर है जिसमें क्रिस्टल जाली में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं है। हालाँकि यह समझने के लिए कि यह अर्धचालक के रूप में कैसे कार्य करता है, सबसे पहले इसकी शुद्ध अवस्था में सिलिकॉन की परमाणु संरचना को देखें। क्रिस्टल जाली में प्रत्येक अणु में तीन वलय या इलेक्ट्रॉनों वाली कक्षाओं के साथ एक नाभिक होता है, और प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में एक ऋणात्मक आवेश होता है। केंद्रक में न्यूट्रॉन होते हैं जो तटस्थ होते हैं और उनके पास कोई चार्ज नहीं होता है, और प्रोटॉन जिनके पास सकारात्मक चार्ज होता है। परमाणु में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है इसलिए पूरे परमाणु का कोई समग्र आवेश नहीं होता है।

सिलिकॉन में इलेक्ट्रॉनों, किसी भी अन्य तत्व के रूप में प्रत्येक कक्षा में इलेक्ट्रॉनों की सख्त संख्या के साथ छल्ले में व्यवस्थित होते हैं। पहली अंगूठी में केवल दो हो सकते हैं, और दूसरी में आठ हैं। सिलिकॉन की तीसरी और बाहरी रिंग में चार होते हैं। बाहरी खोल में इलेक्ट्रॉनों को एक क्रिस्टल जाली बनाने के लिए आसन्न परमाणुओं से साझा किया जाता है। जब ऐसा होता है तो जाली में मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं, जिससे सिलिकॉन एक अच्छा इन्सुलेटर बन जाता है। जर्मेनियम के लिए एक समान तस्वीर देखी जा सकती है। इसकी सबसे भीतरी कक्षा में दो इलेक्ट्रॉन हैं, अगले में आठ, तीसरे में 18 और बाहरी में चार। फिर से यह अपने इलेक्ट्रॉनों को आसन्न परमाणुओं से उन लोगों के साथ साझा करता है जो बिना किसी मुक्त इलेक्ट्रॉनों के एक क्रिस्टल जाली बनाते हैं।

अशुद्धियों

आंशिक रूप से संचालन सामग्री में सिलिकॉन या किसी अन्य अर्धचालक को बनाने के लिए सामग्री में बहुत कम मात्रा में अशुद्धता जोड़ना आवश्यक है। यह काफी गुणों को बदलता है।

यदि उनके परमाणुओं की बाहरी रिंग में पाँच इलेक्ट्रॉनों वाली सामग्री की अशुद्धियों के निशान जोड़े जाते हैं तो वे सिलिकॉन के साथ इलेक्ट्रॉनों को साझा करने वाले क्रिस्टल जाली में प्रवेश करते हैं। हालाँकि, बाहरी रिंग में उनका एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होता है, इसलिए एक इलेक्ट्रॉन जाली के चारों ओर घूमने के लिए स्वतंत्र हो जाता है। यदि सामग्री में एक क्षमता लागू की जाती है तो यह प्रवाह को चालू करने में सक्षम बनाता है। चूंकि इस प्रकार की सामग्री में जाली में इलेक्ट्रॉनों का अधिशेष होता है इसलिए इसे एन-टाइप सेमीकंडक्टर के रूप में जाना जाता है। आमतौर पर एन-प्रकार अर्धचालक बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली विशिष्ट अशुद्धियां फॉस्फोरस और आर्सेनिक हैं।

क्रिस्टल के जाली में उनके बाहरी आवरण में केवल तीन इलेक्ट्रॉनों के साथ तत्वों को रखना भी संभव है। जब ऐसा होता है तो सिलिकॉन अपने चार इलेक्ट्रॉनों को दूसरे परमाणु के साथ चार परमाणुओं के साथ साझा करना चाहता है। हालाँकि जैसा कि अशुद्धता में केवल तीन होते हैं, एक अन्य इलेक्ट्रॉन के लिए एक स्थान या एक छेद होता है। इस प्रकार की सामग्री में इलेक्ट्रॉनों के गायब होने के कारण इसे पी-टाइप सामग्री के रूप में जाना जाता है। पी-प्रकार की सामग्री के लिए उपयोग की जाने वाली विशिष्ट अशुद्धियां बोरॉन, और एल्यूमीनियम हैं।

छेद

यह देखना आसान है कि कैसे इलेक्ट्रॉन जाली के चारों ओर घूम सकते हैं और एक करंट ले जा सकते हैं। हालांकि यह छिद्रों के लिए इतना स्पष्ट नहीं है। यह तब होता है जब एक पूर्ण कक्षा से एक इलेक्ट्रॉन एक छेद को भरने के लिए चलता है, एक छेद छोड़कर जहां से यह आया था। एक अन्य कक्षा से एक और इलेक्ट्रॉन फिर नए छेद को भरने के लिए आगे बढ़ सकता है। एक दिशा में छिद्रों की गति दूसरे में इलेक्ट्रॉनों के एक आंदोलन से मेल खाती है, इसलिए एक विद्युत प्रवाह।

इससे यह देखा जा सकता है कि या तो इलेक्ट्रॉनों या छेदों से आवेश या विद्युत प्रवाह हो सकता है। नतीजतन, उन्हें चार्ज वाहक के रूप में जाना जाता है, छेद एक पी-टाइप सेमीकंडक्टर के लिए चार्ज वाहक होते हैं और एन-टाइप सेमीकंडक्टर के लिए इलेक्ट्रॉन होते हैं।

सारांश

अर्धचालक के पीछे सिद्धांत काफी सीधा लग सकता है। हालाँकि इसकी कई संपत्तियों का शोषण होने से पहले कई साल लग गए, और इससे पहले कि उन्हें परिष्कृत किया जा सके। आजकल, अर्धचालक के साथ उपयोग की जाने वाली कई प्रक्रियाएं अत्यधिक अनुकूलित की गई हैं और एकीकृत सर्किट जैसे घटक अत्यधिक परिष्कृत हैं। हालांकि वे इस तथ्य पर भरोसा करते हैं कि सेमीकंडक्टर के विभिन्न क्षेत्रों को पी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स बनाने के लिए डोप किया जा सकता है।

सामान्य अर्धचालक शब्दों की सूची

  • प्रभारी वाहक - चार्ज वाहक एक स्वतंत्र (मोबाइल, अनबाउंड) कण है जो विद्युत आवेश को वहन करता है, उदा। एक इलेक्ट्रॉन या एक छेद।
  • कंडक्टर - एक ऐसी सामग्री जिसमें इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं और बिजली प्रवाहित हो सकती है।
  • इलेक्ट्रॉन - ऋणात्मक आवेश ले जाने वाला एक उप-परमाणु कण।
  • छेद - अर्धचालक क्रिस्टल में वैलेंस इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति। एक छेद की गति एक सकारात्मक चार्ज की गति के बराबर होती है, अर्थात एक इलेक्ट्रॉन की गति के विपरीत।
  • विसंवाहक - एक सामग्री जिसमें बिजली ले जाने के लिए कोई मुफ्त इलेक्ट्रॉन उपलब्ध नहीं हैं।
  • प्रमुख वाहक - वर्तमान वाहक, या तो मुक्त इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों से अधिक होते हैं जो कि अर्धचालक सामग्री के एक विशिष्ट क्षेत्र में बहुमत में होते हैं। इलेक्ट्रॉन एन-टाइप सेमीकंडक्टर में बहुसंख्य वाहक होते हैं, और पी-टाइप क्षेत्र में छेद होते हैं।
  • अल्पसंख्यक वाहक - वर्तमान वाहक, या तो मुक्त इलेक्ट्रॉन या छेद जो अर्धचालक सामग्री के एक विशिष्ट क्षेत्र में अल्पसंख्यक हैं
  • N- प्रकार - अर्धचालक का एक क्षेत्र जिसमें इलेक्ट्रॉनों की अधिकता होती है।
  • पी-प्रकार - अर्धचालक का एक क्षेत्र जिसमें छिद्रों की अधिकता होती है।
  • सेमीकंडक्टर - एक सामग्री, जो न तो एक इन्सुलेटर है और न ही एक पूर्ण कंडक्टर जिसमें विद्युत चालकता का एक मध्यवर्ती स्तर है और जिसमें चालन छेद और इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से होता है।


वीडियो देखना: CLASSIFICATION OF SEMI CONDUCTOR IN DETAILS (मई 2022).