অর্ধপরিবাহীদের প্রাথমিক জ্ঞান

1.1 সেমিকন্ডাক্টরগুলির পরিচিতি

সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলি বৈদ্যুতিন সার্কিটের মৌলিক উপাদান এবং এগুলি অর্ধপরিবাহী উপকরণ থেকে তৈরি করা হয়। অর্ধপরিবাহী উপকরণগুলি কন্ডাক্টর এবং ইনসুলেটরগুলির মধ্যে বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা সহ পদার্থ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। কন্ডাক্টর এবং ইনসুলেটরগুলির মধ্যে পরিবাহিতা থাকা ছাড়াও, অর্ধপরিবাহীগুলিও নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্যগুলির অধিকারী:

1, তাপমাত্রার বৃদ্ধি অর্ধপরিবাহীদের পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়িয়ে তুলতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, খাঁটি সিলিকন (এসআই) এর প্রতিরোধ ক্ষমতা দ্বিগুণ হয়ে যায় যখন তাপমাত্রা 30 ডিগ্রি থেকে 20 ডিগ্রি পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়।

2, পরিমাণ অমেধ্য (তাদের উপস্থিতি এবং ঘনত্ব) ট্রেস সেমিকন্ডাক্টরগুলির পরিবাহিতা মারাত্মকভাবে পরিবর্তন করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, যদি কোনও অপরিষ্কার পরমাণু (যেমন একটি +3 বা +5}}}}}}}}}}}}}}}} ভ্যালেন্স উপাদান) প্রতি মিলিয়ন সিলিকন পরমাণু প্রবর্তিত হয়, ঘরের তাপমাত্রায় প্রতিরোধ ক্ষমতা (27 ডিগ্রি; ঘরের তাপমাত্রা 27 ডিগ্রি কেন? 214,000 ω · সেমি থেকে 0.2 ω · সেমি।

3, হালকা এক্সপোজারটি অর্ধপরিবাহীদের পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ইনসুলেটিং সাবস্ট্রেটে জমা হওয়া একটি ক্যাডমিয়াম সালফাইড (সিডিএস) ফিল্মের আলোর অনুপস্থিতিতে বেশ কয়েকটি মেগোহম (এম Ω) এর প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে, তবে আলোকসজ্জার অধীনে, প্রতিরোধটি বেশ কয়েক দশক কিলোহম (কে) এ নেমে আসে।

4, অতিরিক্তভাবে, চৌম্বকীয় এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলিও অর্ধপরিবাহীদের পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করতে পারে।

অতএব, সেমিকন্ডাক্টরগুলি কন্ডাক্টর এবং ইনসুলেটরগুলির মধ্যে পরিবাহিতা সহ উপকরণ এবং তাদের অভ্যন্তরীণ বৈশিষ্ট্যগুলি হালকা, তাপ, চৌম্বকীয়তা, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলি এবং অপরিষ্কার ঘনত্বের মতো বাহ্যিক কারণগুলির কারণে উল্লেখযোগ্য পরিবর্তনের জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল।

এই সুবিধাজনক বৈশিষ্ট্যগুলি দেওয়া, অর্ধপরিবাহী কার্যকরভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। বিশেষত, ডায়োডস, ট্রানজিস্টর এবং ক্ষেত্রের উপর পরবর্তী আলোচনাগুলি - প্রভাব ট্রানজিস্টরগুলি প্রদর্শন করবে যে কীভাবে ট্রেস অমেধ্যের সম্পত্তিটি সেমিকন্ডাক্টর পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করে।

1.2 অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী

আমরা কীভাবে সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে ট্রেস অমেধ্য প্রবর্তন করব? আমরা কি সরাসরি প্রাকৃতিক কোয়ার্টজে অমেধ্য যুক্ত করতে পারি (যার মূল উপাদানটি সি)? আমরা সরাসরি প্রাকৃতিক সিলিকন ব্যবহার করতে পারি না কারণ এতে বিভিন্ন অমেধ্য রয়েছে যা এর পরিবাহিতা নিয়ন্ত্রণহীন করে তোলে। সমস্ত সেমিকন্ডাক্টরগুলির জন্য মৌলিক উপাদান হিসাবে পরিবেশন করতে, প্রাথমিক লক্ষ্য হ'ল নিয়ন্ত্রণযোগ্য পরিবাহিতা অর্জন করা।

অতএব, আমাদের প্রাকৃতিক সিলিকনকে খাঁটি সিলিকন স্ফটিক কাঠামোর মধ্যে বিশুদ্ধ করতে হবে। এই খাঁটি অর্ধপরিবাহী স্ফটিক কাঠামোটি একটি অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী হিসাবে উল্লেখ করা হয়।

অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীগুলির বৈশিষ্ট্য: (অভ্যন্তরীণ সেমিকন্ডাক্টরগুলি খাঁটি স্ফটিক কাঠামো)

1, বিশুদ্ধতা, যার অর্থ কোনও অমেধ্য।

2, স্ফটিক কাঠামো, স্থিতিশীলতার প্রতিনিধিত্ব করে। পরমাণুগুলি একে অপরের সাথে আবদ্ধ থাকে, নিখরচায় চলাচল প্রতিরোধ করে, যার ফলে প্রাকৃতিক সিলিকনের তুলনায় এমনকি কম পরিবাহিতাও হয়।

1.2.1 অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীগুলির স্ফটিক কাঠামো

রসায়নে, আমরা শিখেছি যে একটি স্ফটিকের দুটি সংলগ্ন সিলিকন (এসআই) পরমাণুর বাইরেরতম ইলেক্ট্রনগুলি ভাগ করা ইলেক্ট্রন হয়ে যায়, কোভ্যালেন্ট বন্ড গঠন করে। তবে, প্রতিটি সি পরমাণুর সমস্ত বহিরাগত ইলেক্ট্রনগুলি তাদের নিজস্ব সমবায় বন্ধনের মধ্যে কঠোরভাবে থাকে না। এর কারণ হ'ল তাপমাত্রা সহ পরিবেশে উপাদান বিদ্যমান। অর্ডার করা গতি ছাড়াও, বাহ্যিকতম ইলেক্ট্রনগুলি তাপমাত্রার প্রভাবের কারণে তাপীয় গতি -}} 4}} এর মধ্য দিয়ে যায়। মাঝেমধ্যে, একটি ইলেক্ট্রন অন্যান্য পরমাণুর তুলনায় উচ্চতর শক্তি অর্জন করতে পারে, এটি কোভ্যালেন্ট বন্ড থেকে মুক্ত হতে এবং একটি নিখরচায় বৈদ্যুতিন হয়ে উঠতে দেয়। এমনকি অল্প পরিমাণে শক্তি থাকা সত্ত্বেও, কন্ডাক্টরের বাইরেরতম ইলেক্ট্রনগুলি দিকনির্দেশক গতি তৈরি করতে পারে।

অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী অমেধ্যমুক্ত। যখন কোনও ইলেক্ট্রন একটি সমবায় বন্ধন থেকে মুক্ত হয়, তখন এটি একটি শূন্যতার পিছনে ফেলে যায় যা গর্ত হিসাবে পরিচিত। অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীগুলিতে, বিনামূল্যে ইলেক্ট্রনের সংখ্যা গর্তের সংখ্যার সমান এবং সেগুলি জোড়ায় উত্পন্ন হয়। স্ফটিক কাঠামো, গর্ত এবং বিনামূল্যে ইলেক্ট্রনগুলি নীচের চিত্রটিতে চিত্রিত হয়েছে:

1.2.1 অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীগুলির স্ফটিক কাঠামো (অব্যাহত)

যদি কোনও বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি কোনও অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী জুড়ে প্রয়োগ করা হয়:

1, ফ্রি ইলেক্ট্রনগুলি দিকনির্দেশে সরানো, একটি গঠন করেইলেক্ট্রন কারেন্ট.

2, গর্তের উপস্থিতির কারণে, ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনগুলি এই গর্তগুলি পূরণ করার জন্য একটি নির্দিষ্ট দিকের দিকে চলে যায়, যার ফলে গর্তগুলিও দিকনির্দেশক আন্দোলনের মধ্য দিয়ে যায় (যেহেতু বিনামূল্যে ইলেক্ট্রন এবং গর্তগুলি জোড়ায় উত্পন্ন হয়)। গর্তের এই আন্দোলন একটিগর্ত কারেন্ট। যেহেতু ফ্রি ইলেক্ট্রন এবং গর্তগুলি বিপরীত চার্জ বহন করে এবং বিপরীত দিকগুলিতে চলে যায়, একটি অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী মোট স্রোত এই দুটি স্রোতের যোগফল।

উপরের ঘটনাটি প্রমাণ করে যে উভয় গর্ত এবং ফ্রি ইলেক্ট্রন বৈদ্যুতিক চার্জ বহনকারী কণা হিসাবে কাজ করে (এই জাতীয় কণা বলা হয়চার্জ ক্যারিয়ার)। সুতরাং, উভয়ই চার্জ ক্যারিয়ার। এটি কন্ডাক্টর থেকে অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীকে পৃথক করে: কন্ডাক্টরগুলিতে, কেবলমাত্র এক ধরণের চার্জ ক্যারিয়ার রয়েছে, যেখানে অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীগুলিতে দুটি ধরণের চার্জ ক্যারিয়ার রয়েছে।

1.2.2 অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী মধ্যে ক্যারিয়ার ঘনত্ব

যে ঘটনাটি একটি অর্ধপরিবাহী বিনামূল্যে বৈদ্যুতিন উত্পন্ন করে - তাপীয় উত্তেজনার অধীনে গর্তের জোড়া তৈরি করে তাকে বলা হয়অভ্যন্তরীণ উত্তেজনা.

ফ্রি ইলেক্ট্রনগুলির এলোমেলো গতির সময়, যখন তারা গর্তের মুখোমুখি হয়, তখন ফ্রি ইলেক্ট্রন এবং গর্তগুলি একই সাথে অদৃশ্য হয়ে যায়। এই ঘটনা বলা হয়পুনঃসংযোগ। অন্তর্নিহিত উত্তেজনার দ্বারা উত্পাদিত নিখরচায় ইলেক্ট্রন - গর্তের জোড়গুলির সংখ্যা নিখরচায় ইলেক্ট্রন - গর্তের জোড়গুলির সংখ্যার সমান হয় যা পুনঃসংযোগ করে, একটি গতিশীল ভারসাম্য অর্জন করে। এর অর্থ হ'ল একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায়, ফ্রি ইলেক্ট্রন এবং গর্তগুলির ঘনত্ব একই।

যখন পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন তাপীয় গতি তীব্র হয় এবং আরও ফ্রি ইলেক্ট্রনগুলি ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনগুলির সীমাবদ্ধতা থেকে মুক্ত হয়, যার ফলে গর্তগুলিতে বৃদ্ধি ঘটে। ফলস্বরূপ, ক্যারিয়ারের ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়, পরিবাহিতা বাড়ায়। বিপরীতে, যখন তাপমাত্রা হ্রাস পায়, বাহকের ঘনত্ব হ্রাস পায়, পরিবাহিতা হ্রাস করে। যখন তাপমাত্রা পরম শূন্য (0 কে) এ নেমে যায়, তখন ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনগুলি কোভ্যালেন্ট বন্ডগুলি থেকে মুক্ত হওয়ার শক্তির অভাব থাকে, যার ফলে কোনও পরিবাহিতা হয় না।

অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীগুলিতে, পরিবাহিতা দুটি ধরণের চার্জ ক্যারিয়ারের চলাচল জড়িত। যদিও অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীগুলির পরিবাহিতা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে তবে তাদের স্ফটিক কাঠামোর কারণে এটি অত্যন্ত দুর্বল থাকে। তাদের দুর্বল পরিবাহিতা সত্ত্বেও, অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীরা তাদের পরিবাহী বৈশিষ্ট্যগুলিতে শক্তিশালী নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা প্রদর্শন করে।

1.3 ডোপড সেমিকন্ডাক্টর

এই বিভাগটি ব্যাখ্যা করবে কেন অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহীরা পরিবাহিতা ক্ষেত্রে এই জাতীয় শক্তিশালী নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা প্রদর্শন করে। এখানে, আমরা অর্ধপরিবাহীগুলির নিম্নলিখিত সম্পত্তিটি ব্যবহার করব:অমেধ্যের পরিমাণগুলি ট্রেস তাদের পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করতে পারে.

"ডোপিং" একটি অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী হিসাবে উপযুক্ত অপরিষ্কার উপাদানগুলি প্রবর্তনের প্রক্রিয়াটিকে বোঝায়। যোগ করা অপরিষ্কার উপাদানগুলির ধরণের উপর নির্ভর করে, ডোপড সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে শ্রেণিবদ্ধ করা যেতে পারেN - টাইপ সেমিকন্ডাক্টরএবংপি - টাইপ সেমিকন্ডাক্টর। অপরিষ্কার উপাদানগুলির ঘনত্বকে নিয়ন্ত্রণ করে, ডোপড সেমিকন্ডাক্টরের পরিবাহিতা সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রিত হতে পারে।

1.3.1 n - টাইপ সেমিকন্ডাক্টর

"এন" এর অর্থ দাঁড়ায়নেতিবাচক, যেমন ইলেক্ট্রনগুলি একটি নেতিবাচক চার্জ বহন করে এবং হালকা ওজনের হয়। স্ফটিক কাঠামোর মধ্যে অতিরিক্ত ইলেক্ট্রনগুলি প্রবর্তন করতে, পেন্টাভ্যালেন্ট উপাদানগুলি (যেমন, ফসফরাস, পি) সাধারণত অর্ধপরিবাহী হিসাবে ডোপ করা হয়। যেহেতু একটি ফসফরাস পরমাণুতে পাঁচটি ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রন রয়েছে, আশেপাশের সিলিকন পরমাণুর সাথে কোভ্যালেন্ট বন্ড গঠনের পরে, একটি অতিরিক্ত ইলেক্ট্রন রয়ে গেছে। এই ইলেক্ট্রন সহজেই ন্যূনতম শক্তি ইনপুট সহ একটি নিখরচায় ইলেক্ট্রন হয়ে উঠতে পারে। অশুচি পরমাণু, এখন স্ফটিক জালিতে স্থির এবং একটি ইলেক্ট্রনের অভাব রয়েছে, এটি একটি অচল ধনাত্মক আয়ন হয়ে যায়। এটি নীচের চিত্রটিতে চিত্রিত হয়েছে:

1.3.1 n - টাইপ সেমিকন্ডাক্টর (অব্যাহত)

একটি এন - টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে, ফ্রি ইলেক্ট্রনগুলির ঘনত্ব গর্তের চেয়ে বেশি। অতএব, বিনামূল্যে ইলেক্ট্রন বলা হয়সংখ্যাগরিষ্ঠ ক্যারিয়ার(গুণক), যখন গর্ত বলা হয়সংখ্যালঘু ক্যারিয়ার(নাবালিকারা) সুতরাং, একটি n - টাইপ সেমিকন্ডাক্টর এর পরিবাহিতা প্রাথমিকভাবে বিনামূল্যে ইলেক্ট্রনের উপর নির্ভর করে। ডোপড অমেধ্যগুলির ঘনত্ব যত বেশি, সংখ্যাগরিষ্ঠ ক্যারিয়ারের ঘনত্ব তত বেশি এবং পরিবাহিতা তত বেশি।

আসুন আমরা পরীক্ষা করি যে সংখ্যাগরিষ্ঠ ক্যারিয়ারের ঘনত্ব বাড়লে সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারের ঘনত্ব কীভাবে পরিবর্তিত হয়। সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারের ঘনত্ব হ্রাস পায় কারণ ফ্রি ইলেক্ট্রনের বর্ধিত সংখ্যা গর্তের সাথে পুনঃসংযোগের সম্ভাবনা বাড়িয়ে তোলে।

যখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, ক্যারিয়ারের সংখ্যা বৃদ্ধি পায় এবং সংখ্যাগরিষ্ঠ ক্যারিয়ারের বৃদ্ধি সংখ্যালঘু বাহক বৃদ্ধির সমান। তবে সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারের ঘনত্বের শতাংশের পরিবর্তন সংখ্যাগরিষ্ঠ ক্যারিয়ারের তুলনায় বেশি (সংখ্যালঘু এবং মেজরদের বিভিন্ন বেস ঘনত্বের কারণে, যদিও সংখ্যার বৃদ্ধি একই রকম)। সুতরাং, যদিও সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারের ঘনত্ব কম, তবে তাদের অবমূল্যায়ন করা উচিত নয়। সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারগুলি অর্ধপরিবাহী ডিভাইসগুলির তাপমাত্রা স্থায়িত্বকে প্রভাবিত করে এমন একটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ এবং এইভাবে তাদের ঘনত্বকেও বিবেচনা করা উচিত।

1.3.2 পি - টাইপ সেমিকন্ডাক্টর

"পি" এর অর্থ দাঁড়ায়ইতিবাচক, ইতিবাচকভাবে চার্জ করা গর্তের নামানুসারে। স্ফটিক কাঠামোর মধ্যে অতিরিক্ত গর্তগুলি প্রবর্তন করতে, ত্রিভুজ উপাদানগুলি (যেমন, বোরন, বি) সাধারণত অর্ধপরিবাহী হিসাবে ডোপ করা হয়। যখন কোনও বোরন পরমাণু আশেপাশের সিলিকন পরমাণুর সাথে কোভ্যালেন্ট বন্ড তৈরি করে, তখন এটি একটি শূন্যপদ তৈরি করে (যা বৈদ্যুতিক নিরপেক্ষ)। যখন কোনও প্রতিবেশী সিলিকন পরমাণু থেকে কোনও ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রন এই শূন্যপদটি পূরণ করে, তখন সমবায় বন্ধনটি একটি গর্ত তৈরি করে। অপরিষ্কার পরমাণু তখন একটি অচল নেতিবাচক আয়ন হয়ে যায়। এটি নীচের চিত্রটিতে চিত্রিত হয়েছে:

1.3.2 পি - টাইপ সেমিকন্ডাক্টর (অব্যাহত)

পি - টাইপ সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে এন - টাইপ সেমিকন্ডাক্টরগুলির সাথে তুলনা করুন:

গর্তগুলি সংখ্যাগরিষ্ঠ ক্যারিয়ার, অন্যদিকে ফ্রি ইলেক্ট্রন হ'ল সংখ্যালঘু বাহক।

পরিবাহিতা প্রাথমিকভাবে গর্তের উপর নির্ভর করে। ডোপড অমেধ্যগুলির ঘনত্ব যত বেশি হবে, গর্তগুলির ঘনত্ব তত বেশি, যার ফলে শক্তিশালী পরিবাহিতা হয় (যেমন অপরিষ্কার পরমাণুর শূন্যপদগুলি বৈদ্যুতিন শোষণ করে)। সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারের ঘনত্ব হ্রাস পায়।

যখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, নিখরচায় বৈদ্যুতিন ঘনত্বের শতাংশের পরিবর্তন গর্তের ঘনত্বের চেয়ে বেশি।