अर्धचालक। अर्धचालकों की संरचना। चालकता के प्रकार और अर्धचालकों में करंट की घटना। अर्धचालकों में विद्युत धारा। अर्धचालक डायोड। अर्धचालक अर्धचालकों में वर्तमान वाहक कहलाते हैं

पाठ #41-169 बिजलीअर्धचालकों में। अर्धचालक डायोड। अर्धचालक उपकरण।

अर्धचालक एक ऐसा पदार्थ है जिसकी प्रतिरोधकता एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकती है और बढ़ते तापमान के साथ बहुत जल्दी घट जाती है, जिसका अर्थ है कि विद्युत चालकता बढ़ जाती है। यह सिलिकॉन, जर्मेनियम, सेलेनियम और कुछ यौगिकों में देखा जाता है।

अर्धचालकों में चालन तंत्र

सेमीकंडक्टर क्रिस्टल में एक परमाणु क्रिस्टल जाली होती है, जहां बाहरी इलेक्ट्रॉन सहसंयोजक बंधों द्वारा पड़ोसी परमाणुओं से बंधे होते हैं। कम तापमान पर, शुद्ध अर्धचालकों में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होता है और यह एक ढांकता हुआ की तरह व्यवहार करता है। यदि अर्धचालक शुद्ध (अशुद्धियों के बिना) है, तो इसकी अपनी चालकता (छोटा) है।

आंतरिक चालन दो प्रकार के होते हैं:

1) इलेक्ट्रॉनिक (चालकता " पी"-प्रकार) अर्धचालकों में कम तापमान पर, सभी इलेक्ट्रॉन नाभिक से जुड़े होते हैं और प्रतिरोध बड़ा होता है; जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कणों की गतिज ऊर्जा बढ़ती है, बंधन टूटते हैं और मुक्त इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं - प्रतिरोध कम हो जाता है।

मुक्त इलेक्ट्रॉन तीव्रता सदिश के विपरीत गति करते हैं विद्युत क्षेत्र. अर्धचालकों की इलेक्ट्रॉनिक चालकता मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण होती है।

2) छेद (पी-प्रकार चालकता)। तापमान में वृद्धि के साथ, परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन नष्ट हो जाते हैं, वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा किए जाते हैं, और एक लापता इलेक्ट्रॉन वाले स्थान बनते हैं - एक "छेद"। यह पूरे क्रिस्टल में घूम सकता है, क्योंकि। इसकी जगह को वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। एक "छेद" को स्थानांतरित करना एक सकारात्मक चार्ज को स्थानांतरित करने के बराबर है। छेद विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर की दिशा में चलता है।

सहसंयोजक बंधों का टूटना और अर्धचालकों की आंतरिक चालकता की उपस्थिति हीटिंग, प्रकाश (फोटोकॉन्डक्टिविटी) और मजबूत विद्युत क्षेत्रों की क्रिया के कारण हो सकती है।

निर्भरता आर (टी): थर्मिस्टर

- दूरस्थ माप टी;

- फायर अलार्म

एक शुद्ध अर्धचालक की कुल चालकता "पी" और "एन" प्रकार की चालकता का योग है और इसे इलेक्ट्रॉन-छेद चालकता कहा जाता है।

अशुद्धियों की उपस्थिति में अर्धचालक

उनकी अपनी और अशुद्धता चालकता है। अशुद्धियों की उपस्थिति चालकता को बहुत बढ़ा देती है। जब अशुद्धता की सांद्रता बदलती है, तो विद्युत प्रवाह वाहकों की संख्या-इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों- में परिवर्तन होता है। करंट को नियंत्रित करने की क्षमता है आधार विस्तृत आवेदनअर्धचालक। निम्नलिखित अशुद्धियाँ हैं:

1) दाता अशुद्धियाँ (दान करना) - अतिरिक्त हैं

अर्धचालक क्रिस्टल को इलेक्ट्रॉनों के आपूर्तिकर्ता, आसानी से इलेक्ट्रॉनों का दान करते हैं और अर्धचालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि करते हैं। ये कंडक्टर हैं "एन" - प्रकार, अर्थात्। दाता अशुद्धियों वाले अर्धचालक, जहां मुख्य आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, और अल्पसंख्यक छिद्र होते हैं। ऐसे अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनिक अशुद्धता चालकता होती है (एक उदाहरण आर्सेनिक है)।

2) स्वीकर्ता अशुद्धियाँ (प्राप्त करना) "छेद" बनाते हैं, इलेक्ट्रॉनों को अपने आप में लेते हैं। ये अर्धचालक "पी" हैं - प्रकार, अर्थात्। स्वीकर्ता अशुद्धियों वाले अर्धचालक, जहाँ मुख्य आवेश वाहक है

छेद, और अल्पसंख्यक इलेक्ट्रॉन। ऐसा अर्धचालक होता है

छेद अशुद्धता चालकता (एक उदाहरण ईण्डीयुम है)।

विद्युत गुण "पी-एन » संक्रमण।

"पीएन" संक्रमण (या इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण) - दो अर्धचालकों का संपर्क क्षेत्र, जहां चालकता इलेक्ट्रॉनिक से छेद (या इसके विपरीत) में बदल जाती है।

अर्धचालक क्रिस्टल में, अशुद्धियों को पेश करके ऐसे क्षेत्र बनाए जा सकते हैं। अलग-अलग चालकता वाले दो अर्धचालकों के संपर्क क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का पारस्परिक प्रसार होगा और एक अवरोधक अवरोध बन जाएगा।

विद्युत परत। बैरियर परत का विद्युत क्षेत्र रोकता है

सीमा के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का आगे संक्रमण। अर्धचालक के अन्य क्षेत्रों की तुलना में बाधा परत में प्रतिरोध में वृद्धि हुई है।

एक बाहरी विद्युत क्षेत्र बाधा परत के प्रतिरोध को प्रभावित करता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की प्रत्यक्ष (ट्रांसमिशन) दिशा में, करंट दो अर्धचालकों की सीमा से होकर गुजरता है। इसलिये इलेक्ट्रॉन और छिद्र एक दूसरे की ओर इंटरफेस की ओर बढ़ते हैं, फिर इलेक्ट्रॉन,

सीमा पार करना, छिद्रों को भरना। बैरियर परत की मोटाई और इसका प्रतिरोध लगातार कम हो रहा है।

एक अवरुद्ध (बाहरी विद्युत क्षेत्र की विपरीत दिशा) के साथ, वर्तमान दो अर्धचालकों के संपर्क क्षेत्र से नहीं गुजरेगा। इसलिये इलेक्ट्रॉन और छिद्र सीमा से विपरीत दिशाओं में चलते हैं, फिर अवरुद्ध परत

गाढ़ा हो जाता है, उसका प्रतिरोध बढ़ जाता है।

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण में एकतरफा चालन होता है।

अर्धचालक डायोड- एक "आरएन" जंक्शन वाला अर्धचालक।

सेमीकंडक्टर डायोड एसी रेक्टिफायर के मुख्य तत्व हैं।

जब एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है: एक दिशा में अर्धचालक का प्रतिरोध अधिक होता है, विपरीत दिशा में प्रतिरोध कम होता है।

ट्रांजिस्टर।(अंग्रेजी शब्दों से स्थानांतरण - स्थानांतरण, रोकनेवाला - प्रतिरोध)

जर्मेनियम या सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के प्रकारों में से एक पर विचार करें जिसमें दाता और स्वीकर्ता अशुद्धियों को पेश किया गया हो। अशुद्धियों का वितरण ऐसा है कि दो पी-टाइप सेमीकंडक्टर परतों के बीच एक बहुत पतली (कई माइक्रोमीटर के क्रम की) एन-टाइप सेमीकंडक्टर परत बनाई जाती है (चित्र देखें)।

इस पतली परत को कहते हैं आधारया आधार।क्रिस्टल में दो . होते हैं आर-n -संक्रमण, जिसकी प्रत्यक्ष दिशाएँ विपरीत हैं। विभिन्न प्रकार की चालकता वाले क्षेत्रों से तीन आउटपुट आपको चित्र में दिखाए गए सर्किट में एक ट्रांजिस्टर शामिल करने की अनुमति देते हैं। इस समावेश के साथ, वामपंथी आर-एन-जंप is प्रत्यक्षऔर आधार को p-प्रकार के क्षेत्र से अलग करता है जिसे . कहा जाता है उत्सर्जकअगर कोई अधिकार नहीं था आर-एन-ट्रांज़िशन, एमिटर-बेस सर्किट में स्रोतों (बैटरी) के वोल्टेज के आधार पर एक करंट होगा बी 1और एक एसी वोल्टेज स्रोत) और सर्किट प्रतिरोध, जिसमें प्रत्यक्ष एमिटर-बेस जंक्शन का कम प्रतिरोध शामिल है।

बैटरी बी2चालू किया ताकि अधिकार आर-n -परिपथ में संक्रमण (अंजीर देखें।) is उल्टा।यह आधार को दायीं p-प्रकार के क्षेत्र से अलग करता है जिसे कहा जाता है एकत्र करनेवाला।अगर नहीं बचा था आर-n -जंक्शन, कलेक्टर सर्किट में करंट शून्य के करीब होगा, क्योंकि

उलटा प्रतिरोध बहुत अधिक है। बाईं ओर करंट की उपस्थिति में आर-n -जंक्शन करंट कलेक्टर सर्किट में भी दिखाई देता है, और कलेक्टर में करंट एमिटर में करंट से थोड़ा ही कम होता है (यदि एमिटर पर एक नकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, तो बाईं ओर आर-n -संक्रमण को उलट दिया जाएगा और एमिटर सर्किट में और कलेक्टर सर्किट में करंट व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित रहेगा)। जब एमिटर और बेस के बीच एक वोल्टेज बनाया जाता है, तो पी-टाइप सेमीकंडक्टर के मुख्य वाहक - छेद आधार में प्रवेश करते हैं, जहां वे पहले से ही मामूली वाहक होते हैं। चूंकि आधार की मोटाई बहुत कम होती है और इसमें बहुसंख्यक वाहक (इलेक्ट्रॉनों) की संख्या कम होती है, इसलिए इसमें गिरे हुए छेद आधार इलेक्ट्रॉनों के साथ शायद ही संयोजित होते हैं (पुनः संयोजित नहीं होते) और प्रसार के कारण संग्राहक में प्रवेश करते हैं। सही आर-n -संक्रमण आधार के मुख्य आवेश वाहक - इलेक्ट्रॉनों के लिए बंद है, लेकिन छिद्रों के लिए नहीं। संग्राहक में, छेद विद्युत क्षेत्र द्वारा दूर किए जाते हैं और सर्किट को बंद कर देते हैं। बेस से एमिटर सर्किट में करंट ब्रांचिंग की ताकत बहुत कम है, क्योंकि क्षैतिज में बेस का क्रॉस-सेक्शनल एरिया (अंजीर देखें। ऊपर) प्लेन में क्रॉस-सेक्शन की तुलना में बहुत छोटा है। ऊर्ध्वाधर तल।

कलेक्टर में करंट, जो एमिटर में करंट के लगभग बराबर होता है, एमिटर में करंट के साथ बदलता है। प्रतिरोधी प्रतिरोध आर कलेक्टर में करंट पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, और इस प्रतिरोध को पर्याप्त रूप से बड़ा बनाया जा सकता है। इसके सर्किट में शामिल एक एसी वोल्टेज स्रोत के साथ एमिटर करंट को नियंत्रित करने से, हमें रेसिस्टर आर में वोल्टेज में एक सिंक्रोनस परिवर्तन मिलता है .

रोकनेवाला के एक बड़े प्रतिरोध के साथ, इसके पार वोल्टेज परिवर्तन एमिटर सर्किट में सिग्नल वोल्टेज परिवर्तन से हजारों गुना अधिक हो सकता है। इसका मतलब है बढ़ा हुआ वोल्टेज। इसलिए, लोड पर R विद्युत संकेत प्राप्त करना संभव है जिनकी शक्ति उत्सर्जक सर्किट में प्रवेश करने वाली शक्ति से कई गुना अधिक है।

ट्रांजिस्टर का अनुप्रयोगगुण आरअर्धचालकों में -n-जंक्शनों का उपयोग विद्युत दोलनों को बढ़ाने और उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

इस पाठ में, हम विद्युत प्रवाह के पारित होने के लिए ऐसे माध्यम को अर्धचालक के रूप में मानेंगे। हम उनकी चालकता के सिद्धांत, तापमान पर इस चालकता की निर्भरता और अशुद्धियों की उपस्थिति पर विचार करेंगे, पी-एन जंक्शन और बुनियादी अर्धचालक उपकरणों जैसी अवधारणा पर विचार करेंगे।

यदि आप एक सीधा संबंध बनाते हैं, तो बाहरी क्षेत्र लॉकिंग को बेअसर कर देगा, और वर्तमान मुख्य चार्ज वाहक (चित्र। 9) द्वारा बनाया जाएगा।

चावल। 9. सीधे कनेक्शन के साथ पी-एन जंक्शन ()

इस मामले में, अल्पसंख्यक वाहकों की धारा नगण्य है, यह व्यावहारिक रूप से न के बराबर है। इसलिए, पी-एन जंक्शन विद्युत प्रवाह का एकतरफा चालन प्रदान करता है।

चावल। 10. बढ़ते तापमान के साथ सिलिकॉन की परमाणु संरचना

अर्धचालकों का चालन इलेक्ट्रॉन-छिद्र होता है, और इस तरह के चालन को आंतरिक चालन कहा जाता है। और प्रवाहकीय धातुओं के विपरीत, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, मुक्त आवेशों की संख्या बढ़ती जाती है (पहले मामले में, यह नहीं बदलता है), इसलिए बढ़ते तापमान के साथ अर्धचालकों की चालकता बढ़ जाती है, और प्रतिरोध कम हो जाता है (चित्र 10)।

अर्धचालकों के अध्ययन में एक बहुत ही महत्वपूर्ण मुद्दा उनमें अशुद्धियों की उपस्थिति है। और अशुद्धियों की उपस्थिति के मामले में, अशुद्धता चालकता की बात करनी चाहिए।

अर्धचालकों

संचरित संकेतों के छोटे आकार और बहुत उच्च गुणवत्ता ने अर्धचालक उपकरणों को आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी में बहुत आम बना दिया है। ऐसे उपकरणों की संरचना में न केवल उपरोक्त सिलिकॉन अशुद्धियों के साथ शामिल हो सकते हैं, बल्कि उदाहरण के लिए, जर्मेनियम भी शामिल हो सकते हैं।

इन उपकरणों में से एक डायोड है - एक उपकरण जो एक दिशा में करंट पास करने में सक्षम है और दूसरी दिशा में इसके पारित होने को रोकता है। यह एक अन्य प्रकार के अर्धचालक को p- या n-प्रकार के अर्धचालक क्रिस्टल (चित्र 11) में आरोपित करके प्राप्त किया जाता है।

चावल। 11. डायग्राम पर डायोड का पदनाम और उसके उपकरण का आरेख, क्रमशः

एक अन्य उपकरण, जिसमें अब दो p-n जंक्शन हैं, ट्रांजिस्टर कहलाते हैं। यह न केवल वर्तमान प्रवाह की दिशा का चयन करने के लिए, बल्कि इसे परिवर्तित करने के लिए भी कार्य करता है (चित्र 12)।

चावल। 12. क्रमशः विद्युत परिपथ पर ट्रांजिस्टर की संरचना और उसके पदनाम की योजना ()

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आधुनिक माइक्रोक्रेसीट डायोड, ट्रांजिस्टर और अन्य विद्युत उपकरणों के कई संयोजनों का उपयोग करते हैं।

अगले पाठ में हम निर्वात में विद्युत धारा के प्रसार को देखेंगे।

ग्रन्थसूची

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1. उपकरणों के संचालन के सिद्धांत ()।
2. भौतिकी और प्रौद्योगिकी का विश्वकोश ()।

गृहकार्य

1. अर्धचालक में चालन इलेक्ट्रॉनों का क्या कारण है?
2. अर्धचालक की आंतरिक चालकता क्या है?
3. अर्धचालक की चालकता तापमान पर कैसे निर्भर करती है?
4. दाता अशुद्धता और स्वीकर्ता अशुद्धता में क्या अंतर है?
5. * ए) गैलियम, बी) इंडियम, सी) फास्फोरस, डी) सुरमा के मिश्रण के साथ सिलिकॉन की चालकता क्या है?

साइट के प्रिय पाठकों को नमस्कार। साइट में शुरुआती रेडियो शौकिया को समर्पित एक खंड है, लेकिन अभी तक मैंने शुरुआती लोगों के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया में अपना पहला कदम उठाने के लिए वास्तव में कुछ भी नहीं लिखा है। मैं इस अंतर को भरता हूं, और इस लेख से हम रेडियो घटकों (रेडियो घटकों) के उपकरण और संचालन से परिचित होना शुरू करते हैं।

आइए अर्धचालक उपकरणों से शुरू करते हैं। लेकिन यह समझने के लिए कि डायोड, थाइरिस्टर या ट्रांजिस्टर कैसे काम करता है, किसी को यह समझना चाहिए कि क्या है सेमीकंडक्टर. इसलिए, हम पहले आणविक स्तर पर अर्धचालकों की संरचना और गुणों का अध्ययन करेंगे, और फिर हम अर्धचालक रेडियो घटकों के संचालन और डिजाइन से निपटेंगे।

सामान्य अवधारणाएँ।

बिल्कुल क्यों सेमीकंडक्टरडायोड, ट्रांजिस्टर या थाइरिस्टर? क्योंकि इन रेडियो घटकों का आधार है अर्धचालकोंविद्युत प्रवाह का संचालन करने और इसके पारित होने को रोकने में सक्षम पदार्थ।

यह रेडियो इंजीनियरिंग (जर्मेनियम, सिलिकॉन, सेलेनियम, कॉपर ऑक्साइड) में प्रयुक्त पदार्थों का एक बड़ा समूह है, लेकिन अर्धचालक उपकरणों के निर्माण के लिए, वे मुख्य रूप से केवल उपयोग करते हैं सिलिकॉन(सी) और जर्मेनियम(जीई)।

उनके विद्युत गुणों के अनुसार, अर्धचालक विद्युत प्रवाह के कंडक्टर और गैर-चालक के बीच एक मध्य स्थान पर कब्जा कर लेते हैं।

अर्धचालकों के गुण।

कंडक्टरों की विद्युत चालकता परिवेश के तापमान पर अत्यधिक निर्भर है।
बहुत कमपूर्ण शून्य (-273 डिग्री सेल्सियस) के करीब तापमान, अर्धचालक अमल न करेंविद्युत प्रवाह, और पदोन्नतितापमान, वर्तमान के लिए उनका प्रतिरोध कम हो जाती है.

यदि आप अर्धचालक की ओर इशारा करते हैं रोशनी, तो इसकी विद्युत चालकता बढ़ने लगती है। अर्धचालकों की इस संपत्ति का उपयोग करके बनाया गया था फोटोवोल्टिकउपकरण। अर्धचालक भी प्रकाश ऊर्जा को विद्युत धारा में परिवर्तित करने में सक्षम हैं, उदाहरण के लिए, सौर पेनल्स. और जब अर्धचालकों में पेश किया गया दोषकुछ पदार्थ, उनकी विद्युत चालकता नाटकीय रूप से बढ़ जाती है।

अर्धचालक परमाणुओं की संरचना।

जर्मेनियम और सिलिकॉन कई अर्धचालक उपकरणों की मुख्य सामग्री हैं और इनमें चार रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉन.

परमाणु जर्मनी 32 इलेक्ट्रॉनों से बना है, और एक परमाणु सिलिकॉन 14 में से। लेकिन केवल 28 जर्मेनियम परमाणु के इलेक्ट्रॉन और 10 सिलिकॉन परमाणु के इलेक्ट्रॉन, उनके कोश की भीतरी परतों में स्थित होते हैं, नाभिक द्वारा मजबूती से पकड़े रहते हैं और उनसे कभी नहीं निकलते हैं। अभी-अभी चारइन कंडक्टरों के परमाणुओं के वैलेंस इलेक्ट्रॉन मुक्त हो सकते हैं, और तब भी हमेशा नहीं। और यदि एक अर्धचालक परमाणु कम से कम एक इलेक्ट्रॉन खो देता है, तो वह बन जाता है सकारात्मक आयन.

अर्धचालक में, परमाणुओं को एक सख्त क्रम में व्यवस्थित किया जाता है: प्रत्येक परमाणु से घिरा होता है चारएक ही परमाणु। इसके अलावा, वे एक-दूसरे के इतने करीब स्थित होते हैं कि उनके वैलेंस इलेक्ट्रॉन पड़ोसी परमाणुओं के चारों ओर से गुजरते हुए एकल कक्षा बनाते हैं, जिससे परमाणुओं को एक पूरे पदार्थ में बांध दिया जाता है।

आइए हम एक अर्धचालक क्रिस्टल में परमाणुओं के परस्पर संबंध को एक समतल आरेख के रूप में प्रस्तुत करें।
आरेख में, एक प्लस के साथ लाल गेंदें, पारंपरिक रूप से, निरूपित करती हैं परमाणुओं के नाभिक(सकारात्मक आयन), और नीली गेंदें हैं अणु की संयोजन क्षमता.

यहाँ आप देख सकते हैं कि प्रत्येक परमाणु के चारों ओर स्थित हैं चारबिल्कुल वही परमाणु, और इन चारों में से प्रत्येक का चार अन्य परमाणुओं के साथ संबंध है, इत्यादि। प्रत्येक परमाणु प्रत्येक पड़ोसी से जुड़ा हुआ है दोवैलेंस इलेक्ट्रॉन, और एक इलेक्ट्रॉन उसका अपना होता है, और दूसरा पड़ोसी परमाणु से उधार लिया जाता है। ऐसे बंधन को दो-इलेक्ट्रॉन बंधन कहा जाता है। सहसंयोजक.

बदले में, प्रत्येक परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल की बाहरी परत में होता है आठइलेक्ट्रॉन: चारउनका अपना, और अकेला, चार . से उधार लिया पड़ोसीपरमाणु। यहां यह भेद करना संभव नहीं है कि परमाणु में कौन सा वैलेंस इलेक्ट्रॉन "अपना" है और कौन सा "विदेशी" है, क्योंकि वे आम हो गए हैं। जर्मेनियम या सिलिकॉन क्रिस्टल के पूरे द्रव्यमान में परमाणुओं के इस तरह के बंधन के साथ, हम मान सकते हैं कि अर्धचालक क्रिस्टल एक बड़ा है अणु. आकृति में, गुलाबी और पीले वृत्त दो पड़ोसी परमाणुओं के कोशों की बाहरी परतों के बीच संबंध दर्शाते हैं।

अर्धचालक विद्युत चालकता।

एक अर्धचालक क्रिस्टल के सरलीकृत चित्र पर विचार करें, जहां परमाणुओं को एक लाल गेंद द्वारा एक प्लस के साथ दर्शाया जाता है, और अंतर-परमाणु बंधन दो लाइनों द्वारा दिखाए जाते हैं जो वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का प्रतीक हैं।

परम शून्य के करीब तापमान पर, एक अर्धचालक आचरण नहीं करतावर्तमान, क्योंकि इसमें नहीं है मुक्त इलेक्ट्रॉन. लेकिन तापमान में वृद्धि के साथ, परमाणुओं के नाभिक के साथ वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का बंधन कमजोरऔर कुछ इलेक्ट्रॉन, तापीय गति के कारण, अपने परमाणु छोड़ सकते हैं। अंतरपरमाण्विक बंधन से निकलने वाला इलेक्ट्रॉन बन जाता है " नि: शुल्क", और जहां वह पहले था, वहां एक खाली जगह बनती है, जिसे पारंपरिक रूप से कहा जाता है छेद.

कैसे के ऊपरअर्धचालक तापमान, अधिकयह मुक्त इलेक्ट्रॉन और छिद्र बन जाता है। नतीजतन, यह पता चला है कि एक "छेद" का गठन एक परमाणु के खोल से एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन के प्रस्थान के साथ जुड़ा हुआ है, और छेद स्वयं बन जाता है सकारात्मकइलेक्ट्रिक चार्ज के बराबर नकारात्मकएक इलेक्ट्रॉन का प्रभार।

अब आइए आकृति को देखें, जो योजनाबद्ध रूप से दिखाता है एक अर्धचालक में धारा की घटना की घटना.

यदि आप सेमीकंडक्टर, "+" और "-" संपर्कों पर कुछ वोल्टेज लागू करते हैं, तो इसमें एक करंट दिखाई देगा।
कारण थर्मल घटना, एक अर्धचालक क्रिस्टल में अंतरपरमाण्विक बंधों से शुरू होगा जारी कियाकुछ संख्या में इलेक्ट्रॉन (तीर वाली नीली गेंदें)। इलेक्ट्रॉन आकर्षित होते हैं सकारात्मकवोल्टेज स्रोत का ध्रुव होगा कदमउसकी ओर, पीछे छोड़कर छेद, जो दूसरों द्वारा भरा जाएगा मुक्त इलेक्ट्रॉन. यही है, बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, चार्ज वाहक दिशात्मक गति की एक निश्चित गति प्राप्त करते हैं और इस प्रकार बनाते हैं बिजली.

उदाहरण के लिए: मुक्त इलेक्ट्रॉन वोल्टेज स्रोत के सकारात्मक ध्रुव के सबसे करीब है आकर्षितयह पोल। अंतरपरमाण्विक बंधन को तोड़कर उसे छोड़कर, इलेक्ट्रॉन पत्तियाँमेरे बाद छेद. एक और मुक्त इलेक्ट्रॉन, जो किसी पर स्थित है निष्कासनसकारात्मक ध्रुव से भी आकर्षितपोल और चलतीउसकी ओर, लेकिन मिले हुएउसके रास्ते में एक छेद, उसकी ओर आकर्षित होता है सारपरमाणु, अंतर-परमाणु बंधन को बहाल करना।

जिसके परिणामस्वरूप नयादूसरे इलेक्ट्रॉन के बाद छेद, भरणतीसरा मुक्त इलेक्ट्रॉन, इस छिद्र के बगल में स्थित है (चित्र संख्या 1)। इसकी बारी में छेद, जो . के सबसे करीब हैं नकारात्मकपोल, दूसरे से भरा हुआ मुक्त इलेक्ट्रॉन(चित्र संख्या 2)। इस प्रकार, अर्धचालक में विद्युत धारा उत्पन्न होती है।

जब तक सेमीकंडक्टर संचालित होता है विद्युत क्षेत्र, यह प्रोसेस निरंतर: अंतरपरमाण्विक बंधन टूट जाते हैं - मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रकट होते हैं - छिद्र बनते हैं। छेद जारी किए गए इलेक्ट्रॉनों से भरे हुए हैं - अंतर-परमाणु बंधन बहाल हो जाते हैं, जबकि अन्य अंतर-परमाणु बंधन टूट जाते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन निकल जाते हैं और निम्नलिखित छिद्रों को भरते हैं (चित्र संख्या 2-4)।

इससे हम यह निष्कर्ष निकालते हैं: इलेक्ट्रॉन वोल्टेज स्रोत के ऋणात्मक ध्रुव से धनात्मक की ओर बढ़ते हैं, और छिद्र धनात्मक ध्रुव से ऋणात्मक की ओर बढ़ते हैं।

इलेक्ट्रॉन-छेद चालकता।

एक "शुद्ध" अर्धचालक क्रिस्टल में, संख्या मुक्तमें इस पलइलेक्ट्रॉन संख्या के बराबर है उभरतेइस मामले में, छेद होते हैं, इसलिए ऐसे अर्धचालक की विद्युत चालकता छोटा, क्योंकि यह एक विद्युत प्रवाह प्रदान करता है बड़ाप्रतिरोध, और इस विद्युत चालकता को कहा जाता है अपना.

लेकिन अगर हम अर्धचालक को रूप में जोड़ते हैं दोषअन्य तत्वों के परमाणुओं की एक निश्चित संख्या, तो इसकी विद्युत चालकता में काफी वृद्धि होगी, और इसके आधार पर संरचनाओंअशुद्धता तत्वों के परमाणु, अर्धचालक की विद्युत चालकता होगी इलेक्ट्रोनिकया छिद्रित.

इलेक्ट्रॉनिक चालकता।

मान लीजिए, एक अर्धचालक क्रिस्टल में, जिसमें परमाणुओं में चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, हमने एक परमाणु को एक परमाणु से बदल दिया है जिसमें पांचअणु की संयोजन क्षमता। यह परमाणु चारइलेक्ट्रॉन अर्धचालक के चार पड़ोसी परमाणुओं के साथ बंधेंगे, और पांचवांसंयोजकता इलेक्ट्रॉन रहेगा ज़रूरत से ज़्यादा' का अर्थ है मुक्त। और थान अधिक अधिकमुक्त इलेक्ट्रॉन होंगे, जिसका अर्थ है कि ऐसा अर्धचालक अपने गुणों में एक धातु के पास जाएगा, और इसके माध्यम से विद्युत प्रवाह को पारित करने के लिए, यह अंतर-परमाणु बंधनों को नष्ट करने की आवश्यकता नहीं है.

ऐसे गुणों वाले अर्धचालकों को "प्रकार की चालकता वाले अर्धचालक" कहा जाता है। एन", या अर्धचालक एन-प्रकार। यहाँ लैटिन अक्षर n "नकारात्मक" (नकारात्मक) शब्द से आया है - अर्थात "नकारात्मक"। यह इस प्रकार है कि एक अर्धचालक में एन-प्रकार मुख्यआवेश वाहक हैं - इलेक्ट्रॉनों, और मुख्य नहीं - छेद।

छेद चालन।

आइए हम वही क्रिस्टल लें, लेकिन अब हम इसके परमाणु को एक परमाणु से बदल देंगे जिसमें केवल तीनमुक्त इलेक्ट्रॉन। अपने तीन इलेक्ट्रॉनों के साथ, यह केवल के साथ बंध जाएगा तीनपड़ोसी परमाणु, और चौथे परमाणु के साथ बंधने के लिए, उसके पास पर्याप्त नहीं होगा एकइलेक्ट्रॉन। नतीजतन, यह बनता है छेद. स्वाभाविक रूप से, यह आस-पास के किसी अन्य मुक्त इलेक्ट्रॉन से भर जाएगा, लेकिन, किसी भी मामले में, क्रिस्टल में ऐसा कोई अर्धचालक नहीं होगा। लपकनाछिद्रों को भरने के लिए इलेक्ट्रॉन। और थान अधिकक्रिस्टल में ऐसे परमाणु होंगे, इसलिए अधिकछेद होंगे।

मुक्त इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने और ऐसे अर्धचालक में गति करने के लिए, परमाणुओं के बीच संयोजकता बंधनों को नष्ट किया जाना चाहिए. लेकिन इलेक्ट्रॉन अभी भी पर्याप्त नहीं होंगे, क्योंकि छिद्रों की संख्या हमेशा रहेगी अधिककिसी भी समय इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

ऐसे अर्धचालकों को अर्धचालक कहा जाता है छिद्रितचालकता या कंडक्टर पी-प्रकार, जिसका लैटिन में "सकारात्मक" का अर्थ है "सकारात्मक"। इस प्रकार, पी-टाइप सेमीकंडक्टर क्रिस्टल में विद्युत प्रवाह की घटना एक निरंतर . के साथ होती है उद्भवतथा लापता होने केधनात्मक आवेश छिद्र हैं। और इसका मतलब है कि एक अर्धचालक में पी-प्रकार मुख्यचार्ज वाहक हैं छेद, और बुनियादी नहीं - इलेक्ट्रॉन।

अब जब आप अर्धचालकों में होने वाली परिघटनाओं के बारे में कुछ समझ गए हैं, तो आपके लिए अर्धचालक रेडियो घटकों के संचालन के सिद्धांत को समझना मुश्किल नहीं होगा।

आइए इस पर रुकें, और हम डिवाइस पर विचार करेंगे, डायोड के संचालन का सिद्धांत, हम इसकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषता और स्विचिंग सर्किट का विश्लेषण करेंगे।
आपको कामयाबी मिले!

स्रोत:

1 . बोरिसोव वी.जी. - एक युवा रेडियो शौकिया। 1985
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अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह पाठ का उद्देश्य: अर्धचालकों में विद्युत आवेश के मुक्त वाहक और अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह की प्रकृति का एक विचार तैयार करना। पाठ का प्रकार: पाठ नई सामग्री सीखना। पाठ योजना ज्ञान जाँच 5 मिनट। 1. धातुओं में विद्युत धारा। 2. इलेक्ट्रोलाइट्स में विद्युत प्रवाह। 3. इलेक्ट्रोलिसिस के लिए फैराडे का नियम। 4. गैसों में विद्युत प्रवाह प्रदर्शन 5 मि. वीडियो फिल्म के टुकड़े "अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह" नई सामग्री सीखना 28 मिनट। 1. अर्धचालकों में आवेश वाहक। 2. अर्धचालकों की अशुद्धता चालकता। 3. इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण। 4. सेमीकंडक्टर डायोड और ट्रांजिस्टर। 5. एकीकृत सर्किट अध्ययन सामग्री का समेकन 7 मिनट। 1. गुणात्मक प्रश्न। 2. समस्याओं को हल करना सीखना एक नई सामग्री का अध्ययन 1. अर्धचालकों में चार्ज करना कमरे के तापमान पर अर्धचालकों के विशिष्ट प्रतिरोधों में एक विस्तृत श्रृंखला में मान होते हैं, i. 10-3 से 107 ओम मीटर तक, और धातुओं और डाइलेक्ट्रिक्स के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। अर्धचालक वे पदार्थ हैं जिनकी प्रतिरोधकता बढ़ते तापमान के साथ बहुत तेजी से घटती है। अर्धचालकों में कई रासायनिक तत्व (बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, फास्फोरस, आर्सेनिक, सेलेनियम, टेल्यूरियम, आदि), बड़ी संख्या में खनिज, मिश्र धातु और रासायनिक यौगिक शामिल हैं। आसपास की दुनिया के लगभग सभी अकार्बनिक पदार्थ अर्धचालक हैं। पर्याप्त रूप से कम तापमान और प्रकाश या हीटिंग के बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति के लिए, अर्धचालक विद्युत प्रवाह का संचालन नहीं करते हैं: इन परिस्थितियों में, अर्धचालक में सभी इलेक्ट्रॉन बाध्य होते हैं। हालांकि, अर्धचालकों में उनके परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों का बंधन उतना मजबूत नहीं है जितना कि डाइलेक्ट्रिक्स में। और तापमान में वृद्धि के मामले में, साथ ही उज्ज्वल रोशनी के लिए, कुछ इलेक्ट्रॉन अपने परमाणुओं से अलग हो जाते हैं और मुक्त शुल्क बन जाते हैं, अर्थात वे पूरे नमूने में घूम सकते हैं। इसके कारण, अर्धचालक - मुक्त इलेक्ट्रॉनों में ऋणात्मक आवेश वाहक दिखाई देते हैं। इलेक्ट्रॉन को इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। जब एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन अलग हो जाता है, तो उस परमाणु का धनात्मक आवेश अप्रतिदेय हो जाता है, अर्थात। इस स्थान पर एक अतिरिक्त धनात्मक आवेश दिखाई देता है। इस धनात्मक आवेश को "छेद" कहा जाता है। एक परमाणु जिसके पास एक छेद बन गया है, एक पड़ोसी परमाणु से एक बाध्य इलेक्ट्रॉन को दूर ले जा सकता है, जबकि छेद एक पड़ोसी परमाणु में चला जाएगा, और वह परमाणु, आगे छेद को "पास" कर सकता है। बाध्य इलेक्ट्रॉनों के इस तरह के "बैटन" आंदोलन को छिद्रों की गति के रूप में माना जा सकता है, अर्थात धनात्मक आवेश। गति के कारण अर्धचालक की चालकता (उदाहरण के लिए, आवेश। छिद्रों की गति के कारण अर्धचालक की चालकता को छिद्र कहा जाता है। छिद्र चालकता और इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनिक चालकता के बीच का अंतर यह है कि इलेक्ट्रॉनिक चालकता मुक्त की गति के कारण होती है। अर्धचालकों में इलेक्ट्रॉन, और छिद्र चालकता बाध्य इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण होती है। एक शुद्ध अर्धचालक में (अशुद्धियों के बिना), एक विद्युत प्रवाह समान संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का निर्माण करता है। इस चालकता को अर्धचालकों की आंतरिक चालकता कहा जाता है। अर्धचालकों की अशुद्धता चालकता यदि आप शुद्ध पिघले हुए सिलिकॉन में थोड़ी मात्रा में आर्सेनिक (लगभग 10-5%) मिलाते हैं, तो सख्त होने के बाद, साधारण क्रिस्टलीय सिलिकॉन जाली, लेकिन कुछ जाली साइटों पर, सिलिकॉन परमाणुओं के बजाय, आर्सेनिक परमाणु होंगे। आर्सेनिक, जैसा कि आप जानते हैं, एक पेंटावैलेंट तत्व है। सहसंयोजक इलेक्ट्रॉन पड़ोसी सिलिकॉन परमाणुओं के साथ युग्मित इलेक्ट्रॉनिक बांड बनाते हैं। nवें इलेक्ट्रॉन के पास पर्याप्त बंधन नहीं होंगे, जबकि यह आर्सेनिक परमाणु से इतना कमजोर रूप से बंधेगा, जो आसानी से मुक्त हो जाता है। नतीजतन, प्रत्येक अशुद्धता परमाणु एक मुक्त इलेक्ट्रॉन देगा। वे अशुद्धियाँ जिनके परमाणु आसानी से इलेक्ट्रॉन दान करते हैं, दाता अशुद्धियाँ कहलाती हैं। सिलिकॉन परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन मुक्त हो सकते हैं, एक छेद बना सकते हैं, इसलिए, एक क्रिस्टल में परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों को "कैप्चर" करने वाली अशुद्धियां एक साथ मौजूद हो सकती हैं, और मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को कहा जाता है। हालांकि, छिद्रों की तुलना में कई गुना अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉन होंगे। अर्धचालक जिनमें इलेक्ट्रॉन बहुसंख्यक आवेश वाहक होते हैं, n-प्रकार के अर्धचालक कहलाते हैं। यदि सिलिकॉन में थोड़ी मात्रा में त्रिसंयोजक इंडियम मिलाया जाता है, तो अर्धचालक की चालकता की प्रकृति बदल जाएगी। चूंकि इंडियम में तीन संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं, यह केवल तीन पड़ोसी परमाणुओं के साथ एक सहसंयोजक बंधन स्थापित कर सकता है। चौथे परमाणु के साथ एक बंधन स्थापित करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन पर्याप्त नहीं है। इंडियम पड़ोसी परमाणुओं से एक इलेक्ट्रॉन "उधार" लेता है, परिणामस्वरूप, भारत का प्रत्येक परमाणु एक खाली जगह बनाता है - एक छेद। अर्धचालकों की क्रिस्टल जाली, स्वीकर्ता। एक स्वीकर्ता अशुद्धता के मामले में, अर्धचालक के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने के दौरान मुख्य आवेश वाहकों में छेद होते हैं। अर्धचालक जिनमें छिद्र बहुसंख्यक आवेश वाहक होते हैं, p-प्रकार के अर्धचालक कहलाते हैं। लगभग सभी अर्धचालकों में दाता और स्वीकर्ता दोनों अशुद्धियाँ होती हैं। अर्धचालक चालकता का प्रकार आवेश वाहकों - इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की उच्च सांद्रता के साथ अशुद्धता को निर्धारित करता है। 3. इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण भौतिक गुण अर्धचालकों में निहित, विभिन्न प्रकार की चालकता वाले अर्धचालकों के बीच संपर्कों (पी-एन-जंक्शन) के गुणों का सबसे अधिक उपयोग हुआ है। एन-टाइप सेमीकंडक्टर में, इलेक्ट्रॉन थर्मल गति में भाग लेते हैं और सीमा के माध्यम से पी-टाइप सेमीकंडक्टर में फैलते हैं, जहां उनकी एकाग्रता बहुत कम होती है। इसी तरह, छेद एक पी-टाइप सेमीकंडक्टर से एक एन-टाइप सेमीकंडक्टर में फैल जाएगा। यह उसी प्रकार होता है जैसे किसी विलेय के परमाणु टकराने पर प्रबल विलयन से दुर्बल विलयन में विसरित हो जाते हैं। प्रसार के परिणामस्वरूप, निकट-संपर्क क्षेत्र मुख्य आवेश वाहकों से समाप्त हो जाता है: n-प्रकार के अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता कम हो जाती है, और p-प्रकार अर्धचालक में, छिद्रों की सांद्रता। इसलिए, संपर्क क्षेत्र का प्रतिरोध बहुत महत्वपूर्ण है। पी-एन जंक्शन के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का प्रसार इस तथ्य की ओर जाता है कि एन-प्रकार का अर्धचालक जिसमें से इलेक्ट्रॉन आते हैं, सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, और पी-प्रकार नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। एक विद्युत दोहरी परत बनती है, जो एक विद्युत क्षेत्र बनाती है जो अर्धचालक संपर्क के माध्यम से मुक्त धारा वाहकों के आगे प्रसार को रोकती है। दोहरी आवेशित परत के बीच एक निश्चित वोल्टेज पर, मुख्य वाहकों द्वारा निकट-संपर्क क्षेत्र की और कमी रुक जाती है। यदि अब सेमीकंडक्टर को एक करंट सोर्स से जोड़ा जाता है ताकि उसका इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र स्रोत के नेगेटिव पोल से और होल क्षेत्र को पॉजिटिव पोल से जोड़ा जाए, तो करंट सोर्स द्वारा बनाए गए विद्युत क्षेत्र को निर्देशित किया जाएगा ताकि वह गति करे पी-एन-जंक्शन के साथ अर्धचालक के प्रत्येक खंड में मुख्य वर्तमान वाहक। संपर्क करने पर, अनुभाग मुख्य वर्तमान वाहकों से समृद्ध हो जाएगा, और इसका प्रतिरोध कम हो जाएगा। संपर्क के माध्यम से एक महत्वपूर्ण धारा प्रवाहित होगी। इस मामले में करंट की दिशा को थ्रूपुट या डायरेक्ट कहा जाता है। यदि, हालांकि, एक एन-प्रकार अर्धचालक सकारात्मक से जुड़ा हुआ है, और एक पी-प्रकार अर्धचालक स्रोत के नकारात्मक ध्रुव से जुड़ा हुआ है, तो निकट-संपर्क क्षेत्र फैलता है। क्षेत्र का प्रतिरोध बहुत बढ़ गया है। संक्रमण परत के माध्यम से करंट बहुत छोटा होगा। करंट की इस दिशा को क्लोजिंग या रिवर्स कहा जाता है। 4. सेमीकंडक्टर डायोड और ट्रांजिस्टर इसलिए, एन-टाइप और पी-टाइप सेमीकंडक्टर्स के बीच इंटरफेस के माध्यम से, विद्युत प्रवाह केवल एक दिशा में प्रवाहित होता है - पी-टाइप सेमीकंडक्टर से एन-टाइप सेमीकंडक्टर तक। इसका उपयोग डायोड नामक उपकरणों में किया जाता है। सेमीकंडक्टर डायोड का उपयोग एक प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए किया जाता है (इस धारा को प्रत्यावर्ती कहा जाता है), साथ ही साथ एल ई डी के निर्माण के लिए भी। सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर में उच्च विश्वसनीयता और लंबी सेवा जीवन होता है। डिवाइस: सेमीकंडक्टर डायोड का व्यापक रूप से रेडियो रिसीवर, वीडियो रिकॉर्डर, टीवी, कंप्यूटर में उपयोग किया जाता है। और भी अधिक महत्वपूर्ण आवेदन सेमीकंडक्टर ट्रांजिस्टर बन गया। इसमें अर्धचालकों की तीन परतें होती हैं: किनारों पर एक प्रकार के अर्धचालक होते हैं, और उनके बीच दूसरे प्रकार के अर्धचालक की एक पतली परत होती है। ट्रांजिस्टर का व्यापक उपयोग इस तथ्य के कारण है कि उनका उपयोग विद्युत संकेतों को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर कई अर्धचालक उपकरणों का मुख्य तत्व बन गया है। 5. इंटीग्रेटेड सर्किट सेमीकंडक्टर डायोड और ट्रांजिस्टर बहुत ही जटिल उपकरणों के निर्माण खंड हैं, जिन्हें इंटीग्रेटेड सर्किट कहा जाता है। माइक्रो-सर्किट आज कंप्यूटर और टीवी, मोबाइल फोन और कृत्रिम उपग्रहों, कारों, हवाई जहाजों और यहां तक ​​कि वाशिंग मशीन में भी काम करते हैं। एक सिलिकॉन वेफर पर एक एकीकृत सर्किट बनाया जाता है। प्लेट का आकार एक मिलीमीटर से एक सेंटीमीटर तक होता है, और ऐसी एक प्लेट में एक लाख घटक हो सकते हैं - छोटे डायोड, ट्रांजिस्टर, प्रतिरोधक, आदि। एकीकृत सर्किट के महत्वपूर्ण लाभ उच्च गति और विश्वसनीयता के साथ-साथ कम लागत भी हैं। . इसके लिए धन्यवाद, एकीकृत परिपथों के आधार पर जटिल, लेकिन कई उपकरणों, कंप्यूटरों और आधुनिक घरेलू उपकरणों के लिए सुलभ बनाना संभव था। नई सामग्री प्रथम स्तर की प्रस्तुति के दौरान छात्रों से प्रश्न 1. अर्धचालक के रूप में किन पदार्थों को वर्गीकृत किया जा सकता है? 2. अर्धचालकों में किस आवेशित कणों की गति से धारा उत्पन्न होती है? 3. अर्धचालकों का प्रतिरोध अशुद्धियों की उपस्थिति पर बहुत अधिक निर्भर क्यों है? 4. पी-एन जंक्शन कैसे बनता है? p-n जंक्शन के पास क्या गुण है? 5. एक अर्धचालक के p-n संधि से मुक्त आवेश वाहक क्यों नहीं गुजर सकते? द्वितीय स्तर 1. जर्मेनियम में आर्सेनिक अशुद्धियों के प्रवेश के बाद, चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता में वृद्धि हुई। इस मामले में छिद्रों की सांद्रता कैसे बदल गई? 2. अर्धचालक डायोड की एकतरफा चालकता के बारे में किस अनुभव की सहायता से कोई आश्वस्त हो सकता है? 3. क्या टिन को जर्मेनियम या सिलिकॉन में मिला कर pn जंक्शन प्राप्त करना संभव है? अध्ययन सामग्री का विन्यास 1)। गुणात्मक प्रश्न 1. अर्धचालक पदार्थों की शुद्धता के लिए आवश्यकताएं बहुत अधिक क्यों हैं (कुछ मामलों में, प्रति मिलियन परमाणुओं में एक भी अशुद्धता परमाणु की उपस्थिति की अनुमति नहीं है)? 2. जर्मेनियम में आर्सेनिक अशुद्धियों के प्रवेश के बाद, चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता में वृद्धि हुई। इस मामले में छिद्रों की सांद्रता कैसे बदल गई? 3. दो n- और p-प्रकार के अर्धचालकों के संपर्क में क्या होता है? 4. एक बंद डिब्बे में एक सेमीकंडक्टर डायोड और एक रिओस्टेट हैं। उपकरणों के सिरों को बाहर लाया जाता है और टर्मिनलों से जोड़ा जाता है। कैसे निर्धारित करें कि कौन से टर्मिनल डायोड से संबंधित हैं? 2))। समस्याओं को हल करना सीखना 1. गैलियम के साथ डोप किए गए सिलिकॉन में किस प्रकार की चालकता (इलेक्ट्रॉनिक या छेद) होती है? इंडिया? फास्फोरस? सुरमा? 2. यदि फास्फोरस को इसमें मिला दिया जाए तो सिलिकॉन में क्या चालकता (इलेक्ट्रॉनिक या छिद्र) होगी? बोरान? एल्यूमीनियम? आर्सेनिक? 3. फॉस्फोरस अशुद्धता के साथ एक सिलिकॉन नमूने का प्रतिरोध कैसे बदल जाएगा यदि इसमें गैलियम अशुद्धता पेश की जाए? फास्फोरस और गैलियम परमाणुओं की सांद्रता समान होती है। (उत्तर: बढ़ जाएगा) हमने पाठ में क्या सीखा · अर्धचालक ऐसे पदार्थ हैं जिनकी प्रतिरोधकता बढ़ते तापमान के साथ बहुत जल्दी कम हो जाती है। इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण अर्धचालक की चालकता को इलेक्ट्रॉनिक कहा जाता है। छिद्रों की गति के कारण अर्धचालक की चालकता को छिद्र चालकता कहा जाता है। वे अशुद्धियाँ जिनके परमाणु आसानी से इलेक्ट्रॉन दान करते हैं, दाता अशुद्धियाँ कहलाती हैं। अर्धचालक जिनमें मुख्य आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, n-प्रकार के अर्धचालक कहलाते हैं। अर्धचालकों के क्रिस्टल जाली के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों को "कैप्चर" करने वाली अशुद्धियों को स्वीकर्ता कहा जाता है। अर्धचालक जिनमें छिद्र मुख्य आवेश वाहक होते हैं, p-प्रकार के अर्धचालक कहलाते हैं। · विभिन्न प्रकार की चालकता वाले दो अर्धचालकों के संपर्क में एक दिशा में अच्छी तरह से प्रवाहित करने और विपरीत दिशा में बहुत खराब होने के गुण होते हैं, अर्थात। यूनिडायरेक्शनल चालन है। गृहकार्य 1. 11, 12.

>>भौतिकी: अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह

अर्धचालक और चालक के बीच मुख्य अंतर क्या है? अर्धचालकों की किन संरचनात्मक विशेषताओं ने उन्हें सभी रेडियो उपकरणों, टेलीविजन और कंप्यूटर तक पहुंच प्रदान की है?
तापमान पर उनकी विद्युत चालकता की निर्भरता का विश्लेषण करते समय कंडक्टर और अर्धचालक के बीच का अंतर विशेष रूप से स्पष्ट होता है। अध्ययनों से पता चलता है कि कई तत्वों (सिलिकॉन, जर्मेनियम, सेलेनियम, आदि) और यौगिकों (PbS, CdS, GaAs, आदि) के लिए, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिरोधकता नहीं बढ़ती है, जैसे धातुओं में ( अंजीर.16.3), लेकिन, इसके विपरीत, बहुत तेजी से घटती है ( अंजीर.16.4) ऐसे पदार्थ कहलाते हैं अर्धचालकों.

चित्र में दिखाए गए ग्राफ से, यह देखा जा सकता है कि परम शून्य के करीब तापमान पर अर्धचालकों की प्रतिरोधकता बहुत अधिक होती है। इसका मतलब है कि कम तापमान पर अर्धचालक एक इन्सुलेटर की तरह व्यवहार करता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, इसकी प्रतिरोधकता तेजी से घटती जाती है।
अर्धचालकों की संरचना. ट्रांजिस्टर रिसीवर को चालू करने के लिए, आपको कुछ भी जानने की आवश्यकता नहीं है। लेकिन इसे बनाने के लिए बहुत कुछ जानना होगा और एक असाधारण प्रतिभा होनी चाहिए। सामान्य शब्दों में यह समझना कि ट्रांजिस्टर कैसे काम करता है, इतना मुश्किल नहीं है। सबसे पहले आपको अर्धचालकों में चालन के तंत्र से परिचित होने की आवश्यकता है। और इसके लिए आपको तल्लीन करना होगा कनेक्शन की प्रकृतिअर्धचालक क्रिस्टल के परमाणुओं को एक दूसरे के बगल में रखते हुए।
उदाहरण के लिए, एक सिलिकॉन क्रिस्टल पर विचार करें।
सिलिकॉन एक टेट्रावैलेंट तत्व है। इसका मतलब यह है कि इसके परमाणु के बाहरी आवरण में चार इलेक्ट्रॉन अपेक्षाकृत कमजोर रूप से नाभिक से बंधे होते हैं। प्रत्येक सिलिकॉन परमाणु के निकटतम पड़ोसियों की संख्या भी चार है। एक सिलिकॉन क्रिस्टल की संरचना का एक आरेख चित्र 16.5 में दिखाया गया है।

पड़ोसी परमाणुओं की एक जोड़ी की बातचीत एक जोड़ी-इलेक्ट्रॉन बंधन का उपयोग करके की जाती है, जिसे कहा जाता है सहसंयोजक बंधन. इस बंधन के निर्माण में, प्रत्येक परमाणु से एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन भाग लेता है, जो उस परमाणु से अलग होता है जिससे वे संबंधित होते हैं (क्रिस्टल द्वारा एकत्रित) और, उनके आंदोलन के दौरान, अपना अधिकांश समय पड़ोसी परमाणुओं के बीच की जगह में बिताते हैं। उनका ऋणात्मक आवेश धनात्मक सिलिकॉन आयनों को एक दूसरे के पास रखता है।
किसी को यह नहीं सोचना चाहिए कि इलेक्ट्रॉनों की सामूहिक जोड़ी केवल दो परमाणुओं से संबंधित है। प्रत्येक परमाणु अपने पड़ोसियों के साथ चार बंधन बनाता है, और कोई भी वैलेंस इलेक्ट्रॉन उनमें से एक के साथ आगे बढ़ सकता है। पड़ोसी परमाणु तक पहुंचने के बाद, यह अगले पर जा सकता है, और फिर पूरे क्रिस्टल के साथ आगे बढ़ सकता है। वैलेंस इलेक्ट्रॉन पूरे क्रिस्टल के होते हैं।
सिलिकॉन क्रिस्टल में जोड़ी-इलेक्ट्रॉन बांड काफी मजबूत होते हैं और कम तापमान पर नहीं टूटते। इसलिए, सिलिकॉन कम तापमान पर बिजली का संचालन नहीं करता है। परमाणुओं के बंधन में शामिल वैलेंस इलेक्ट्रॉन, एक "सीमेंटिंग समाधान" होते हैं, जो क्रिस्टल जाली रखता है, और बाहरी विद्युत क्षेत्र का उनके आंदोलन पर ध्यान देने योग्य प्रभाव नहीं होता है। एक जर्मेनियम क्रिस्टल की संरचना समान होती है।
इलेक्ट्रॉनिक चालकता।जब सिलिकॉन को गर्म किया जाता है, तो कणों की गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, और व्यक्तिगत बंधन टूट जाते हैं। कुछ इलेक्ट्रॉन अपने "पीटा पथ" को छोड़ देते हैं और मुक्त हो जाते हैं, जैसे धातु में इलेक्ट्रॉन। एक विद्युत क्षेत्र में, वे जाली नोड्स के बीच चलते हैं, एक विद्युत प्रवाह बनाते हैं ( अंजीर.16.6).

अर्धचालकों में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण उनकी चालकता कहलाती है इलेक्ट्रॉनिक चालकता. जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, टूटे हुए बंधों की संख्या और इसलिए मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि होती है। जब 300 से 700 K तक गर्म किया जाता है, तो मुक्त आवेश वाहकों की संख्या 10 17 से बढ़कर 10 24 1/मीटर 3 हो जाती है। इससे प्रतिरोध में कमी आती है।
छेद चालन।जब अर्धचालक परमाणुओं के बीच एक बंधन टूट जाता है, तो एक लापता इलेक्ट्रॉन के साथ एक रिक्त स्थान बनता है। उसे बुलाया गया है छेद. छेद में शेष अखंड बंधों की तुलना में अधिक धनात्मक आवेश होता है (चित्र 16.6 देखें)।
क्रिस्टल में छिद्र की स्थिति निश्चित नहीं होती है। निम्नलिखित प्रक्रिया निरंतर जारी है। परमाणुओं के बीच संबंध प्रदान करने वाले इलेक्ट्रॉनों में से एक गठित छेद के स्थान पर कूदता है और यहां जोड़ी-इलेक्ट्रॉन बंधन को पुनर्स्थापित करता है, और जहां से यह इलेक्ट्रॉन कूदता है, एक नया छेद बनता है। इस प्रकार, छेद पूरे क्रिस्टल में घूम सकता है।
यदि नमूने में विद्युत क्षेत्र की शक्ति शून्य है, तो छिद्रों की गति, धन आवेशों की गति के बराबर, यादृच्छिक रूप से होती है और इसलिए विद्युत प्रवाह नहीं बनाती है। एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में, छिद्रों की एक क्रमबद्ध गति होती है, और इस प्रकार, छिद्रों की गति से जुड़ा एक विद्युत प्रवाह मुक्त इलेक्ट्रॉनों के विद्युत प्रवाह में जुड़ जाता है। छिद्रों की गति की दिशा इलेक्ट्रॉनों की गति की दिशा के विपरीत होती है ( अंजीर.16.7).

बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में, एक मुक्त इलेक्ट्रॉन (-) के लिए एक छेद (+) होता है। जब एक क्षेत्र लगाया जाता है, तो क्षेत्र की ताकत के खिलाफ एक मुक्त इलेक्ट्रॉन विस्थापित हो जाता है। बाध्य इलेक्ट्रॉनों में से एक भी इसी दिशा में गति करता है। ऐसा लगता है कि छेद खेत की दिशा में बढ़ रहा है।
तो, अर्धचालकों में दो प्रकार के आवेश वाहक होते हैं: इलेक्ट्रॉन और छिद्र। इसलिए, अर्धचालकों में न केवल इलेक्ट्रॉनिक, बल्कि यह भी है छेद चालकता.
हमने शुद्ध अर्धचालकों में चालन की क्रियाविधि पर विचार किया है। इन परिस्थितियों में चालकता कहलाती है खुद की चालकताअर्धचालक।
शुद्ध अर्धचालकों (आंतरिक चालकता) की चालकता मुक्त इलेक्ट्रॉनों (इलेक्ट्रॉनिक चालकता) की गति और जोड़ी-इलेक्ट्रॉन बांड (छेद चालन) के रिक्त स्थानों पर बाध्य इलेक्ट्रॉनों की आवाजाही द्वारा की जाती है।

???
1. किस बंधन को सहसंयोजक कहते हैं?
2. अर्धचालकों और धातुओं के तापमान पर प्रतिरोध की निर्भरता के बीच क्या अंतर है?
3. शुद्ध अर्धचालक में कौन से मोबाइल चार्ज वाहक होते हैं?
4. क्या होता है जब एक इलेक्ट्रॉन एक छिद्र से मिलता है?

जी.वाई.मायाकिशेव, बी.बी.बुखोवत्सेव, एन.एन.सोत्स्की, भौतिकी ग्रेड 10

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