अर्धचालक परिभाषा में विद्युत प्रवाह। अर्धचालकों में विद्युत धारा

कंडक्टर, अर्धचालक और डाइलेक्ट्रिक्स

मुक्त आवेशों की सांद्रता के आधार पर, निकायों को कंडक्टर, डाइलेक्ट्रिक्स और अर्धचालक में विभाजित किया जाता है।

कंडक्टर- पिंड जिनमें आवेश पूरे आयतन (मुक्त आवेश) में घूम सकते हैं, इसलिए वे विद्युत प्रवाह का संचालन करते हैं। धातुओं (पहली तरह के कंडक्टर) में ये इलेक्ट्रॉन होते हैं। लवण, अम्ल और क्षार (दूसरे प्रकार के संवाहक) के घोल और गलन में - ये धनात्मक और ऋणात्मक आयन हैं - धनायन, आयन।

पारद्युतिक- पिंड जिनमें आवेश एक परमाणु (बाध्य आवेश) के आकार से अधिक दूरी पर विस्थापित नहीं होते हैं, इसलिए वे विद्युत प्रवाह का संचालन नहीं करते हैं।

अर्धचालकोंपर कब्जा मध्यवर्ती स्थितिकंडक्टर और डाइलेक्ट्रिक्स के बीच। वे कुछ शर्तों के तहत बिजली का संचालन करते हैं।

आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन और छिद्र होते हैं।

धातुओं की चालकता का शास्त्रीय सिद्धांत

एक धातु एक क्रिस्टल जाली है, जिसके नोड्स में आयनों के बीच एक इलेक्ट्रॉन गैस के साथ सकारात्मक चार्ज आयन होते हैं।

जब किसी चालक में विभवान्तर उत्पन्न होता है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन एक व्यवस्थित ढंग से गति करने लगते हैं।

सबसे पहले, इलेक्ट्रॉन एकसमान त्वरण के साथ चलते हैं, लेकिन बहुत जल्द इलेक्ट्रॉन जाली के परमाणुओं से टकराते हुए त्वरण करना बंद कर देते हैं।

जाली के परमाणु सशर्त आराम बिंदु के सापेक्ष बढ़ते आयाम के साथ दोलन करना शुरू करते हैं, और एक थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव देखा जाता है (हीटिंग कंडक्टर)।

ठोस का क्षेत्र सिद्धांत

एक पृथक परमाणु में, एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा सख्ती से असतत मान ले सकती है, क्योंकि एक इलेक्ट्रॉन केवल एक कक्षा में ही हो सकता है।

एक अणु में परमाणुओं पर, इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स विभाजित हो जाते हैं।

कक्षकों की संख्या परमाणुओं की संख्या के समानुपाती होती है। इससे आण्विक कक्षकों का निर्माण होता है।

एक मैक्रोस्कोपिक क्रिस्टल (1020 से अधिक परमाणु) में, ऑर्बिटल्स की संख्या बहुत बड़ी हो जाती है, और पड़ोसी ऑर्बिटल्स में स्थित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा में अंतर बहुत कम हो जाता है।

ऊर्जा स्तरों को व्यावहारिक रूप से निरंतर असतत सेटों - ऊर्जा क्षेत्रों में विभाजित किया जाता है।

अर्धचालक और डाइलेक्ट्रिक्स में उच्चतम बैंड, जिसमें सभी ऊर्जा राज्यों पर इलेक्ट्रॉनों का कब्जा होता है, को वैलेंस बैंड कहा जाता है, इसके बाद चालन बैंड होता है।

धातुओं में, चालन बैंड इलेक्ट्रॉनों से युक्त उच्चतम अनुमत बैंड है।

परम शून्य के करीब तापमान पर कंडक्टर (ए), अर्धचालक (बी) और डाइलेक्ट्रिक्स (सी) के ऊर्जा आरेख।

डाइलेक्ट्रिक्स, अर्धचालक और कंडक्टर के ऊर्जा आरेख

सेमीकंडक्टर - एक सामग्री, जो अपनी विशिष्ट चालकता से व्याप्त है

कंडक्टर और डाइलेक्ट्रिक्स के बीच मध्यवर्ती स्थान।

कंडक्टरों से अंतर 1 पर विशिष्ट चालकता की एक मजबूत निर्भरता है) अशुद्धियों की एकाग्रता, 2)। तापमान और 3)। विभिन्न प्रकार के विकिरण के संपर्क में।

अर्धचालक वे पदार्थ होते हैं जिनका बैंड गैप कुछ इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) के क्रम पर होता है।

हीरा एक चौड़े अंतराल वाला अर्धचालक है। इंडियम आर्सेनाइड एक नैरो-गैप सेमीकंडक्टर है।

अर्धचालकों में शामिल हैं:

कई रासायनिक तत्व (जर्मेनियम, सिलिकॉन, सेलेनियम, टेल्यूरियम, आर्सेनिक और अन्य),

मिश्र धातुओं की विशाल रेंज

रासायनिक यौगिक (गैलियम आर्सेनाइड, आदि)।

लगभग सभी अकार्बनिक पदार्थ।

सिलिकॉन प्रकृति में सबसे आम अर्धचालक है।

पृथ्वी की पपड़ी का लगभग 30% हिस्सा बनाते हैं।

अर्धचालकों की आंतरिक चालकता

खुद की चालकताशुद्ध अर्धचालकों का गुण है।

बाहरी कारकों (तापमान, विकिरण, मजबूत) के प्रभाव में विद्युत क्षेत्रआदि) संयोजकता बैंड से इलेक्ट्रॉनों को चालन बैंड में स्थानांतरित किया जा सकता है, जो विद्युत प्रवाह की उपस्थिति का कारण बनता है।

वैलेंस बॉन्ड के टूटने से मुक्त स्थानों (छेद) का निर्माण होता है, जिस पर कोई भी इलेक्ट्रॉन कब्जा कर सकता है।

एक छेद एक सकारात्मक चार्ज है जो बाहरी क्षेत्र की दिशा में इलेक्ट्रॉन के विपरीत चलता है।

ऐसी चालकता को छिद्र या p-प्रकार (धनात्मक - धनात्मक) कहा जाता है। अर्धचालकों की चालकता केवल बाहरी कारकों के प्रभाव में प्रकट होती है।

एक निश्चित तापमान पर, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की पीढ़ी और रिवर्स प्रक्रिया (पुनर्संयोजन) के बीच एक संतुलन होता है, जिस पर चार्ज वाहक की एक निश्चित एकाग्रता स्थापित होती है।

अर्धचालकों की अशुद्धता चालकता

अशुद्धता चालकता अर्धचालक में पेश की गई आर्सेनिक (V), बोरॉन (III), आदि की अशुद्धियों के कारण होती है।

चालकता एन-प्रकार (नकारात्मक - नकारात्मक)

सिलिकॉन (IV) + आर्सेनिक (V) - आर्सेनिक और सिलिकॉन के परमाणुओं के बीच एक "अतिरिक्त" मुक्त चालन इलेक्ट्रॉन होगा। इस मामले में, एक छेद का गठन नहीं होगा, चालकता केवल इलेक्ट्रॉनों (दाता अशुद्धता) द्वारा प्रदान की जाती है।

पी-प्रकार चालकता (सकारात्मक - सकारात्मक)

सिलिकॉन (IV) + इंडियम (III) - क्रिस्टल जाली में एक इलेक्ट्रॉन पर्याप्त नहीं होगा, एक छेद बनता है। इस मामले में, छेद चालन (स्वीकर्ता अशुद्धता) होता है। अशुद्धता चालकता एक ही चिन्ह (या तो इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों) के वाहकों के कारण होती है।

सिलिकॉन (1/105 परमाणु) में बोरॉन का मिश्रण विशिष्ट विद्युत को कम करता है

सिलिकॉन प्रतिरोध 1000 बार।

जर्मेनियम 1/ (108 - 109 परमाणु) में इंडियम का मिश्रण विशिष्ट को कम करता है विद्युतीय प्रतिरोधजर्मनी एक लाख बार।

धातुओं में संपर्क घटना

यदि दो धातुओं को संपर्क में लाया जाता है, तो a

संभावित अंतर। यदि धातुओं Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd (वोल्टा श्रृंखला) को इस क्रम में संपर्क में लाया जाता है, तो प्रत्येक पिछला एक, इनमें से किसी एक के संपर्क में आने पर निम्नलिखित धातुओं को चार्ज किया जाएगा

सकारात्मक रूप से। संपर्क संभावित अंतर दसवें से लेकर पूरे वोल्ट तक होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि सभी धातुएं इलेक्ट्रॉनों की विभिन्न सांद्रता में एक दूसरे से भिन्न होती हैं। जब दो धातुएं संपर्क में आती हैं, तो इलेक्ट्रॉन धातुओं के बीच के इंटरफेस से गुजरना शुरू कर देंगे और एक संभावित अंतर के साथ एक दोहरी विद्युत परत दिखाई देगी।

सीबेक घटना(1821)। यदि कंडक्टर जंक्शन पर हैं अलग तापमान, तब परिपथ में एक थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न होता है, जो

संपर्कों के तापमान अंतर और प्रयुक्त सामग्री की प्रकृति पर निर्भर करता है। सीबेक परिघटना का उपयोग तापमान (थर्मोकॉउल्स, थर्मोकपल) को मापने के लिए किया जाता है।

पेल्टियर घटना(1834)। विद्युत प्रवाह के दो अलग-अलग कंडक्टरों के संपर्क से गुजरते समय, इसकी दिशा के आधार पर, इसके अलावा

जूल ऊष्मा मुक्त होती है या अतिरिक्त ऊष्मा अवशोषित करती है। पेल्टियर घटना सीबेक घटना के विपरीत है।

पेल्टियर घटना का उपयोग थर्मोइलेक्ट्रिक सेमीकंडक्टर रेफ्रिजरेटर में किया जाता है।

अर्धचालकों में संपर्क घटना

जब दो एन-टाइप और पी-टाइप अर्धचालक संपर्क में आते हैं, तो संपर्क बिंदु पर एक पी-एन जंक्शन बनता है।

पी-एन जंक्शन के क्षेत्र में, ऊर्जा बैंड मुड़े हुए हैं, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों दोनों के लिए संभावित अवरोध उत्पन्न होते हैं।

बनाने के लिए इस्तेमाल:

डायोड (सुधार और

प्रत्यावर्ती धाराओं का रूपांतरण);

ट्रांजिस्टर (वोल्टेज प्रवर्धन और

सेमीकंडक्टर्स ऐसे पदार्थ होते हैं जो अच्छे कंडक्टर और अच्छे इंसुलेटर (डाइलेक्ट्रिक्स) के बीच विद्युत चालकता में मध्यवर्ती होते हैं।

अर्धचालक भी रासायनिक तत्व हैं (जर्मेनियम जीई, सिलिकॉन सी, सेलेनियम से, टेल्यूरियम ते), और यौगिक रासायनिक तत्व(पीबीएस, सीडीएस, आदि)।

विभिन्न अर्धचालकों में धारा वाहकों की प्रकृति भिन्न होती है। उनमें से कुछ में, आवेश वाहक आयन होते हैं; दूसरों में, आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं।

अर्धचालकों की आंतरिक चालकता

अर्धचालकों में दो प्रकार के आंतरिक चालन होते हैं: अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनिक चालन और छेद चालन।

1. अर्धचालकों की इलेक्ट्रॉनिक चालकता।

इलेक्ट्रॉनिक चालकता मुक्त इलेक्ट्रॉनों के अंतर-परमाणु अंतरिक्ष में निर्देशित गति द्वारा की जाती है जो बाहरी प्रभावों के परिणामस्वरूप परमाणु के वैलेंस शेल को छोड़ देते हैं।

2. अर्धचालकों की छिद्र चालकता।

युग्म-इलेक्ट्रॉन बंधों - छिद्रों में रिक्त स्थानों पर संयोजकता इलेक्ट्रॉनों के निर्देशित संचलन के साथ होल चालन किया जाता है। एक सकारात्मक आयन (छेद) के करीब स्थित एक तटस्थ परमाणु का वैलेंस इलेक्ट्रॉन छेद की ओर आकर्षित होता है और उसमें कूद जाता है। इस मामले में, एक तटस्थ परमाणु के स्थान पर एक सकारात्मक आयन (छेद) बनता है, और एक सकारात्मक आयन (छेद) के स्थान पर एक तटस्थ परमाणु बनता है।

किसी भी विदेशी अशुद्धियों के बिना एक आदर्श रूप से शुद्ध अर्धचालक में, प्रत्येक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक छेद के गठन से मेल खाता है, अर्थात। धारा के निर्माण में शामिल इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या समान है।

वह चालकता जिस पर समान संख्या में आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन और छिद्र) होते हैं, अर्धचालकों की आंतरिक चालकता कहलाती है।

अर्धचालकों की आंतरिक चालकता आमतौर पर छोटी होती है, क्योंकि मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या कम होती है। अशुद्धियों के मामूली निशान अर्धचालकों के गुणों को मौलिक रूप से बदल देते हैं।

अशुद्धियों की उपस्थिति में अर्धचालकों की विद्युत चालकता

अर्धचालक में अशुद्धियाँ विदेशी रासायनिक तत्वों के परमाणु होते हैं जो मुख्य अर्धचालक में निहित नहीं होते हैं।

अशुद्धता चालकता- यह अर्धचालकों की चालकता है, उनके क्रिस्टल जाली में अशुद्धियों की शुरूआत के कारण।

कुछ मामलों में, अशुद्धियों का प्रभाव इस तथ्य में प्रकट होता है कि चालन का "छेद" तंत्र व्यावहारिक रूप से असंभव हो जाता है, और अर्धचालक में वर्तमान मुख्य रूप से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति से होता है। ऐसे अर्धचालक कहलाते हैं इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालकया एन-प्रकार अर्धचालक(लैटिन शब्द नेगेटिवस से - नकारात्मक)। मुख्य आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, न कि मुख्य छिद्र होते हैं। n-प्रकार के अर्धचालक दाता अशुद्धियों वाले अर्धचालक होते हैं।

1. दाता अशुद्धियाँ।

दाता अशुद्धियाँ वे हैं जो आसानी से इलेक्ट्रॉनों का दान करती हैं और फलस्वरूप, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि करती हैं। दाता अशुद्धियाँ समान संख्या में छिद्रों की उपस्थिति के बिना चालन इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति करती हैं।

टेट्रावैलेंट जर्मेनियम Ge में दाता अशुद्धता का एक विशिष्ट उदाहरण पेंटावैलेंट आर्सेनिक परमाणु As हैं।

अन्य मामलों में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति व्यावहारिक रूप से असंभव हो जाती है, और वर्तमान केवल छिद्रों की गति से ही होता है। इन अर्धचालकों को कहा जाता है छेद अर्धचालकया पी-प्रकार अर्धचालक(लैटिन शब्द पॉज़िटिवस से - सकारात्मक)। मुख्य आवेश वाहक छिद्र हैं, न कि मुख्य - इलेक्ट्रॉन। . पी-प्रकार के अर्धचालक स्वीकर्ता अशुद्धियों वाले अर्धचालक होते हैं।

स्वीकर्ता अशुद्धियाँ वे अशुद्धियाँ हैं जिनमें सामान्य युग्म-इलेक्ट्रॉन बंध बनाने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं।

जर्मेनियम जीई में एक स्वीकर्ता अशुद्धता का एक उदाहरण त्रिसंयोजक गैलियम परमाणु Ga . हैं

बिजलीपी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स के संपर्क के माध्यम से, पी-एन जंक्शन पी-टाइप और एन-टाइप के दो अशुद्धता अर्धचालकों की संपर्क परत है; पी-एन जंक्शन एक ही क्रिस्टल में छेद (पी) चालन और इलेक्ट्रॉनिक (एन) चालन के साथ क्षेत्रों को अलग करने वाली सीमा है।

डायरेक्ट पी-एन जंक्शन

यदि n-अर्धचालक शक्ति स्रोत के ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ा है, और शक्ति स्रोत का धनात्मक ध्रुव p-अर्धचालक से जुड़ा है, तो कार्रवाई के तहत विद्युत क्षेत्र n-अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन और p-अर्धचालक में छिद्र अर्धचालकों के बीच अंतरापृष्ठ की ओर एक-दूसरे की ओर गति करेंगे। इलेक्ट्रॉनों, सीमा को पार करते हुए, छिद्रों को "भरें", पीएन जंक्शन के माध्यम से वर्तमान मुख्य चार्ज वाहक द्वारा किया जाता है। नतीजतन, पूरे नमूने की चालकता बढ़ जाती है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की ऐसी सीधी (थ्रूपुट) दिशा के साथ, बाधा परत की मोटाई और इसके प्रतिरोध में कमी आती है।

इस दिशा में धारा दो अर्धचालकों की सीमा से होकर गुजरती है।

रिवर्स पीएन जंक्शन

यदि n-अर्धचालक शक्ति स्रोत के धनात्मक ध्रुव से जुड़ा है, और p-अर्धचालक शक्ति स्रोत के ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ा है, तो क्रिया के तहत n-अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन और p-अर्धचालक में छेद एक विद्युत क्षेत्र इंटरफेस से विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ेगा, पी-एन-संक्रमण के माध्यम से वर्तमान मामूली चार्ज वाहक द्वारा किया जाता है। इससे बाधा परत का मोटा होना और इसके प्रतिरोध में वृद्धि होती है। नतीजतन, नमूने की चालकता नगण्य हो जाती है, और प्रतिरोध बड़ा होता है।

एक तथाकथित बाधा परत बनती है। बाहरी क्षेत्र की इस दिशा के साथ, विद्युत प्रवाह व्यावहारिक रूप से p- और n-अर्धचालकों के संपर्क से नहीं गुजरता है।

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

वोल्टेज पर वर्तमान ताकत की निर्भरता - वोल्ट - एम्पीयर विशेषता पी-एनसंक्रमण चित्र में दिखाया गया है (वोल्टेज - वर्तमान विशेषता सीधे पी-एनसंक्रमण एक ठोस रेखा द्वारा दिखाया गया है, वोल्ट-एम्पियर रिवर्स की विशेषता पी-एन संक्रमणबिंदीदार रेखा के साथ दिखाया गया है)।

अर्धचालकों:

सेमीकंडक्टर डायोड - प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए, यह विभिन्न प्रतिरोधों के साथ एक p - n - जंक्शन का उपयोग करता है: आगे की दिशा में, p - n - जंक्शन का प्रतिरोध विपरीत दिशा की तुलना में बहुत कम है।

फोटोरेसिस्टर्स - कमजोर प्रकाश प्रवाह के पंजीकरण और माप के लिए। उनकी मदद से, सतहों की गुणवत्ता निर्धारित करें, उत्पादों के आयामों को नियंत्रित करें।

थर्मिस्टर्स - दूरस्थ तापमान माप के लिए, फायर अलार्म।

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 के रूप में ऐसी अवधारणा पर विचार करेंगे।

अगर आप सीधा संबंध बनाते हैं, तो बाहरी क्षेत्रब्लॉकिंग को बेअसर करता है, और करंट मुख्य चार्ज कैरियर्स (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, बढ़ते तापमान के साथ, मुक्त आवेशों की संख्या बस बढ़ 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)।

अत्यधिक महत्वपूर्ण मुद्दाअर्धचालकों के अध्ययन में उनमें अशुद्धियों की उपस्थिति होती 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 और डिवाइस, अब दो के साथ पीएन जंक्शनट्रांजिस्टर कहा जाता है। 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

1. तिखोमिरोवा एस.ए., यावोर्स्की बी.एम. फिजिक्स (बेसिक लेवल) - एम.: मेनेमोजिना, 2012।
2. गेंडेनस्टीन एल.ई., डिक यू.आई. फिजिक्स ग्रेड 10. - एम .: इलेक्सा, 2005।
3. मायाकिशेव जी.ए., सिन्याकोव ए.जेड., स्लोबोडस्कोव बी.ए. भौतिक विज्ञान। विद्युतगतिकी। - एम .: 2010।

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?

येर्युटकिन एवगेनी सर्गेइविच
उच्चतम योग्यता श्रेणी के भौतिकी शिक्षक, माध्यमिक विद्यालय 1360, मास्को

यदि आप एक सीधा संबंध बनाते हैं, तो बाहरी क्षेत्र अवरुद्ध क्षेत्र को बेअसर कर देगा, और वर्तमान मुख्य चार्ज वाहक 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

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।

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 अशुद्धियों के साथ उपरोक्त सिलिकॉन शामिल हो सकते हैं, बल्कि उदाहरण के लिए, जर्मेनियम भी शामिल हो सकते हैं।

इन उपकरणों में से एक है डायोड - एक ऐसा उपकरण जो एक दिशा में करंट पास कर सकता है और दूसरी दिशा में जाने से रोक सकता है। यह एक अन्य प्रकार के अर्धचालक को p- या n-प्रकार के अर्धचालक क्रिस्टल 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।

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।

1. तिखोमिरोवा एस.ए., यावोर्स्की बी.एम. भौतिकी (बुनियादी स्तर) एम.: निमोसिन। 2012
2. गेंडेनस्टीन एल.ई., डिक यू.आई. फिजिक्स ग्रेड 10. एम।: इलेक्सा। 2005
3. मायाकिशेव जी.ए., सिन्याकोव ए.जेड., स्लोबोडस्कोव बी.ए. भौतिक विज्ञान। इलेक्ट्रोडायनामिक्स एम .: 2010

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

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?

अर्धचालक पदार्थों का एक वर्ग है जिसमें बढ़ते तापमान के साथ चालकता बढ़ती है और विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है। यह अर्धचालक मूल रूप से धातुओं से भिन्न होते हैं।

विशिष्ट अर्धचालक जर्मेनियम और सिलिकॉन के क्रिस्टल होते हैं, जिसमें परमाणु एक सहसंयोजक बंधन द्वारा एकजुट होते हैं। अर्धचालकों में किसी भी तापमान पर मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत मुक्त इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल में स्थानांतरित हो सकते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनिक चालन चालू हो सकता है। क्रिस्टल जालक के परमाणुओं में से एक के बाहरी आवरण से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने से यह परमाणु एक सकारात्मक आयन में बदल जाता है। पड़ोसी परमाणुओं में से एक से इलेक्ट्रॉन को पकड़कर इस आयन को बेअसर किया जा सकता है। इसके अलावा, परमाणुओं से सकारात्मक आयनों में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के परिणामस्वरूप, लापता इलेक्ट्रॉन के साथ जगह के क्रिस्टल में अराजक गति की प्रक्रिया होती है। बाह्य रूप से, इस प्रक्रिया को सकारात्मक के एक आंदोलन के रूप में माना जाता है आवेशबुलाया छेद.

जब एक क्रिस्टल को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो छिद्रों की एक क्रमबद्ध गति होती है - एक छिद्र चालन धारा।

एक आदर्श अर्धचालक क्रिस्टल में, समान संख्या में ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आवेशित छिद्रों की गति से विद्युत धारा उत्पन्न होती है। आदर्श अर्धचालकों में चालकता को आंतरिक चालकता कहा जाता है।

अर्धचालकों के गुण अशुद्धियों की सामग्री पर अत्यधिक निर्भर होते हैं। अशुद्धियाँ दो प्रकार की होती हैं-दाता और स्वीकर्ता।

वे अशुद्धियाँ जो इलेक्ट्रॉन दान करती हैं और इलेक्ट्रॉनिक चालकता उत्पन्न करती हैं, कहलाती हैं दाता(अशुद्धियों की संयोजकता मुख्य अर्धचालक से अधिक होती है)। अर्धचालक जिनमें इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता छिद्रों की सांद्रता से अधिक होती है, n-प्रकार के अर्धचालक कहलाते हैं।

अशुद्धियाँ जो इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेती हैं और इस तरह चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या को बढ़ाए बिना मोबाइल छिद्र बनाती हैं, कहलाती हैं हुंडी सकारनेवाला(अशुद्धियों की संयोजकता मुख्य अर्धचालक की संयोजकता से कम होती है)।

कम तापमान पर, एक स्वीकर्ता अशुद्धता के साथ अर्धचालक क्रिस्टल में छेद मुख्य वर्तमान वाहक होते हैं, और इलेक्ट्रॉन मुख्य वाहक नहीं होते हैं। अर्धचालक जिनमें छिद्रों की सांद्रता चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता से अधिक होती है, छिद्र अर्धचालक या p-प्रकार अर्धचालक कहलाते हैं। विभिन्न प्रकार की चालकता वाले दो अर्धचालकों के संपर्क पर विचार करें।

बहुसंख्यक वाहकों का पारस्परिक प्रसार इन अर्धचालकों की सीमा के माध्यम से होता है: इलेक्ट्रॉन एन-सेमीकंडक्टर से पी-सेमीकंडक्टर में फैलते हैं, और पी-सेमीकंडक्टर से एन-सेमीकंडक्टर में छेद करते हैं। नतीजतन, संपर्क से सटे एन-सेमीकंडक्टर का खंड इलेक्ट्रॉनों में समाप्त हो जाएगा, और नंगे अशुद्धता आयनों की उपस्थिति के कारण इसमें एक अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज बन जाएगा। पी-सेमीकंडक्टर से एन-सेमीकंडक्टर तक छिद्रों की आवाजाही से पी-सेमीकंडक्टर के सीमा क्षेत्र में एक अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज दिखाई देता है। नतीजतन, एक दोहरी विद्युत परत बनती है, और एक संपर्क विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो मुख्य आवेश वाहकों के आगे प्रसार को रोकता है। इस परत को कहा जाता है ताला.

एक बाहरी विद्युत क्षेत्र बाधा परत की विद्युत चालकता को प्रभावित करता है। यदि अर्धचालक स्रोत से जुड़े हैं जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 55, फिर बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मुख्य चार्ज वाहक - एन-सेमीकंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉन और पी-सेमीकंडक्टर में छेद - अर्धचालक के इंटरफेस में एक-दूसरे की ओर बढ़ेंगे, जबकि पीएन की मोटाई जंक्शन कम हो जाता है, इसलिए इसका प्रतिरोध कम हो जाता है। इस मामले में, वर्तमान ताकत बाहरी प्रतिरोध द्वारा सीमित है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की इस दिशा को प्रत्यक्ष कहा जाता है। पी-एन-जंक्शन का सीधा कनेक्शन वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर खंड 1 से मेल खाता है (चित्र 57 देखें)।

विभिन्न मीडिया में विद्युत प्रवाह वाहक और वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को तालिका में संक्षेपित किया गया है। एक।

यदि अर्धचालक स्रोत से जुड़े हैं जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 56 है, तो n-अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन और p-अर्धचालक में छिद्र सीमा से बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत विपरीत दिशाओं में गति करेंगे। बैरियर परत की मोटाई और इसलिए इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की इस दिशा के साथ - रिवर्स (अवरुद्ध) केवल अल्पसंख्यक चार्ज वाहक इंटरफ़ेस से गुजरते हैं, जिनमें से एकाग्रता मुख्य लोगों की तुलना में बहुत कम है, और वर्तमान व्यावहारिक रूप से शून्य है। पीएन जंक्शन का रिवर्स समावेश वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (छवि 57) पर धारा 2 से मेल खाता है।