अर्धचालक

भौतिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया में, अर्धचालक सरल डायोड से लेकर जटिल कंप्यूटर चिप्स तक, असंख्य उपकरणों के कामकाज में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स में रुचि रखने वालों के लिए अर्धचालकों को समझना महत्वपूर्ण है, क्योंकि वे आधुनिक प्रौद्योगिकी की रीढ़ हैं।

अर्धचालक क्या हैं?

अर्धचालक वे सामग्री होती हैं जिनकी विद्युत चालकता प्रवाहकों और अचालकों के बीच होती है। इसका मतलब है कि वे कुछ परिस्थितियों में बिजली का संचार कर सकते हैं लेकिन अन्य परिस्थितियों में नहीं। यह विशेषता उन्हें इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में विद्युत धारा को नियंत्रित करने के लिए अनमोल बनाती है।

आंतरिक अर्धचालक

आंतरिक अर्धचालक अर्धचालक सामग्रियों के शुद्ध रूप होते हैं। सबसे सामान्य उदाहरणों में सिलिकॉन (Si) और जर्मेनियम (Ge) शामिल हैं। इन सामग्रियों में, चार्ज का सामान्य रूप से कम होता है और कोई खास अपवित्रता नहीं होती।

एक आंतरिक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की समान संख्या होती है। एक "छिद्र" बस एक इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति है और एक सकारात्मक चार्ज वाहक के रूप में कार्य करता है। जब ऊर्जा प्रदान की जाती है, तो यह वैलेंस बैंड से संचालन बैंड तक इलेक्ट्रॉन को छलांग लगाने के लिए उत्तेजित कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक छिद्र छूट जाता है:

यह संक्रमण विद्युत चालकता में योगदान करता है।

बाह्य अर्धचालक

जब आंतरिक अर्धचालकों में अपवित्रताएं जोड़ी जाती हैं, तो वे बाह्य अर्धचालक बन जाते हैं। इस प्रक्रिया को डोपिंग कहा जाता है और यह सामग्री में चार्ज वाहकों की संख्या को काफी बढ़ा देती है, जिससे इसकी चालकता बढ़ जाती है।

एन-प्रकार अर्धचालक

एन-प्रकार अर्धचालक तब बनाए जाते हैं जब अर्धचालक सामग्री में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन वाला तत्व जोड़ा जाता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन के साथ फॉस्फोरस (जिसके पास पांच वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं) जोड़ने से अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं:

अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन नकारात्मक चार्ज वाहकों के रूप में कार्य करते हैं, इसलिए इसे "एन-प्रकार" कहा जाता है।

पी-प्रकार अर्धचालक

पी-प्रकार अर्धचालक तब बनते हैं जब कम इलेक्ट्रॉनों वाला तत्व जोड़ा जाता है। उदाहरण के लिए, जब सिलिकॉन का संयोजन बोरोन के साथ किया जाता है, जिसमें तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, तब "छिद्र" या सकारात्मक चार्ज वाहक उत्पन्न होते हैं:

इलेक्ट्रॉनों की कमी "छिद्र" उत्पन्न करती है जो चारों ओर घूम सकती है, जिससे सामग्री एक पी-प्रकार अर्धचालक बन जाती है।

पीएन जंक्शन

एक पीएन जंक्शन तब बनता है जब एन-प्रकार और पी-प्रकार अर्धचालकों को एक साथ रखा जाता है। यह जंक्शन डायोड और ट्रांजिस्टर के संचालन के लिए महत्वपूर्ण है। जुड़ने पर, एन-प्रकार क्षेत्र के इलेक्ट्रॉन पी-प्रकार क्षेत्र के छिद्रों को भरने के लिए जाते हैं, और एक अस्पष्ट क्षेत्र एक निर्मित विद्युत क्षेत्र के साथ बनता है:

यह व्यवस्था एक दिशा में धारा को सहज रूप से बहने की अनुमति देती है, लेकिन दूसरी दिशा में नहीं, इस प्रकार यह एक डायोड की तरह कार्य करती है।

अर्धचालकों के अनुप्रयोग

अर्धचालक अपनी अनोखी विशेषताओं के कारण कई तरह के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में आवश्यक घटक होते हैं। यहां कुछ उदाहरण हैं:

डायोड

डायोड संभवतः सबसे सरल अर्धचालक उपकरण है। इसका मुख्य उद्देश्य धारा को एक दिशा में बहने देना और विपरीत दिशा में इसे रोकना है। यह पीएन जंक्शन के कारण होता है जो धारा को केवल तब आने देता है जब पी-पक्ष एन-पक्ष की तुलना में उच्च वोल्टेज पर होता है:

ट्रांजिस्टर

ट्रांजिस्टर अधिक जटिल होते हैं और संकेतों को प्रवर्धित या स्विच करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे एक छोटा धारा प्रवेश के साथ एक बड़ी धारा को नियंत्रित कर सकते हैं और सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों के निर्माण खंड होते हैं। विभिन्न प्रकार के ट्रांजिस्टर होते हैं, जिनमें द्विध्रुवीय जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेपीटी) और क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (एफईटी) शामिल हैं।

द्विध्रुवीय जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेपीटी)

एक बीजेपीटी तीन परतों के अर्धचालक सामग्री से बना होता है जो दो पीएन जंक्शन बनाते हैं। तीन भाग एमिटर, बेस, और कलेक्टर कहलाते हैं:

बीजेपीटी के दो प्रकार होते हैं: एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर। एनपीएन प्रकार चार्ज वाहक के रूप में इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है जबकि पीएनपी प्रकार छिद्रों का उपयोग करता है।

फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एफईटी)

एफईटी एक इलेक्ट्रिक क्षेत्र का उपयोग करता है जो एक प्रकार के चार्ज वाहक की चैनल की स्वतंत्रता और इस प्रकार चालकता को नियंत्रित करता है। विभिन्न प्रकारों में शामिल हैं:

• जेएफईटी (जंक्शन एफईटी)
• एमओएसएफईटी (धातु–ऑक्साइड–अर्धचालक एफईटी)

अर्धचालकों में चालकता

एक अर्धचालक की चालकता को कई कारकों द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है:

• डोपिंग: चार्ज वाहकों की संख्या बढ़ाने के लिए अपवित्रताओं को जोड़ना।
• तापमान: ऊँचा तापमान इलेक्ट्रॉनों में ऊर्जा बढ़ा सकता है, जिससे चालकता बढ़ती है।

उदाहरण के लिए, विद्युत चालकता σ निम्नलिखित प्रकार से व्यक्त की जा सकती है:

σ = q * n * μ

जहां:

• q = इलेक्ट्रॉन का चार्ज
• n = चार्ज वाहकों की संख्या
• μ = चार्ज वाहकों की गतिशीलता

निष्कर्ष

अर्धचालक आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की आधारशिला हैं, जो सरलतम परिपथों से लेकर सबसे जटिल कंप्यूटिंग प्रणालियों तक। उनकी कुछ परिस्थितियों में बिजली का संवहन करने की क्षमता उन्हें हमारे तकनीकी समाज में बहुमुखी और अनिवार्य बनाती है। उनकी विशेषताओं को समझना और उन्हें कैसे मैन्युपलेट किया जा सकता है, इलेक्ट्रॉनिक्स और संचार की दुनिया को कई अनुप्रयोगों और नवाचारों के लिए खोलता है।

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