अर्धचालक क्या होते हैं और उनके प्रकार

इस लेख में, हम इलेक्ट्रॉनिक्स के बहुत ही बुनियादी घटकों - अर्धचालकों (सेमीकंडक्टर्स/Semiconductors) पर ध्यान केंद्रित करने जा रहे हैं।

सामान्य इलेक्ट्रिक सर्किट के विपरीत, इलेक्ट्रॉनिक्स में हमें इलेक्ट्रॉनों के नियंत्रित प्रवाह की आवश्यकता होती है, यानी इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के माध्यम से करंट का नियंत्रित प्रवाह। इसलिए, यहां हम तांबा, एल्यूमीनियम और चांदी जैसी धातुओं का उपयोग नहीं कर सकते हैं। हम जो उपयोग करते हैं वह अर्धचालक होते हैं। आइए समझने की कोशिश करते हैं कि ये सामग्री क्या होती हैं।

Table of Contents

• अर्धचालक क्या होते है?
• अर्धचालकों के प्रकार
• बाह्य अर्धचालकों के प्रकार
• p-n जंक्शन डायोड क्या होता है?

अर्धचालक क्या होते है?

नाम स्व-व्याख्यात्मक है। अर्धचालक वे पदार्थ होते हैं जिनकी विद्युत चालकता कमरे के तापमान पर विद्युतरोधी (इन्सुलेटर) और सुचालक (कंडक्टर) के कहीं बीच की होती है।

हम आम तौर पर अर्धचालक के रूप में तीन तत्वों का उपयोग करते हैं (उनके क्रिस्टलीय रूप में):

• सिलिकॉन (Silicon, Si)
• जर्मेनियम (Germanium, Ge)
• ग्रे टिन (Grey tin, Sn)

अर्धचालकों के प्रकार

अर्धचालक मूल रूप से दो प्रकार के होते हैं:

• निज अर्धचालक या शुद्ध अर्धचालक या आंतरिक अर्धचालक (Intrinsic Semiconductor): अत्यंत शुद्ध अर्धचालक।
• बाह्य अर्द्धचालक या अशुद्ध अर्द्धचालक (Extrinsic semiconductor or Doped semiconductor): जैसा कि नाम से पता चलता है, ये अर्धचालकों के अशुद्ध रूप हैं, जो कि कम मात्रा में रासायनिक अशुद्धता के साथ आंतरिक सेमीकंडक्टर की डोपिंग करके प्राप्त किए जाते हैं।

लेकिन हमें बाह्य अर्धचालक बनाने की आवश्यकता क्यों है?

ऐसा इसलिए है क्योंकि निज अर्धचालकों में एक बड़ी खामी है - एक निज अर्धचालक की चालकता उसके तापमान पर निर्भर करती है। लेकिन लगभग सभी अर्धचालकों के मामले में, कमरे के तापमान पर उनकी चालकता बहुत कम होती है। इसका मतलब है कि हम अपने अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उनका उपयोग नहीं कर सकते हैं।

इसलिए, कमरे के तापमान पर बेहतर कंडक्टर बनाने के लिए, हमें उनमें कुछ अशुद्धियों को मिलाना होता है।

तो, कौन से तत्व इन अशुद्धियों के रूप में कार्य कर सकते हैं?

अशुद्धियाँ हो सकती हैं:

• त्रिसंयोजक तत्व (Trivalent element impurity), उदा. ईण्डीयुम, बोरॉन, गैलियम या एल्युमिनियम (indium, boron, gallium or aluminum), आदि
• पंचसंयोजक तत्व (Pentavalent element impurity), उदा. फास्फोरस, आर्सेनिक, ऐन्टिमोनी (phosphorous, arsenic, antimony), आदि

इसलिए, हम अक्सर अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में जो अर्धचालक देखते हैं, वे बाह्य अर्धचालक ही होते हैं। आइए उनके बारे में थोड़ा और जानें।

बाह्य अर्धचालकों के प्रकार

बाह्य अर्धचालक मूल रूप से दो प्रकार के होते हैं। यह उनमें मिश्रित अशुद्धियों के प्रकार पर निर्भर करता है।

• n-टाइप अर्धचालक: यह एक बाह्य अर्धचालक है जिसमें इलेक्ट्रॉन बहुसंख्यक चार्ज वाहक होते हैं, और छेद अल्पसंख्यक चार्ज वाहक होते हैं। यह Ge और Si में पंचसंयोजक तत्व अशुद्धियों को मिलाकर बनाया जाता है।
  

• p-टाइप अर्धचालक: यह एक बाह्य अर्धचालक है जिसमें छेद (holes, void) बहुसंख्यक चार्ज वाहक होते हैं, और इलेक्ट्रॉन अल्पसंख्यक चार्ज वाहक होते हैं। यह Ge और Si में त्रिसंयोजक तत्व अशुद्धियों को मिलाकर बनाया गया है।
  

हम डायोड बनाने के लिए n और p प्रकार के अर्धचालकों का उपयोग करते हैं। आइए जानें उनके बारे में।

p-n जंक्शन डायोड क्या होता है?

p-n जंक्शन तब बनता है जब p-टाइप और n-टाइप अर्धचालक जोड़े जाते हैं। ऐसे जंक्शन वाले उपकरण को p-n जंक्शन डायोड (p-n junction diode) कहा जाता है।

p-n जंक्शन के बीच एक क्षेत्र होता है जहां कोई चार्ज वाहक नहीं होता हैं। इस क्षेत्र को अवक्षय परत या विभव प्राचीर (Depletion Layer) कहा जाता है।

इस अवक्षय परत में एक विद्युत विभवान्तर (electric potential difference) होता है, जो एक बाधा के रूप में कार्य करता है। इस विद्युत विभवान्तर का मूल्य उपयोग किए गए अर्धचालक के प्रकार पर निर्भर करता है, उदा. यह Ge के लिए 0.3 V और Si के लिए 0.7 V होता है।

सौर सेल

हम सभी जानते हैं कि सौर सेल क्या है - यह फोटो वोल्टिक प्रभाव (photo voltaic effect) की घटना का उपयोग करके सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। लेकिन क्या आप जानते हैं कि सोलर सेल भी p-n जंक्शन का इस्तेमाल करता है। तो मूल रूप से, यह भी एक अर्धचालक उपकरण है।