১৪.১ পৰিচয়

যিবোৰ যন্ত্ৰত ইলেক্ট্ৰনৰ নিয়ন্ত্ৰিত প্ৰবাহ পোৱা যায়, সেইবোৰেই সকলো ইলেক্ট্ৰনিক পৰিপথৰ মৌলিক গঠনগত একক। ১৯৪৮ চনত ট্ৰানজিষ্টৰ আৱিষ্কাৰ হোৱাৰ আগলৈকে, এনে যন্ত্ৰবোৰ প্ৰধানতঃ ভেকিউম টিউব (ভেলভ বুলিও কোৱা হয়) আছিল, যেনে ভেকিউম ডায়’ড য’ত দুটা ইলেক্ট্ৰ’ড থাকে, অৰ্থাৎ এন’ড (প্লেট বুলিও কোৱা হয়) আৰু কেথ’ড; ট্ৰায়’ড য’ত তিনিটা ইলেক্ট্ৰ’ড থাকে - কেথ’ড, প্লেট আৰু গ্ৰিড; টেট্ৰ’ড আৰু পেন্ট’ড (ক্ৰমে ৪ আৰু ৫টা ইলেক্ট্ৰ’ডৰে)। ভেকিউম টিউবত, ইলেক্ট্ৰনবোৰ এটা তপত কেথ’ডৰ দ্বাৰা যোগান ধৰা হয় আৰু ইয়াৰ বিভিন্ন ইলেক্ট্ৰ’ডৰ মাজৰ ভ’ল্টেজ সলনি কৰি ভেকিউমত এই ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ নিয়ন্ত্ৰিত প্ৰবাহ পোৱা যায়। ইলেক্ট্ৰ’ডৰ মাজৰ ঠাইখিনিত ভেকিউমৰ প্ৰয়োজন; নহ’লে গতিশীল ইলেক্ট্ৰনবোৰে নিজৰ পথত থকা বায়ুৰ অণুবোৰৰ সৈতে সংঘৰ্ষত শক্তি হেৰুৱাব পাৰে। এই যন্ত্ৰবোৰত ইলেক্ট্ৰনবোৰ কেৱল কেথ’ডৰ পৰা এন’ডলৈকে প্ৰবাহিত হ’ব পাৰে (অৰ্থাৎ কেৱল এটা দিশত)। সেয়েহে, এনে যন্ত্ৰবোৰক সাধাৰণতে ভেলভ বুলি কোৱা হয়। এই ভেকিউম টিউব যন্ত্ৰবোৰ ডাঙৰ আকাৰৰ, বেছি শক্তি খৰচ কৰে, সাধাৰণতে উচ্চ ভ’ল্টেজত ($100 \mathrm{~V}$) কাম কৰে আৰু সীমিত জীৱনকাল আৰু কম নিৰ্ভৰযোগ্যতা থাকে। আধুনিক কঠিন-অৱস্থাৰ অৰ্ধপৰিবাহী ইলেক্ট্ৰনিক্সৰ বিকাশৰ বীজ ১৯৩০ চনৰ আশে-পাশে গৈ পৰে, যেতিয়া এইটো উপলব্ধি কৰা হৈছিল যে কিছুমান কঠিন-অৱস্থাৰ অৰ্ধপৰিবাহী আৰু সেইবোৰৰ সংযোগী অংশই তাত থকা আধান বাহকৰ সংখ্যা আৰু প্ৰবাহৰ দিশ নিয়ন্ত্ৰণ কৰাৰ সম্ভাৱনা দিয়ে। পোহৰ, তাপ বা সৰু প্ৰয়োগ কৰা ভ’ল্টেজৰ দৰে সহজ উদ্দীপনাই অৰ্ধপৰিবাহী এটাত থকা গতিশীল আধানৰ সংখ্যা সলনি কৰিব পাৰে। মনত ৰাখিব লাগিব যে অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰবোৰত আধান বাহকৰ যোগান আৰু প্ৰবাহ কঠিন পদাৰ্থটোৰ ভিতৰতে হয়, আনহাতে আগৰ ভেকিউম টিউব/ভেলভবোৰত, গতিশীল ইলেক্ট্ৰনবোৰ এটা তপত কেথ’ডৰ পৰা পোৱা গৈছিল আৰু সেইবোৰক এভাকুৱেট কৰা ঠাই বা ভেকিউমত প্ৰবাহিত কৰোৱা হৈছিল। অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰবোৰৰ বাবে কোনো বাহ্যিক তাপায়ন বা ডাঙৰ এভাকুৱেট কৰা ঠাইৰ প্ৰয়োজন নহয়। এইবোৰ আকাৰত সৰু, কম শক্তি খৰচ কৰে, নিম্ন ভ’ল্টেজত কাম কৰে আৰু দীঘলীয়া জীৱনকাল আৰু উচ্চ নিৰ্ভৰযোগ্যতা থাকে। টেলিভিছন আৰু কম্পিউটাৰ মনিটৰত ব্যৱহাৰ কৰা কেথ’ড ৰে টিউব (CRT) যিবোৰ ভেকিউম টিউবৰ নীতিত কাম কৰে, সেইবোৰকো সমৰ্থনকাৰী কঠিন-অৱস্থাৰ ইলেক্ট্ৰনিক্সৰ সৈতে লিকুইড ক্ৰিষ্টেল ডিচপ্লে (LCD) মনিটৰে সলনি কৰি দিছে। অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰবোৰৰ সম্পূৰ্ণ প্ৰভাৱ আনুষ্ঠানিকভাৱে বুজি পোৱাৰ বহু আগতেই, গেলেনা (লেড ছালফাইড, PbS)ৰ এটা প্ৰাকৃতিকভাৱে হোৱা ক্ৰিষ্টেল, যাৰ লগত ধাতুৰ পইণ্ট কন্টাক্ট সংলগ্ন কৰা হৈছিল, ৰেডিঅ’ তৰংগৰ ডিটেক্টৰ হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰা হৈছিল।

পৰৱৰ্তী অংশবোৰত, আমি অৰ্ধপৰিবাহী পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ মৌলিক ধাৰণাবোৰৰ সৈতে পৰিচয় কৰাম আৰু সংযোগী ডায়’ড (২-ইলেক্ট্ৰ’ড যন্ত্ৰ) আৰু বাইপোলাৰ সংযোগী ট্ৰানজিষ্টৰ (৩-ইলেক্ট্ৰ’ড যন্ত্ৰ)ৰ দৰে কিছুমান অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰ আলোচনা কৰিম। সেইবোৰৰ প্ৰয়োগ বুজাবলৈ কিছুমান পৰিপথৰ বৰ্ণনাও দিয়া হ’ব।

১৪.২ ধাতু, পৰিবাহী আৰু অৰ্ধপৰিবাহীৰ শ্ৰেণীবিভাজন

পৰিবাহিতাৰ ভিত্তিত

বৈদ্যুতিক পৰিবাহিতা $(\sigma)$ বা ৰোধকতা $(\rho=1 / \sigma)$ৰ আপেক্ষিক মানৰ ভিত্তিত, কঠিন পদাৰ্থবোৰক সাধাৰণতে এনেদৰে শ্ৰেণীবিভাজন কৰা হয়:

(i) ধাতু: এইবোৰৰ অতি কম ৰোধকতা (বা উচ্চ পৰিবাহিতা) থাকে।

$ \rho \sim 10^{-2}-10^{-8} \Omega \mathrm{m} $

$\sigma \sim 10^{2}-10^{8} \mathrm{~S} \mathrm{~m}^{-1}$

(ii) অৰ্ধপৰিবাহী: এইবোৰৰ ৰোধকতা বা পৰিবাহিতা ধাতু আৰু অন্তৰকৰ মাজৰীয়া হয়।

$$ \begin{aligned} & \rho \sim 10^{-5}-10^{6} \Omega \mathrm{m} \\ & \sigma \sim 10^{5}-10^{-6} \mathrm{~S} \mathrm{~m}^{-1} \end{aligned} $$

(iii) অন্তৰক: এইবোৰৰ উচ্চ ৰোধকতা (বা নিম্ন পৰিবাহিতা) থাকে।

$$ \begin{aligned} & \rho \sim 10^{11}-10^{19} \Omega \mathrm{m} \\ & \sigma \sim 10^{-11}-10^{-19} \mathrm{~S} \mathrm{~m}^{-1} \end{aligned} $$

ওপৰত দিয়া $\rho$ আৰু $\sigma$ৰ মানবোৰ পৰিমাণৰ সূচক হিচাপে আছে আৰু পৰিসৰৰ বাহিৰলৈও যাব পাৰে। ৰোধকতাৰ আপেক্ষিক মানবোৰ ধাতু, অন্তৰক আৰু অৰ্ধপৰিবাহীক পৰস্পৰৰ পৰা পৃথক কৰাৰ একমাত্ৰ নিকষ নহয়। আন কিছুমান পাৰ্থক্য আছে, যিবোৰ আমি এই অধ্যায়ত আগবাঢ়ি যোৱাৰ লগে লগে স্পষ্ট হ’ব।

এই অধ্যায়ত আমাৰ আগ্ৰহ হ’ল অৰ্ধপৰিবাহীৰ অধ্যয়নত, যিবোৰ হ’ব পাৰে:

(i) মৌলিক অৰ্ধপৰিবাহী: $\mathrm{Si}$ আৰু $\mathrm{Ge}$

(ii) যৌগিক অৰ্ধপৰিবাহী: উদাহৰণ হ’ল:

• অজৈৱিক: CdS, GaAs, CdSe, InP, আদি।

• জৈৱিক: এন্থ্ৰাছিন, ড’প কৰা থেল’চায়ানিন, আদি।

• জৈৱিক পলিমাৰ: পলিপাইৰ’ল, পলিয়ানিলিন, পলিথাই’ফিন, আদি।

বৰ্তমান উপলব্ধ অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰবোৰৰ বেছিভাগেই মৌলিক অৰ্ধপৰিবাহী $\mathrm{Si}$ বা $\mathrm{Ge}$ আৰু যৌগিক অজৈৱিক অৰ্ধপৰিবাহীৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি গঢ় লৈছে। কিন্তু, ১৯৯০ৰ পিছত, জৈৱিক অৰ্ধপৰিবাহী আৰু অৰ্ধপৰিবাহী পলিমাৰ ব্যৱহাৰ কৰি কেইটামান অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰ বিকশিত হৈছে, যিয়ে পলিমাৰ-ইলেক্ট্ৰনিক্স আৰু আণৱিক-ইলেক্ট্ৰনিক্সৰ এক ভৱিষ্যতৰ প্ৰযুক্তিৰ জন্মৰ সংকেত দিছে। এই অধ্যায়ত, আমি অজৈৱিক অৰ্ধপৰিবাহী, বিশেষকৈ মৌলিক অৰ্ধপৰিবাহী Si আৰু Geৰ অধ্যয়নলৈ নিজকে সীমাবদ্ধ ৰাখিম। মৌলিক অৰ্ধপৰিবাহী আলোচনা কৰিবলৈ ইয়াত প্ৰৱৰ্তন কৰা সাধাৰণ ধাৰণাবোৰ, বহুলাংশত, বেছিভাগ যৌগিক অৰ্ধপৰিবাহীৰ বাবেও প্ৰযোজ্য।

শক্তি বেণ্ডৰ ভিত্তিত

ব’ৰৰ পাৰমাণৱিক মডেল অনুসৰি, এটা বিচ্ছিন্ন পৰমাণুত ইয়াৰ যিকোনো ইলেক্ট্ৰনৰ শক্তি ই যে কক্ষপথত ঘূৰি থাকে তাৰ দ্বাৰা নিৰ্ধাৰণ হয়। কিন্তু যেতিয়া পৰমাণুবোৰ একেলগ হৈ কঠিন পদাৰ্থ গঠন কৰে তেতিয়া সেইবোৰ পৰস্পৰৰ ওচৰত থাকে। গতিকে চুবুৰীয়া পৰমাণুবোৰৰ পৰা অহা ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ বাহ্যিক কক্ষপথবোৰ অতি ওচৰলৈ আহিব বা পৰস্পৰ ওভোটাইও খাব পাৰে। ইয়ে কঠিন পদাৰ্থ এটাত ইলেক্ট্ৰনৰ গতিৰ প্ৰকৃতি এটা বিচ্ছিন্ন পৰমাণুত থকাৰ পৰা সম্পূৰ্ণ বেলেগ কৰি তোলে।

ক্ৰিষ্টেলৰ ভিতৰত প্ৰতিটো ইলেক্ট্ৰনৰ এক অনন্য অৱস্থান থাকে আৰু দুটা ইলেক্ট্ৰনে চাৰিওফালৰ আধানৰ একে নমুনা নেদেখে। ইয়াৰ বাবে, প্ৰতিটো ইলেক্ট্ৰনৰ বেলেগ শক্তি স্তৰ থাকিব। অবিৰত শক্তিৰ ভিন্নতাৰ সৈতে এই বেলেগ বেলেগ শক্তি স্তৰবোৰে শক্তি বেণ্ড নামৰ বস্তুটো গঠন কৰে। যি শক্তি বেণ্ডই ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ শক্তি স্তৰসমূহ অন্তৰ্ভুক্ত কৰে তাক ভেলেন্স বেণ্ড বোলে। ভেলেন্স বেণ্ডৰ ওপৰৰ শক্তি বেণ্ডটোক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড বোলে। কোনো বাহ্যিক শক্তি নোহোৱাকৈ, সকলো ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰন ভেলেন্স বেণ্ডত থাকিব। যদি কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডৰ আটাইতকৈ তলৰ স্তৰটো ভেলেন্স বেণ্ডৰ আটাইতকৈ ওপৰৰ স্তৰতকৈ তলত হয়, তেন্তে ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰ সহজে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ সৰকি যাব পাৰে। সাধাৰণতে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডটো খালী থাকে। কিন্তু যেতিয়া ই ভেলেন্স বেণ্ডৰ ওপৰত ওভোটাই খায়, ইলেক্ট্ৰনবোৰ মুক্তভাৱে তালৈ সৰকিব পাৰে। ধাতৱ পৰিবাহীৰ ক্ষেত্ৰত এইটোৱেই হয়।

যদি কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড আৰু ভেলেন্স বেণ্ডৰ মাজত কিছুমান ফাঁক থাকে, ভেলেন্স বেণ্ডৰ ইলেক্ট্ৰনবোৰ সকলোৱে বন্ধা হৈ থাকে আৰু কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত কোনো মুক্ত ইলেক্ট্ৰন উপলব্ধ নহয়। ইয়ে পদাৰ্থটোক এটা অন্তৰক কৰি তোলে। কিন্তু ভেলেন্স বেণ্ডৰ কিছুমান ইলেক্ট্ৰনে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড আৰু ভেলেন্স বেণ্ডৰ মাজৰ ফাঁকটো পাৰ হ’বলৈ বাহ্যিক শক্তি লাভ কৰিব পাৰে। তেতিয়া এই ইলেক্ট্ৰনবোৰ কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ সৰকি যাব। একে সময়তে সেইবোৰে ভেলেন্স বেণ্ডত খালী শক্তি স্তৰৰ সৃষ্টি কৰিব য’ত আন ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনবোৰ সৰকিব পাৰে। এইদৰে প্ৰক্ৰিয়াটোৱে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত থকা ইলেক্ট্ৰনৰ বাবে আৰু ভেলেন্স বেণ্ডত থকা খালী ঠাইবোৰৰ বাবে পৰিবহণৰ সম্ভাৱনাৰ সৃষ্টি কৰে।

আকৌ চাওঁ আহক $\mathrm{Si}$ বা Ge ক্ৰিষ্টেলত কি হয় য’ত $N$ পৰমাণু থাকে। $\mathrm{Si}$ৰ বাবে, আটাইতকৈ বাহিৰৰ কক্ষপথ হ’ল তৃতীয় কক্ষপথ $(n=3)$, আনহাতে $\mathrm{Ge}$ৰ বাবে ই হ’ল চতুৰ্থ কক্ষপথ $(n=4)$। আটাইতকৈ বাহিৰৰ কক্ষপথত থকা ইলেক্ট্ৰনৰ সংখ্যা হ’ল ৪ ($2 s$ আৰু $2 p$ ইলেক্ট্ৰন)। গতিকে, ক্ৰিষ্টেলটোত থকা বাহ্যিক ইলেক্ট্ৰনৰ মুঠ সংখ্যা হ’ল $4 N$। বাহিৰৰ কক্ষপথত থকা ইলেক্ট্ৰনৰ সৰ্বোচ্চ সম্ভাৱ্য সংখ্যা হ’ল ৮ ($2 s+6 p$ ইলেক্ট্ৰন)। সেয়েহে, $4 N$ ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনৰ বাবে $8 N$ উপলব্ধ শক্তি অৱস্থা আছে। এই $8 N$ পৃথক শক্তি স্তৰবোৰে হয়তো এটা অবিৰত বেণ্ড গঠন কৰিব পাৰে বা ক্ৰিষ্টেলত থকা পৰমাণুবোৰৰ মাজৰ দূৰত্বৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰি (কঠিন পদাৰ্থৰ বেণ্ড তত্ত্বৰ বাকচ চাওক) বেলেগ বেলেগ বেণ্ডত গোট খাব পাৰে।

$\mathrm{Si}$ আৰু Geৰ ক্ৰিষ্টেল জালিকাত থকা পৰমাণুবোৰৰ মাজৰ দূৰত্বত, এই $8 N$ অৱস্থাৰ শক্তি বেণ্ডটো দুটা ভাগত বিভক্ত হয় যিবোৰ এটা শক্তি ফাঁক $E_{g}$ৰ দ্বাৰা পৃথক কৰা হয় (চিত্ৰ ১৪.১)। তলৰ বেণ্ডটো যিটো সম্পূৰ্ণৰূপে $4 N$ ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনবোৰে পূৰ্ণ কৰি ৰাখে পৰম শূন্য তাপমাত্ৰাত, সেয়া হ’ল ভেলেন্স বেণ্ড। আনটো বেণ্ড যিটো $4 N$ শক্তি অৱস্থাৰে গঠিত, তাক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড বোলে, পৰম শূন্যত সম্পূৰ্ণৰূপে খালী থাকে।

চিত্ৰ ১৪.১ $0 \mathrm{~K}$ত এটা অৰ্ধপৰিবাহীত থকা শক্তি বেণ্ডৰ অৱস্থান। ওপৰৰ বেণ্ডটোক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড বোলে, অসীম সংখ্যক ওচৰা-উচৰিকৈ থকা শক্তি অৱস্থাৰে গঠিত। তলৰ বেণ্ডটোক ভেলেন্স বেণ্ড বোলে, ওচৰা-উচৰিকৈ থকা সম্পূৰ্ণৰূপে পূৰ্ণ শক্তি অৱস্থাৰে গঠিত।

কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডৰ আটাইতকৈ তলৰ শক্তি স্তৰটোক $E_{C}$ হিচাপে দেখুওৱা হৈছে আৰু ভেলেন্স বেণ্ডৰ আটাইতকৈ ওপৰৰ শক্তি স্তৰটোক $E_{V}$ হিচাপে দেখুওৱা হৈছে। $E_{C}$ৰ ওপৰত আৰু $E_{V}$ৰ তলত, চিত্ৰ ১৪.১ত দেখুওৱাৰ দৰে, ওচৰা-উচৰিকৈ থকা বহুতো শক্তি স্তৰ আছে।

ভেলেন্স বেণ্ডৰ শীৰ্ষ আৰু কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডৰ তলৰ মাজৰ ফাঁকটোক শক্তি বেণ্ড ফাঁক (শক্তি ফাঁক $E_{q}$) বোলে। পদাৰ্থটোৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰি ই ডাঙৰ, সৰু বা শূন্য হ’ব পাৰে। এই বেলেগ বেলেগ অৱস্থাবোৰ, চিত্ৰ ১৪.২ত চিত্ৰিত কৰা হৈছে আৰু তলত আলোচনা কৰা হৈছে:

কেছ I: এইটোৱে এটা অৱস্থাক সূচায়, যেনেকৈ চিত্ৰ ১৪.২(ক)ত দেখুওৱা হৈছে। এজনৰ এটা ধাতু থাকিব পাৰে হয়তো যেতিয়া কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডটো আংশিকভাৱে পূৰ্ণ থাকে আৰু ভেলেন্স বেণ্ডটো আংশিকভাৱে খালী থাকে বা যেতিয়া কণ্ডাকশ্বন আৰু ভেলেন্স বেণ্ডবোৰ ওভোটাই খায়। যেতিয়া ওভোটনি থাকে, ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰ সহজে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ সৰকিব পাৰে। এই অৱস্থাই বৈদ্যুতিক পৰিবহণৰ বাবে বহুতো ইলেক্ট্ৰন উপলব্ধ কৰি তোলে। যেতিয়া ভেলেন্স বেণ্ডটো আংশিকভাৱে খালী থাকে, ইয়াৰ তলৰ স্তৰৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰে ওপৰৰ স্তৰলৈ গতি কৰিব পাৰে যিয়ে পৰিবহণ সম্ভৱ কৰি তোলে। সেয়েহে, এনে পদাৰ্থবোৰৰ ৰোধ কম বা পৰিবাহিতা বেছি।

চিত্ৰ ১৪.২ (ক) ধাতু, (খ) অন্তৰক আৰু (গ) অৰ্ধপৰিবাহীৰ শক্তি বেণ্ডৰ মাজৰ পাৰ্থক্য।

কেছ II: এই ক্ষেত্ৰত, যেনেকৈ চিত্ৰ ১৪.২(খ)ত দেখুওৱা হৈছে, এটা ডাঙৰ বেণ্ড ফাঁক $E_{g}$ থাকে $\left(E_{g}>3 \mathrm{eV}\right)$। কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত কোনো ইলেক্ট্ৰন নাথাকে, আৰু সেয়েহে কোনো বৈদ্যুতিক পৰিবহণ সম্ভৱ নহয়। মনত ৰাখিব লাগিব যে শক্তি ফাঁকটো ইমান ডাঙৰ যে তাপীয় উদ্দীপনাৰ দ্বাৰা ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ উত্তেজিত কৰিব নোৱাৰি। এইটো হ’ল অন্তৰকৰ ক্ষেত্ৰ।

কেছ III: এই অৱস্থাটো চিত্ৰ ১৪.২(গ)ত দেখুওৱা হৈছে। ইয়াত এটা সসীম কিন্তু সৰু বেণ্ড ফাঁক $\left(E_{g}<3 \mathrm{eV}\right)$ থাকে। সৰু বেণ্ড ফাঁকৰ বাবে, কোঠাৰ তাপমাত্ৰাত ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা কিছুমান ইলেক্ট্ৰনে শক্তি ফাঁকটো পাৰ হ’বলৈ আৰু কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত প্ৰৱেশ কৰিবলৈ পৰ্যাপ্ত শক্তি আহৰণ কৰিব পাৰে। এই ইলেক্ট্ৰনবোৰে (যদিও সংখ্যাত কম) কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত গতি কৰিব পাৰে। সেয়েহে, অৰ্ধপৰিবাহীৰ ৰোধ অন্তৰকৰ দৰে ওখ নহয়।

এই অংশত আমি ধাতু, পৰিবাহী আৰু অৰ্ধপৰিবাহীৰ এটা ব্যাপক শ্ৰেণীবিভাজন কৰিলো। পৰৱৰ্তী অংশত আপুনি অৰ্ধপৰিবাহীত পৰিবহণ প্ৰক্ৰিয়া শিকিব।

১৪.৩ অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহী

আমি Ge আৰু $\mathrm{Si}$ৰ আটাইতকৈ সাধাৰণ ক্ষেত্ৰটো ল’ম যাৰ জালিকা গঠন চিত্ৰ ১৪.৩ত দেখুওৱা হৈছে। এই গঠনবোৰক ডায়মণ্ড-সদৃশ গঠন বোলে। প্ৰতিটো পৰমাণু চাৰিটা আটাইতকৈ ওচৰৰ চুবুৰীয়াৰে আগুৰি থাকে। আমি জানো যে $\mathrm{Si}$ আৰু $\mathrm{Ge}$ৰ চাৰিটা ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰন আছে। ইয়াৰ ক্ৰিষ্টেলীয় গঠনত, প্ৰতিটো $\mathrm{Si}$ বা Ge পৰমাণুৱে ইয়াৰ চাৰিটা ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনৰ এটাক ইয়াৰ চাৰিটা আটাইতকৈ ওচৰৰ চুবুৰীয়া পৰমাণুৰ সৈতে ভাগ বতৰা কৰিবলৈ ইচ্ছা কৰে, আৰু তেনে প্ৰতিটো চুবুৰীয়াৰ পৰা এটা ইলেক্ট্ৰনৰ ভাগও লয়। এই ভাগ বতৰা কৰা ইলেক্ট্ৰন যোৰবোৰক ক’ভেলেন্ট বন্ধন বা কেৱল ভেলেন্স বন্ধন গঠন কৰা বুলি কোৱা হয়। দুটা ভাগ বতৰা কৰা ইলেক্ট্ৰনক সংশ্লিষ্ট পৰমাণুবোৰৰ মাজত আগুৱাই-পিছুৱাই গতি কৰি সেইবোৰক দৃঢ়ভাৱে ধৰি ৰখাৰ বুলি ধৰা হয়। চিত্ৰ ১৪.৪ত চিত্ৰ ১৪.৩ত দেখুওৱা $\mathrm{Si}$ বা $\mathrm{Ge}$ গঠনৰ ২-মাত্ৰিক প্ৰতিনিধিত্ব চ্ছেমেটিকভাৱে দেখুওৱা হৈছে যিয়ে ক’ভেলেন্ট বন্ধনটোক অতিশয়োক্তি কৰি দেখুৱায়। ই এটা আদৰ্শিত ছবি দেখুৱায় য’ত কোনো বন্ধন ভাঙি নাযায় (সকলো বন্ধন অক্ষত থাকে)। এনে অৱস্থা নিম্ন তাপমাত্ৰাত হয়। যেতিয়া তাপমাত্ৰা বাঢ়ে, এই ইলেক্ট্ৰনবোৰলৈ বেছি তাপীয় শক্তি উপলব্ধ হয় আৰু এই ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ কিছুমানে আঁতৰি যাব পাৰে (পৰিবহণত অৰিহণা যোগোৱা মুক্ত ইলেক্ট্ৰন হৈ)। তাপীয় শক্তিয়ে ক্ৰিষ্টেলীয় জালিকাত কেৱল কেইটামান পৰমাণুক কাৰ্যকৰীভাৱে আয়নীভূত কৰে আৰু চিত্ৰ ১৪.৫(ক)ত দেখুওৱাৰ দৰে বন্ধনত এটা খালী ঠাইৰ সৃষ্টি কৰে। চুবুৰীয়া ঠাইখিনি, য’ৰ পৰা মুক্ত ইলেক্ট্ৰনটো ($-q$ আধানৰ সৈতে) ওলাই আহিছে, এটা খালী ঠাই এৰি যায় য’ত এটা কাৰ্যকৰী আধান $(+q)$ থাকে। কাৰ্যকৰী ধনাত্মক ইলেক্ট্ৰনিক আধানৰ সৈতে এই খালী ঠাইটোক হোল বোলে। হোলটোৱে কাৰ্যকৰী ধনাত্মক আধানৰ সৈতে এটা স্পষ্ট মুক্ত কণাৰ দৰে আচৰণ কৰে।

চিত্ৰ ১৪.৩ কাৰ্বন, চিলিকন বা জাৰ্মেনিয়ামৰ বাবে ত্ৰিমাত্ৰিক ডায়মণ্ড-সদৃশ ক্ৰিষ্টেল গঠন য’ত ক্ৰমে জালিকা ব্যৱধান $a$ $3.56,5.43$ আৰু $5.66 \mathring{A}$ৰ সমান

অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহীত, মুক্ত ইলেক্ট্ৰনৰ সংখ্যা, $n_{e}$ হোলৰ সংখ্যা, $n_{h}$ৰ সমান। অৰ্থাৎ

$$ \begin{equation*} n_{e}=n_{h}=n_{i} \tag{14.1} \end{equation*} $$

য’ত $n_{i}$ক অন্তৰ্নিহিত বাহক ঘনত্ব বোলে।

অৰ্ধপৰিবাহীয়ে অনন্য ধৰ্ম প্ৰদৰ্শন কৰে য’ত, ইলেক্ট্ৰনৰ বাহিৰেও, হোলবোৰো গতি কৰে। ধৰি লওক চিত্ৰ ১৪.৫(ক)ত দেখুওৱাৰ দৰে ১ নং স্থানত এটা হোল আছে

চিত্ৰ ১৪.৪ $\mathrm{Si}$ বা $\mathrm{Ge}$ গঠনৰ চ্ছেমেটিক দ্বিমাত্ৰিক প্ৰতিনিধিত্ব নিম্ন তাপমাত্ৰাত ক’ভেলেন্ট বন্ধন দেখুৱাই (সকলো বন্ধন অক্ষত)। +4 চিহ্নই $\mathrm{Si}$ বা Geৰ ভিতৰৰ ক’ৰবোৰ সূচায়।

চিত্ৰ ১৪.৫(খ)ত দেখুওৱাৰ দৰে হোলবোৰৰ গতিটো কল্পনা কৰিব পাৰি। ২ নং স্থানৰ ক’ভেলেন্ট বন্ধনৰ পৰা এটা ইলেক্ট্ৰনে খালী ১ নং স্থানলৈ (হোল) জাঁপ দিব পাৰে। এইদৰে, এনে জাঁপৰ পিছত, হোলটো ২ নং স্থানত থাকে আৰু ১ নং স্থানত এতিয়া এটা ইলেক্ট্ৰন আছে। সেয়েহে, স্পষ্টভাৱে, হোলটো ১ নং স্থানৰ পৰা ২ নং স্থানলৈ গতি কৰিছে। মনত ৰাখিব লাগিব যে মূলতঃ মুক্ত কৰা ইলেক্ট্ৰনটো [চিত্ৰ ১৪.৫(ক)] হোল গতিৰ এই প্ৰক্ৰিয়াত জড়িত নহয়। মুক্ত ইলেক্ট্ৰনটোৱে সম্পূৰ্ণ স্বাধীনভাৱে কণ্ডাকশ্বন ইলেক্ট্ৰন হিচাপে গতি কৰে আৰু প্ৰয়োগ কৰা বৈদ্যুতিক ক্ষেত্ৰৰ অধীনত এটা ইলেক্ট্ৰন প্ৰৱাহ, $I_{e}$ৰ সৃষ্টি কৰে। মনত ৰাখিব লাগিব যে হোলৰ গতি কেৱল ক্ৰিষ্টেলটোৰ যিকোনো ঠাইত খালী বন্ধন থকা যিকোনো সময়ত বন্ধা ইলেক্ট্ৰনৰ প্ৰকৃত গতিৰ বৰ্ণনা কৰাৰ এটা সুবিধাজনক উপায়হে। বৈদ্যুতিক ক্ষেত্ৰৰ ক্ৰিয়াৰ অধীনত, এই হোলবোৰ ঋণাত্মক বিভৱৰ ফালে গতি কৰি হোল প্ৰৱাহ, $I_{h}$ দিয়ে। মুঠ প্ৰৱাহ, $I$ এইদৰে ইলেক্ট্ৰন প্ৰৱাহ $I_{e}$ আৰু হোল প্ৰৱাহ $I_{h}$ৰ যোগফল:

$$ \begin{equation*} I=I_{e}+I_{h} \tag{14.2} \end{equation*} $$

ইয়াত মন কৰিব পাৰি যে কণ্ডাকশ্বন ইলেক্ট্ৰন আৰু হোলৰ উৎপাদন প্ৰক্ৰিয়াৰ বাহিৰেও, পুনৰ সংযোগৰ এটা একে সময়ৰ প্ৰক্ৰিয়া ঘটে য’ত ইলেক্ট্ৰনবোৰ হোলৰ সৈতে পুনৰ সংযোগ ঘটায়। সমতাত, উৎপাদনৰ হাৰ আধান বাহকৰ পুনৰ সংযোগৰ হাৰৰ সমান। ইলেক্ট্ৰনে হোলৰ সৈতে সংঘৰ্ষ হোৱাৰ বাবে পুনৰ সংযোগ ঘটে।

>

চিত্ৰ ১৪.৫ (ক) মধ্যমীয়া তাপমাত্ৰাত তাপীয় শক্তিৰ বাবে ১ নং স্থানত হোল আৰু কণ্ডাকশ্বন ইলেক্ট্ৰনৰ উৎপাদনৰ চ্ছেমেটিক মডেল। (খ) হোল এটাৰ সম্ভাৱ্য তাপীয় গতিৰ সৰলীকৃত প্ৰতিনিধিত্ব। তলৰ বাওঁফালৰ ক’ভেলেন্ট বন্ধনৰ (স্থান ২) পৰা ইলেক্ট্ৰনটো আগৰ হোল স্থান ১লৈ যায়, ইয়াৰ স্থানত এটা হোল এৰি থৈ যাৱে হোলটোৰ স্থান ১ৰ পৰা স্থান ২লৈ স্পষ্ট গতিৰ ইংগিত দিয়ে।

এটা অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহীয়ে $T=0 \mathrm{~K}$ত এটা অন্তৰকৰ দৰে আচৰণ কৰিব যেনেকৈ চিত্ৰ ১৪.৬(ক)ত দেখুওৱা হৈছে। উচ্চ তাপমাত্ৰাত ($T>0 \mathrm{~K}$) থকা তাপীয় শক্তিয়েই, ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা কিছুমান ইলেক্ট্ৰনক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ উত্তেজিত কৰে। $T>0 \mathrm{~K}$ত থকা এই তাপীয়ভাৱে উত্তেজিত ইলেক্ট্ৰনবোৰে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডটোক আংশিকভাৱে অধিকাৰ কৰে। সেয়েহে, এটা অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহীৰ শক্তি-বেণ্ডৰ চিত্ৰ চিত্ৰ ১৪.৬(খ)ত দেখুওৱাৰ দৰে হ’ব। ইয়াত, কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত কিছুমান ইলেক্ট্ৰন দেখুওৱা হৈছে। এইবোৰ ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা আহিছে য’ত সমান সংখ্যক হোল এৰি থৈ গৈছে।

চিত্ৰ ১৪.৬ (ক) $T=0 \mathrm{~K}$ত এটা অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহীয়ে অন্তৰকৰ দৰে আচৰণ কৰে। (খ) $T>0 \mathrm{~K}$ত, চাৰিটা তাপীয়ভাৱে উৎপাদিত ইলেক্ট্ৰন-হোল যোৰ। ভৰ্তি বৃত্তবোৰে ($\cdot$) ইলেক্ট্ৰনক প্ৰ