অধ্যায় ১৪ অৰ্ধপৰিবাহী ইলেক্ট্ৰনিক্স পদাৰ্থ, যন্ত্ৰ আৰু সহজ পৰিপথ

১৪.১ পৰিচয় [৩২৩-৩২৪]#

যি যন্ত্ৰবোৰত ইলেক্ট্ৰনৰ নিয়ন্ত্ৰিত প্ৰবাহ পোৱা যায়, সেইবোৰেই সকলো ইলেক্ট্ৰনিক পৰিপথৰ মৌলিক গঠনগত একক। ১৯৪৮ চনত ট্ৰানজিষ্টৰ আৱিষ্কাৰ হোৱাৰ আগতে, এনে যন্ত্ৰবোৰ বেছিভাগেই 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, উত্তপ্ত কেথ’ডৰ দ্বাৰা ইলেক্ট্ৰন যোগান ধৰা হয় আৰু ইয়াৰ বিভিন্ন ইলেক্ট্ৰ’ডৰ মাজৰ ভ’ল্টেজ সলনি কৰি এই ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ ভেকিউমত নিয়ন্ত্ৰিত প্ৰবাহ পোৱা যায়। ইলেক্ট্ৰ’ডৰ মাজৰ স্থানত ভেকিউমৰ প্ৰয়োজন; নহ’লে গতি কৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰে তেওঁলোকৰ পথত থকা বায়ুৰ অণুবোৰৰ সৈতে সংঘৰ্ষত তেওঁলোকৰ শক্তি হেৰুৱাব পাৰে। এই যন্ত্ৰবোৰত ইলেক্ট্ৰনবোৰ কেৱল কেথ’ডৰ পৰা এন’ডলৈহে বৈ যাব পাৰে (অৰ্থাৎ কেৱল এটা দিশত)। সেয়েহে, এনে যন্ত্ৰবোৰক সাধাৰণতে ভেলভ বুলি কোৱা হয়। এই ভেকিউম টিউব যন্ত্ৰবোৰ ডাঙৰ আকাৰৰ, উচ্চ 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 চনলৈকে যায় যেতিয়া এইটো উপলব্ধি কৰা হৈছিল যে কিছুমান কঠিন অৱস্থাৰ অৰ্ধপৰিবাহী আৰু তেওঁলোকৰ সংযোগবোৰে তেওঁলোকৰ মাজেৰে আধান বাহকৰ সংখ্যা আৰু প্ৰবাহৰ দিশ নিয়ন্ত্ৰণ কৰাৰ সম্ভাৱনা আগবঢ়ায়। পোহৰ, তাপ বা প্ৰয়োগ কৰা সৰু ভ’ল্টেজৰ দৰে সহজ উদ্দীপনাই অৰ্ধপৰিবাহী এটাত চলনক্ষম আধানৰ সংখ্যা সলনি কৰিব পাৰে। মনত ৰাখিব লাগে যে অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰবোৰত আধান বাহকৰ যোগান আৰু প্ৰবাহ কঠিনটোৰ ভিতৰতে থাকে, আনহাতে আগৰ ভেকিউম টিউব/ভেলভবোৰত, চলনক্ষম ইলেক্ট্ৰনবোৰ উত্তপ্ত কেথ’ডৰ পৰা পোৱা গৈছিল আৰু তেওঁলোকক এভাকুৱেটেড স্থান বা ভেকিউমত প্ৰবাহিত কৰোৱা হৈছিল। অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰবোৰৰ বাবে কোনো বাহ্যিক উত্তাপ বা ডাঙৰ এভাকুৱেটেড স্থানৰ প্ৰয়োজন নহয়। তেওঁলোকৰ আকাৰ 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 নীতিৰ ওপৰত কাম কৰে, সেইবোৰক সমৰ্থন কৰা কঠিন অৱস্থাৰ ইলেক্ট্ৰনিক্সৰ সৈতে লিকুইড ক্ৰিষ্টেল ডিচপ্লে (LCD) মনিটৰে সলনি কৰি দিয়া হৈছে। অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰবোৰৰ সম্পূৰ্ণ প্ৰভাৱ আনুষ্ঠানিকভাৱে বুজি পোৱাৰ বহু আগতেই, গেলেনাৰ (লেড ছালফাইড, PbS) এটা প্ৰাকৃতিকভাৱে হোৱা ক্ৰিষ্টেল, যাৰ লগত ধাতুৰ পইণ্ট কন্টেক্ট সংলগ্ন কৰা হৈছিল, ৰেডিঅ’ তৰংগৰ ডিটেক্টৰ হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰা হৈছিল।

পৰৱৰ্তী অংশবোৰত, আমি অৰ্ধপৰিবাহী পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ মৌলিক ধাৰণাবোৰৰ সৈতে পৰিচয় কৰাম আৰু সংযোগ ডায়’ড (এটা ২-ইলেক্ট্ৰ’ড যন্ত্ৰ) আৰু বাইপোলাৰ সংযোগ ট্ৰানজিষ্টৰ (এটা ৩-ইলেক্ট্ৰ’ড যন্ত্ৰ)ৰ দৰে কিছুমান অৰ্ধপৰিবাহী যন্ত্ৰ আলোচনা কৰিম। তেওঁলোকৰ প্ৰয়োগৰ উদাহৰণ দিয়া কেইটামান পৰিপথৰ বৰ্ণনাও দিয়া হ’ব।

১৪.২ ধাতু, পৰিবাহী আৰু অৰ্ধপৰিবাহীৰ শ্ৰেণীবিভাজন [৩২৪-৩২৭]#

পৰিবাহিতাৰ ভিত্তিত

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

(i) ধাতু: তেওঁলোকৰ অতি কম ৰোধিতা (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: তেওঁলোকৰ ৰোধিতা বা পৰিবাহিতা ধাতু আৰু অন্তৰকৰ মাজৰীয়া।

$ \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: তেওঁলোকৰ উচ্চ ৰোধিতা (বা কম 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 আৰু পৰিসৰৰ বাহিৰলৈও যাব পাৰে। ৰোধিতাৰ 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 অৰ্ধপৰিবাহীৰ অধ্যয়নত, যিবোৰ হ’ব পাৰে:

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

(ii) যৌগিক অৰ্ধপৰিবাহী: উদাহৰণবোৰ হ’ল:

• অজৈৱিক: CdS, GaAs, CdSe, InP, আদি।

• জৈৱিক: এন্থ্ৰাছিন, ড’পড ফথেল’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। কিন্তু, ১৯৯০ চনৰ 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 Ge ৰ অধ্যয়নলৈ নিজকে সীমাবদ্ধ ৰাখিম। মৌলিক অৰ্ধপৰিবাহী আলোচনা কৰিবলৈ ইয়াত প্ৰৱৰ্তন কৰা সাধাৰণ ধাৰণাবোৰ, বহুলাংশে, বেছিভাগ যৌগিক অৰ্ধপৰিবাহীৰ বাবেও প্ৰযোজ্য।

শক্তি বেণ্ডৰ ভিত্তিত

ব’ৰৰ পাৰমাণৱিক মডেল অনুসৰি, এটা বিচ্ছিন্ন পৰমাণুত ইয়াৰ যিকোনো ইলেক্ট্ৰনৰ শক্তি ইয়াৰ কক্ষৰ দ্বাৰা নিৰ্ধাৰণ কৰা হয় য’ত ই ঘূৰি থাকে। কিন্তু যেতিয়া পৰমাণুবোৰ একেলগ হৈ কঠিন এটা গঠন কৰে তেতিয়া তেওঁলোক পৰস্পৰৰ ওচৰত থাকে। গতিকে চুবুৰীয়া পৰমাণুবোৰৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ বাহ্যিক কক্ষবোৰ অতি ওচৰলৈ আহিব বা ইভেন ওভাৰলেপ হ’ব পাৰে। এইটোৱে কঠিন এটাত ইলেক্ট্ৰন গতিৰ প্ৰকৃতি বিচ্ছিন্ন পৰমাণুতকৈ বেলেগ কৰি তুলিব।

ক্ৰিষ্টেলৰ ভিতৰত প্ৰতিটো ইলেক্ট্ৰনৰ এক অনন্য অৱস্থান থাকে আৰু দুটা ইলেক্ট্ৰনে চাৰিওফালৰ আধানৰ একে নমুনা ঠিকমতে নেদেখে। ইয়াৰ বাবে, প্ৰতিটো ইলেক্ট্ৰনৰ বেলেগ শক্তি স্তৰ হ’ব। অবিৰত শক্তিৰ ভিন্নতাৰ সৈতে এই বেলেগ বেলেগ শক্তি স্তৰবোৰে শক্তি বেণ্ড বুলি কোৱা হয়। যি শক্তি বেণ্ডটোত ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ শক্তি স্তৰ অন্তৰ্ভুক্ত থাকে তাক ভেলেন্স বেণ্ড বোলে। ভেলেন্স বেণ্ডৰ ওপৰৰ শক্তি বেণ্ডটোক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড বোলে। কোনো বাহ্যিক শক্তি নোহোৱাকৈ, সকলো ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰন ভেলেন্স বেণ্ডত থাকিব। যদি কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত সৰ্বনিম্ন স্তৰটো ভেলেন্স বেণ্ডৰ সৰ্বোচ্চ স্তৰতকৈ কম হয়, তেন্তে ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰ সহজে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ সৰকিব পাৰে। সাধাৰণতে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডটো খালি থাকে। কিন্তু যেতিয়া ই ভেলেন্স বেণ্ডৰ ওপৰত ওভাৰলেপ হয়, ইলেক্ট্ৰনবোৰ ইয়ালৈ মুক্তভাৱে সৰকিব পাৰে। এইটো ধাতৱ পৰিবাহীৰ ক্ষেত্ৰত হয়।

যদি কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড আৰু ভেলেন্স বেণ্ডৰ মাজত কিছুমান ফাঁক থাকে, ভেলেন্স বেণ্ডৰ ইলেক্ট্ৰনবোৰ সকলোৱে বাউণ্ড হৈ থাকে আৰু কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত কোনো মুক্ত ইলেক্ট্ৰন উপলব্ধ নহয়। এইটোৱে পদাৰ্থটোক অন্তৰক কৰি তোলে। কিন্তু ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা কিছুমান ইলেক্ট্ৰনে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড আৰু ভেলেন্স বেণ্ডৰ মাজৰ ফাঁক পাৰ হ’বলৈ বাহ্যিক শক্তি লাভ কৰিব পাৰে। তেতিয়া এই ইলেক্ট্ৰনবোৰ কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ সৰকিব। একে সময়তে তেওঁলোকে ভেলেন্স বেণ্ডত খালি শক্তি স্তৰ সৃষ্টি কৰিব য’ত আন ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনবোৰ সৰকিব পাৰে। এইদৰে প্ৰক্ৰিয়াটোৱে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত ইলেক্ট্ৰনৰ বাবে আৰু ভেলেন্স বেণ্ডত খালি স্থানৰ বাবে পৰিবহণৰ সম্ভাৱনা সৃষ্টি কৰে।

আহক আমি বিবেচনা কৰোঁ কি হয় $\mathrm{Si}$ বা Ge ক্ৰিষ্টেলৰ ক্ষেত্ৰত য’ত $N$ পৰমাণু থাকে। $\mathrm{Si}$ৰ বাবে, আটাইতকৈ বাহিৰৰ কক্ষটো তৃতীয় কক্ষ $(n=3)$, আনহাতে $\mathrm{Ge}$ৰ বাবে ই চতুৰ্থ কক্ষ $(n=4)$। আটাইতকৈ বাহিৰৰ কক্ষত ইলেক্ট্ৰনৰ সংখ্যা 4 ($2 s$ আৰু $2 p$ ইলেক্ট্ৰন)। গতিকে, ক্ৰিষ্টেলটোত বাহ্যিক ইলেক্ট্ৰনৰ মুঠ সংখ্যা $4 N$। বাহ্যিক কক্ষত ইলেক্ট্ৰনৰ সৰ্বাধিক সম্ভাৱ্য সংখ্যা 8 ($2 s+6 p$ ইলেক্ট্ৰন)। গতিকে, $4 N$ ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনৰ বাবে $8 N$ উপলব্ধ শক্তি অৱস্থা আছে। এই $8 N$ পৃথক শক্তি স্তৰবোৰে হয় অবিৰত বেণ্ড গঠন কৰিব পাৰে বা ক্ৰিষ্টেলত পৰমাণুবোৰৰ মাজৰ দূৰত্বৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰি (কঠিনৰ বেণ্ড তত্ত্বৰ বাকচ চাওক) বেলেগ বেলেগ বেণ্ডত গোট খাব পাৰে।

$\mathrm{Si}$ আৰু Ge ৰ ক্ৰিষ্টেল লেটিছত পৰমাণুবোৰৰ মাজৰ দূৰত্বত, এই $8 N$ অৱস্থাৰ শক্তি বেণ্ডটো দুটা ভাগত বিভক্ত হয় যিবোৰ শক্তিৰ ফাঁক $E_{g}$ (চিত্ৰ ১৪.১) ৰে পৃথক কৰা হয়। নিম্ন বেণ্ডটো যিটো সম্পূৰ্ণৰূপে $4 N$ ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনৰ দ্বাৰা পূৰ্ণ শূন্য তাপমাত্ৰাত অধিকৃত হৈছে সেয়া ভেলেন্স বেণ্ড। আন বেণ্ডটো $4 N$ শক্তি অৱস্থাৰে গঠিত, যাক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড বোলে, পূৰ্ণ শূন্যত সম্পূৰ্ণৰূপে খালি থাকে।

চিত্ৰ ১৪.১ $0 \mathrm{~K}$ত অৰ্ধপৰিবাহী এটাত শক্তি বেণ্ডৰ অৱস্থান। ওপৰৰ বেণ্ডটোক কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড বোলে, অসীম সংখ্যক ঘনিষ্ঠভাৱে থকা শক্তি অৱস্থাৰে গঠিত। নিম্ন বেণ্ডটোক ভেলেন্স বেণ্ড বোলে, ঘনিষ্ঠভাৱে থকা সম্পূৰ্ণৰূপে পূৰ্ণ শক্তি অৱস্থাৰে গঠিত।

কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত সৰ্বনিম্ন শক্তি স্তৰটো $E_{C}$ হিচাপে দেখুওৱা হৈছে আৰু ভেলেন্স বেণ্ডত সৰ্বোচ্চ শক্তি স্তৰটো $E_{V}$ হিচাপে দেখুওৱা হৈছে। $E_{C}$ৰ ওপৰত আৰু $E_{V}$ৰ তলত, চিত্ৰ ১৪.১ত দেখুওৱাৰ দৰে, বহুতো ঘনিষ্ঠভাৱে থকা শক্তি স্তৰ আছে।

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

কেছ I: এইটোৱে এটা পৰিস্থিতিৰ সূচনা কৰে, যেনে চিত্ৰ ১৪.২(ক)ত দেখুওৱা হৈছে। এজনৰ ধাতু থাকিব পাৰে হয় যেতিয়া কণ্ডাকশ্বন বেণ্ড আংশিকভাৱে পূৰ্ণ থাকে আৰু বেলেন্সড বেণ্ড আংশিকভাৱে খালি থাকে বা যেতিয়া কণ্ডাকশ্বন আৰু ভেলেন্স বেণ্ডবোৰ ওভাৰলেপ হয়। যেতিয়া ওভাৰলেপ থাকে, ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰ সহজে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ সৰকিব পাৰে। এই পৰিস্থিতিয়ে বৈদ্যুতিক পৰিবহণৰ বাবে বহুতো ইলেক্ট্ৰন উপলব্ধ কৰি তোলে। যেতিয়া ভেলেন্স বেণ্ড আংশিকভাৱে খালি থাকে, ইয়াৰ নিম্ন স্তৰৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনবোৰ উচ্চ স্তৰলৈ গতি কৰিব পাৰে যিয়ে পৰিবহণ সম্ভৱ কৰি তোলে। সেয়েহে, এনে পদাৰ্থবোৰৰ ৰোধ কম বা পৰিবাহিতা উচ্চ।

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

কেছ II: এই ক্ষেত্ৰত, যেনে চিত্ৰ ১৪.২(খ)ত দেখুওৱা হৈছে, এটা ডাঙৰ বেণ্ড গেপ $E_{g}$ থাকে $\left(E_{g}>3 \mathrm{eV}\right)$। কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডত কোনো ইলেক্ট্ৰন নাথাকে, আৰু সেয়েহে কোনো বৈদ্যুতিক পৰিবহণ সম্ভৱ নহয়। মনত ৰাখিব লাগে যে শক্তিৰ ফাঁকটো ইমান ডাঙৰ যে থাৰ্মেল এক্সাইটেশ্বনৰ দ্বাৰা ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ ইলেক্ট্ৰনবোৰ উত্তেজিত কৰিব নোৱাৰি। এইটো অন্তৰকৰ ক্ষেত্ৰ।

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

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

১৪.৩ অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহী [৩২৭-৩২৯]#

আমি Ge আৰু $\mathrm{Si}$ৰ আটাইতকৈ সাধাৰণ ক্ষেত্ৰটো ল’ম যাৰ লেটিছ গঠন চিত্ৰ ১৪.৩ত দেখুওৱা হৈছে। এই গঠনবোৰক ডায়মণ্ড-সদৃশ গঠন বোলে। প্ৰতিটো পৰমাণু চাৰিটা নিকটতম চুবুৰীয়াৰে আগুৰি থাকে। আমি জানো যে $\mathrm{Si}$ আৰু $\mathrm{Ge}$ৰ চাৰিটা ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰন আছে। ইয়াৰ ক্ৰিষ্টেলাইন গঠনত, প্ৰতিটো $\mathrm{Si}$ বা Ge পৰমাণুৱে ইয়াৰ চাৰিটা ভেলেন্স ইলেক্ট্ৰনৰ এটাক ইয়াৰ চাৰিটা নিকটতম চুবুৰীয়া পৰমাণুৰ সৈতে শ্বেয়াৰ কৰিবলৈ ইচ্ছা কৰে, আৰু তেনে প্ৰতিটো চুবুৰীয়াৰ পৰা এটা ইলেক্ট্ৰনৰ ভাগ ল’বলৈও ইচ্ছা কৰে। এই শ্বেয়াৰ কৰা ইলেক্ট্ৰন যোৰবোৰক ক’ভেলেন্ট বণ্ড বা কেৱল ভেলেন্স বণ্ড গঠন কৰা বুলি কোৱা হয়। দুটা শ্বেয়াৰ কৰা ইলেক্ট্ৰনক সংলগ্ন পৰমাণুবোৰৰ মাজত আগুৱাই-পিছুৱাই যোৱা বুলি ধৰিব পাৰি যিয়ে তেওঁলোকক শক্তিশালীভাৱে ধৰি ৰাখে। চিত্ৰ ১৪.৪ত চিত্ৰ ১৪.৩ত দেখুওৱা $\mathrm{Si}$ বা $\mathrm{Ge}$ গঠনৰ ২-মাত্ৰিক প্ৰতিনিধিত্ব চ্ছেমেটিকেলিভাৱে দেখুওৱা হৈছে যিয়ে ক’ভেলেন্ট বণ্ডটো অতিশয়োক্তি কৰে। ই এটা আদৰ্শিত ছবি দেখুৱায় য’ত কোনো বণ্ড ভাঙি নাযায় (সকলো বণ্ড অক্ষত)। এনে পৰিস্থিতি নিম্ন তাপমাত্ৰাত হয়। যেতিয়া তাপমাত্ৰা বৃদ্ধি পায়, এই ইলেক্ট্ৰনবোৰলৈ অধিক থাৰ্মেল শক্তি উপলব্ধ হয় আৰু এই ইলেক্ট্ৰনবোৰৰ কিছুমানে ভাঙি-ছিঙি যাব পাৰে (পৰিবহণত অৰিহণা যোগোৱা মুক্ত ইলেক্ট্ৰন হৈ)। থাৰ্মেল শক্তিয়ে ক্ৰিষ্টেলাইন লেটিছত কেৱল কেইটামান পৰমাণুক কাৰ্যকৰীভাৱে আয়নাইজ কৰে আৰু চিত্ৰ ১৪.৫(ক)ত দেখুওৱাৰ দৰে বণ্ডত এটা খালি স্থান সৃষ্টি কৰে। চুবুৰীয়াটো, য’ৰ পৰা মুক্ত ইলেক্ট্ৰন ($-q$ আধানৰ সৈতে) ওলাই আহিছে, এটা খালি স্থান এৰি যায় যিটোৰ কাৰ্যকৰী আধান $(+q)$। কাৰ্যকৰী ধনাত্মক ইলেক্ট্ৰনিক আধানৰ সৈতে এই খালি স্থানটোক হোল বোলে। হোলটোৱে কাৰ্যকৰী ধনাত্মক আধানৰ সৈতে এটা আপাত মুক্ত কণাৰ দৰে আচৰণ কৰে।

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

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

$n_{e}=n_{h}=n_{i} \hspace{15cm}(14.1)$

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

অৰ্ধপৰিবাহীয়ে অনন্য ধৰ্মৰ অধিকাৰী য’ত, ইলেক্ট্ৰনৰ বাহিৰেও, হোলবোৰো গতি কৰে। ধৰি লওক চিত্ৰ ১৪.৫(ক)ত দেখুওৱাৰ দৰে ছাইট ১ত হোল আছে

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

চিত্ৰ ১৪.৫(খ)ত দেখুওৱাৰ দৰে হোলবোৰৰ গতিটো দৃশ্যায়িত কৰিব পাৰি। ছাইট ২ৰ ক’ভেলেন্ট বণ্ডৰ পৰা এটা ইলেক্ট্ৰনে খালি ছাইট ১ (হোল) লৈ জাম্প কৰিব পাৰে। এইদৰে, এনে জাম্পৰ পিছত, হোলটো ছাইট ২ত থাকে আৰু ছাইট ১ত এতিয়া ইলেক্ট্ৰন আছে। সেয়েহে, আপাতদৃষ্টিত, হোলটোৱে ছাইট ১ৰ পৰা ছাইট ২লৈ গতি কৰিছে। মনত ৰাখিব লাগে যে মূলতঃ মুক্ত কৰা ইলেক্ট্ৰন [চিত্ৰ ১৪.৫(ক)] হোল গতিৰ এই প্ৰক্ৰিয়াত জড়িত নহয়। মুক্ত ইলেক্ট্ৰনটোৱে সম্পূৰ্ণৰূপে স্বাধীনভাৱে কণ্ডাকশ্বন ইলেক্ট্ৰন হিচাপে গতি কৰে আৰু প্ৰয়োগ কৰা বৈদ্যুতিক ক্ষেত্ৰৰ অধীনত ইলেক্ট্ৰন প্ৰৱাহ, $I_{e}$ সৃষ্টি কৰে। মনত ৰাখিব লাগে যে হোলৰ গতি কেৱল বাউণ্ড ইলেক্ট্ৰনৰ প্ৰকৃত গতিৰ বৰ্ণনা কৰাৰ এটা সুবিধাজনক উপায়, যেতিয়াই ক্ৰিষ্টেলত ক’তবাও এটা খালি বণ্ড থাকে। বৈদ্যুতিক ক্ষেত্ৰৰ ক্ৰিয়াৰ অধীনত, এই হোলবোৰ ঋণাত্মক পটেনশ্বিয়ালৰ ফালে গতি কৰি হোল প্ৰৱাহ, $I_{h}$ দিয়ে। মুঠ প্ৰৱাহ, $I$ এইদৰে ইলেক্ট্ৰন প্ৰৱাহ $I_{e}$ আৰু হোল প্ৰৱাহ $I_{h}$ৰ যোগফল:

$I=I_{e}+I_{h} \hspace{15cm}(14.2)$

ইয়াত মন কৰিব পাৰি যে কণ্ডাকশ্বন ইলেক্ট্ৰন আৰু হোলৰ উৎপাদন প্ৰক্ৰিয়াৰ বাহিৰেও, পুনৰসংযোগৰ এক সমকালীন প্ৰক্ৰিয়া সংঘটিত হয় য’ত ইলেক্ট্ৰনবোৰ হোলৰ সৈতে পুনৰসংযোগ ঘটায়। সমতাত, উৎপাদনৰ হাৰ আধান বাহকৰ পুনৰসংযোগৰ হাৰৰ সমান। পুনৰসংযোগ এটা ইলেক্ট্ৰনৰ হোলৰ সৈতে সংঘৰ্ষ হোৱাৰ বাবে সংঘটিত হয়।

>

চিত্ৰ ১৪.৫ (ক) মধ্যমীয়া তাপমাত্ৰাত থাৰ্মেল শক্তিৰ বাবে ছাইট ১ত হোল আৰু কণ্ডাকশ্বন ইলেক্ট্ৰনৰ উৎপাদনৰ চ্ছেমেটিক মডেল। (খ) হোল এটাৰ সম্ভাৱ্য থাৰ্মেল গতিৰ সহজীকৃত প্ৰতিনিধিত্ব। তলৰ বাওঁফালৰ ক’ভেলেন্ট বণ্ড (ছাইট ২)ৰ পৰা ইলেক্ট্ৰনটোৱে আগৰ হোল ছাইট ১লৈ যায়, ইয়াৰ ছাইটত হোল এটা এৰি দিয়ে যিয়ে হোলটোৰ ছাইট ১ৰ পৰা ছাইট ২লৈ আপাত গতিৰ সূচনা দিয়ে।

এটা অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহীয়ে $T=0 \mathrm{~K}$ত অন্তৰকৰ দৰে আচৰণ কৰিব যেনে চিত্ৰ ১৪.৬(ক)ত দেখুওৱা হৈছে। ই উচ্চ তাপমাত্ৰাত ($T>0 \mathrm{~K}$) থাৰ্মেল শক্তি, যিয়ে ভেলেন্স বেণ্ডৰ পৰা কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডলৈ কিছুমান ইলেক্ট্ৰন উত্তেজিত কৰে। $T>0 \mathrm{~K}$ত এই থাৰ্মেলি উত্তেজিত ইলেক্ট্ৰনবোৰে কণ্ডাকশ্বন বেণ্ডটোক আংশিকভাৱে অধিকৃত কৰে। সেয়েহে, অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহী এটাৰ 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 গৈছে।

চিত্ৰ ১৪.৬ (ক) $T=0 \mathrm{~K}$ত এটা অন্তৰ্নিহিত অৰ্ধপৰিবাহীয়ে অন্তৰকৰ দৰে আচৰণ কৰে। (খ) $T>0 \mathrm{~K}$ত, চাৰিটা থাৰ্মেলি উৎপাদিত ইলেক্ট্ৰন-হোল যোৰ। পূৰ্ণ বৃত্তবোৰে ($\cdot$) ইলেক্ট্ৰনক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে আৰু খালি বৃত্তবোৰে $(\bigcirc)$ হোলক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে।

উদাহৰণ ১৪.১ C, Si আৰু Ge ৰ একে ল