14.1 ପରିଚୟ

ଯେଉଁ ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନର ଏକ ନିୟନ୍ତ୍ରିତ ପ୍ରବାହ ପ୍ରାପ୍ତ ହୋଇପାରେ, ସେଗୁଡ଼ିକ ସମସ୍ତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ ସର୍କିଟର ମୌଳିକ ନିର୍ମାଣ ଖଣ୍ଡ। 1948 ରେ ଟ୍ରାନ୍ସିଷ୍ଟର ଆବିଷ୍କାର ପୂର୍ବରୁ, ଏହିପରି ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକ ପ୍ରାୟତଃ ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ (ଯାହାକୁ ଭ୍ୟାଲ୍ଭ ମଧ୍ୟ କୁହାଯାଏ) ଥିଲା, ଯେପରିକି ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ ଡାଇଓଡ୍ ଯାହାର ଦୁଇଟି ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଅଛି, ଯଥା: ଆନୋଡ୍ (ପ୍ରାୟତଃ ପ୍ଲେଟ୍ କୁହାଯାଏ) ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡ୍; ଟ୍ରାଇଓଡ୍ ଯାହାର ତିନୋଟି ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଅଛି - କ୍ୟାଥୋଡ୍, ପ୍ଲେଟ୍ ଏବଂ ଗ୍ରିଡ୍; ଟେଟ୍ରୋଡ୍ ଏବଂ ପେଣ୍ଟୋଡ୍ (ଯଥାକ୍ରମେ 4 ଏବଂ 5 ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସହିତ)। ଏକ ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ରେ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ଏକ ତାପିତ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ଦ୍ୱାରା ଯୋଗାଣ କରାଯାଏ ଏବଂ ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ରେ ଏହି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକର ନିୟନ୍ତ୍ରିତ ପ୍ରବାହ ଏହାର ବିଭିନ୍ନ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ମଧ୍ୟରେ ଭୋଲ୍ଟେଜ୍ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରି ପ୍ରାପ୍ତ ହୁଏ। ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ମଧ୍ୟରେ ଥିବା ସ୍ଥାନରେ ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ ଆବଶ୍ୟକ; ନଚେତ୍ ଗତିଶୀଳ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ସେମାନଙ୍କର ପଥରେ ଥିବା ବାୟୁ ଅଣୁଗୁଡ଼ିକ ସହିତ ସଂଘର୍ଷରେ ସେମାନଙ୍କର ଶକ୍ତି ହରାଇପାରନ୍ତି। ଏହି ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ କେବଳ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ରୁ ଆନୋଡ୍ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପ୍ରବାହିତ ହୋଇପାରେ (ଅର୍ଥାତ୍ କେବଳ ଗୋଟିଏ ଦିଗରେ)। ତେଣୁ, ଏହିପରି ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକୁ ସାଧାରଣତଃ ଭ୍ୟାଲ୍ଭ ଭାବରେ କୁହାଯାଏ। ଏହି ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକ ବଡ଼ ଆକାରର, ଅଧିକ ଶକ୍ତି ବ୍ୟବହାର କରନ୍ତି, ସାଧାରଣତଃ ଉଚ୍ଚ ଭୋଲ୍ଟେଜ୍ ($100 \mathrm{~V}$)ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରନ୍ତି ଏବଂ ସୀମିତ ଆୟୁଷ ଏବଂ କମ୍ ବିଶ୍ୱସନୀୟତା ରଖନ୍ତି। ଆଧୁନିକ କଠିନ-ଅବସ୍ଥା ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସର ବିକାଶର ବୀଜ 1930 ଦଶକରେ ଫେରିଯାଏ ଯେତେବେଳେ ଏହା ଅନୁଭୂତ ହୋଇଥିଲା ଯେ କେତେକ କଠିନ-ଅବସ୍ଥା ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଏବଂ ସେମାନଙ୍କର ସନ୍ଧିଗୁଡ଼ିକ ସେମାନଙ୍କ ମାଧ୍ୟମରେ ଚାର୍ଜ ବାହକଙ୍କ ସଂଖ୍ୟା ଏବଂ ପ୍ରବାହର ଦିଗ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରିବାର ସମ୍ଭାବନା ପ୍ରଦାନ କରେ। ଆଲୋକ, ତାପ କିମ୍ବା ଛୋଟ ପ୍ରୟୋଗିତ ଭୋଲ୍ଟେଜ୍ ପରି ସରଳ ଉତ୍ତେଜନା ଏକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟରରେ ଗତିଶୀଳ ଚାର୍ଜର ସଂଖ୍ୟା ପରିବର୍ତ୍ତନ କରିପାରେ। ଧ୍ୟାନ ଦିଅନ୍ତୁ ଯେ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକରେ ଚାର୍ଜ ବାହକଙ୍କର ଯୋଗାଣ ଏବଂ ପ୍ରବାହ କଠିନ ପଦାର୍ଥ ଭିତରେ ହୋଇଥାଏ, ଯେତେବେଳେ ପୂର୍ବରୁ ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ ଟ୍ୟୁବ୍/ଭ୍ୟାଲ୍ଭଗୁଡ଼ିକରେ, ଗତିଶୀଳ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ଏକ ତାପିତ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ରୁ ପ୍ରାପ୍ତ ହୋଇଥିଲା ଏବଂ ସେଗୁଡ଼ିକୁ ଏକ ଖାଲି ସ୍ଥାନ କିମ୍ବା ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ରେ ପ୍ରବାହିତ କରାଯାଇଥିଲା। ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକ ଦ୍ୱାରା କୌଣସି ବାହ୍ୟ ତାପନ କିମ୍ବା ବଡ଼ ଖାଲି ସ୍ଥାନ ଆବଶ୍ୟକ ହୁଏ ନାହିଁ। ସେଗୁଡ଼ିକ ଆକାରରେ ଛୋଟ, କମ୍ ଶକ୍ତି ବ୍ୟବହାର କରନ୍ତି, କମ୍ ଭୋଲ୍ଟେଜ୍ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରନ୍ତି ଏବଂ ଦୀର୍ଘ ଆୟୁଷ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ବିଶ୍ୱସନୀୟତା ରଖନ୍ତି। ଟେଲିଭିଜନ୍ ଏବଂ କମ୍ପ୍ୟୁଟର ମନିଟରରେ ବ୍ୟବହୃତ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ରେ ଟ୍ୟୁବ୍ (CRT) ମଧ୍ୟ, ଯାହାକି ଭ୍ୟାକୁୟମ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ ସିଦ୍ଧାନ୍ତ ଉପରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ, ସହାୟକ କଠିନ-ଅବସ୍ଥା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ସହିତ ଲିକ୍ୱିଡ୍ କ୍ରିଷ୍ଟାଲ୍ ଡିସ୍ପ୍ଲେ (LCD) ମନିଟର ଦ୍ୱାରା ପ୍ରତିସ୍ଥାପିତ ହେଉଛି। ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକର ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ପ୍ରଭାବ ଆନୁଷ୍ଠାନିକ ଭାବରେ ବୁଝାଯିବା ପୂର୍ବରୁ, ଗାଲେନାର (ସୀସା ସଲ୍ଫାଇଡ୍, PbS) ଏକ ପ୍ରାକୃତିକ ଭାବରେ ଘଟୁଥିବା ସ୍ଫଟିକ ସହିତ ସଂଲଗ୍ନ ଏକ ଧାତୁ ବିନ୍ଦୁ ସମ୍ପର୍କ ରେଡିଓ ତରଙ୍ଗର ଡିଟେକ୍ଟର ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହେଉଥିଲା।

ନିମ୍ନଲିଖିତ ବିଭାଗଗୁଡ଼ିକରେ, ଆମେ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଭୌତିକ ବିଜ୍ଞାନର ମୌଳିକ ଧାରଣାଗୁଡ଼ିକୁ ପରିଚିତ କରାଇବୁ ଏବଂ ସନ୍ଧି ଡାଇଓଡ୍ (ଏକ 2-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଉପକରଣ) ଏବଂ ବାଇପୋଲାର୍ ସନ୍ଧି ଟ୍ରାନ୍ସିଷ୍ଟର (ଏକ 3-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଉପକରଣ) ପରି କେତେକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଉପକରଣ ଆଲୋଚନା କରିବୁ। ସେମାନଙ୍କର ପ୍ରୟୋଗ ଦର୍ଶାଉଥିବା କିଛି ସର୍କିଟ ମଧ୍ୟ ବର୍ଣ୍ଣନା କରାଯିବ।

14.2 ଧାତୁ, ସୁପରିବାହୀ ଏବଂ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟରର ଶ୍ରେଣୀବିଭାଗ

ପ୍ରବାହିତା ଆଧାରରେ

ବିଦ୍ୟୁତ୍ ପ୍ରବାହିତା $(\sigma)$ କିମ୍ବା ପ୍ରତିରୋଧ $(\rho=1 / \sigma)$ର ସାପେକ୍ଷ ମୂଲ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ଆଧାରରେ, କଠିନ ପଦାର୍ଥଗୁଡ଼ିକୁ ମୋଟାମୋଟି ଭାବରେ ଶ୍ରେଣୀଭୁକ୍ତ କରାଯାଇଛି:

(i) ଧାତୁ: ସେଗୁଡ଼ିକ ବହୁତ କମ୍ ପ୍ରତିରୋଧ (କିମ୍ବା ଉଚ୍ଚ ପ୍ରବାହିତା) ଧାରଣ କରନ୍ତି।

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

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

(ii) ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର: ସେଗୁଡ଼ିକର ପ୍ରତିରୋଧ କିମ୍ବା ପ୍ରବାହିତା ଧାତୁ ଏବଂ ଇନ୍ସୁଲେଟରଙ୍କ ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ।

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

(iii) ଇନ୍ସୁଲେଟର: ସେଗୁଡ଼ିକର ଉଚ୍ଚ ପ୍ରତିରୋଧ (କିମ୍ବା କମ୍ ପ୍ରବାହିତା) ଅଛି।

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

ଉପରେ ଦିଆଯାଇଥିବା $\rho$ ଏବଂ $\sigma$ ର ମୂଲ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ପରିମାଣର ସୂଚକ ଏବଂ ପରିସର ବାହାରେ ମଧ୍ୟ ଯାଇପାରେ। ପ୍ରତିରୋଧର ସାପେକ୍ଷ ମୂଲ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ଧାତୁ, ଇନ୍ସୁଲେଟର ଏବଂ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟରଙ୍କୁ ପରସ୍ପରଠାରୁ ପୃଥକ୍ କରିବାର ଏକମାତ୍ର ମାନଦଣ୍ଡ ନୁହେଁ। ଅନ୍ୟ କିଛି ପାର୍ଥକ୍ୟ ଅଛି, ଯାହା ଏହି ଅଧ୍ୟାୟରେ ଆମେ ଆଗେଇବା ସହିତ ସ୍ପଷ୍ଟ ହେବ।

ଏହି ଅଧ୍ୟାୟରେ ଆମର ଆଗ୍ରହ ହେଉଛି ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଅଧ୍ୟୟନରେ ଯାହା ହୋଇପାରେ:

(i) ମୌଳିକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର: $\mathrm{Si}$ ଏବଂ $\mathrm{Ge}$

(ii) ଯୌଗିକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର: ଉଦାହରଣଗୁଡ଼ିକ ହେଉଛି:

• ଅଜୈବ: CdS, GaAs, CdSe, InP, ଇତ୍ୟାଦି।

• ଜୈବ: ଆନ୍ଥ୍ରାସିନ୍, ଡୋପ୍ କରାଯାଇଥିବା ଫ୍ଥାଲୋସାଇନିନ୍, ଇତ୍ୟାଦି।

• ଜୈବ ପଲିମର: ପଲିପାଇରୋଲ୍, ପଲିଆନିଲିନ୍, ପଲିଥିଓଫେନ୍, ଇତ୍ୟାଦି।

ବର୍ତ୍ତମାନ ଉପଲବ୍ଧ ଅଧିକାଂଶ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକ ମୌଳିକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର $\mathrm{Si}$ କିମ୍ବା $\mathrm{Ge}$ ଏବଂ ଯୌଗିକ ଅଜୈବ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଉପରେ ଆଧାରିତ। ତଥାପି, 1990 ପରେ, ଜୈବ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଏବଂ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟିଂ ପଲିମର ବ୍ୟବହାର କରି କିଛି ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଉପକରଣ ବିକଶିତ ହୋଇଛି ଯାହା ପଲିମର-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଏବଂ ଅଣୁ-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସର ଏକ ଭବିଷ୍ୟତ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାର ଜନ୍ମ ସୂଚିତ କରେ। ଏହି ଅଧ୍ୟାୟରେ, ଆମେ ନିଜକୁ ଅଜୈବ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର, ବିଶେଷକରି ମୌଳିକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର Si ଏବଂ Ge ଅଧ୍ୟୟନରେ ସୀମିତ ରଖିବୁ। ମୌଳିକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଆଲୋଚନା ପାଇଁ ଏଠାରେ ପ୍ରବର୍ତ୍ତିତ ସାଧାରଣ ଧାରଣାଗୁଡ଼ିକ, ବହୁଳ ଭାବରେ, ଅଧିକାଂଶ ଯୌଗିକ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ପାଇଁ ମଧ୍ୟ ପ୍ରଯୁଜ୍ୟ।

ଶକ୍ତି ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଆଧାରରେ

ବୋର ପରମାଣୁ ମଡେଲ୍ ଅନୁଯାୟୀ, ଏକ ପୃଥକ୍ ପରମାଣୁରେ ଏହାର ଯେକୌଣସି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନର ଶକ୍ତି ସେହି କକ୍ଷପଥ ଦ୍ୱାରା ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରାଯାଏ ଯେଉଁଥିରେ ଏହା ପରିକ୍ରମା କରେ। କିନ୍ତୁ ଯେତେବେଳେ ପରମାଣୁଗୁଡ଼ିକ ଏକତ୍ରିତ ହୋଇ ଏକ କଠିନ ପଦାର୍ଥ ଗଠନ କରନ୍ତି ସେତେବେଳେ ସେଗୁଡ଼ିକ ପରସ୍ପର ନିକଟତର ହୁଅନ୍ତି। ତେଣୁ ପାର୍ଶ୍ୱବର୍ତ୍ତୀ ପରମାଣୁଗୁଡ଼ିକରୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକର ବାହ୍ୟ କକ୍ଷପଥ ବହୁତ ନିକଟତର ହେବ କିମ୍ବା ଅତିବ୍ୟାପ୍ତ ହୋଇପାରେ। ଏହା ଏକ କଠିନ ପଦାର୍ଥରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଗତିର ପ୍ରକୃତିକୁ ଏକ ପୃଥକ୍ ପରମାଣୁରୁ ଭିନ୍ନ କରିଦେବ।

ସ୍ଫଟିକ ଭିତରେ ପ୍ରତ୍ୟେକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନର ଏକ ଅନନ୍ୟ ସ୍ଥାନ ଅଛି ଏବଂ କୌଣସି ଦୁଇଟି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଚାରିପାଖର ଚାର୍ଜର ସମାନ ନମୁନା ଦେଖନ୍ତି ନାହିଁ। ଏହା ହେତୁ, ପ୍ରତ୍ୟେକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନର ଏକ ଭିନ୍ନ ଶକ୍ତି ସ୍ତର ରହିବ। ଏହି ଭିନ୍ନ ଶକ୍ତି ସ୍ତରଗୁଡ଼ିକ ସତତ ଶକ୍ତି ପରିବର୍ତ୍ତନ ସହିତ ଶକ୍ତି ବ୍ୟାଣ୍ଡ ନାମକ ଗଠନ କରେ। ଯେଉଁ ଶକ୍ତି ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ସଂଯୋଜକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକର ଶକ୍ତି ସ୍ତର ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ ହୁଏ ତାହାକୁ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡ କୁହାଯାଏ। ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଉପରେ ଥିବା ଶକ୍ତି ବ୍ୟାଣ୍ଡକୁ ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ କୁହାଯାଏ। କୌଣସି ବାହ୍ୟ ଶକ୍ତି ବିନା, ସମସ୍ତ ସଂଯୋଜକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ରହିବ। ଯଦି ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ସର୍ବନିମ୍ନ ସ୍ତର ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡର ସର୍ବୋଚ୍ଚ ସ୍ତର ଠାରୁ କମ୍ ହୁଏ, ତେବେ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡରୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ସହଜରେ ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡକୁ ଗତି କରିପାରିବେ। ସାଧାରଣତଃ ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଖାଲି ଥାଏ। କିନ୍ତୁ ଯେତେବେଳେ ଏହା ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଉପରେ ଅତିବ୍ୟାପ୍ତ ହୁଏ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ସହଜରେ ଏଥିରେ ଗତି କରିପାରନ୍ତି। ଏହା ଧାତବ ସୁପରିବାହୀଙ୍କ କ୍ଷେତ୍ର।

ଯଦି ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଏବଂ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ମଧ୍ୟରେ କିଛି ଫାଙ୍କ ଅଛି, ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ଥିବା ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ସମସ୍ତେ ବାନ୍ଧି ହୋଇ ରହନ୍ତି ଏବଂ ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ କୌଣସି ମୁକ୍ତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଉପଲବ୍ଧ ନଥାଏ। ଏହା ପଦାର୍ଥକୁ ଏକ ଇନ୍ସୁଲେଟର କରିଥାଏ। କିନ୍ତୁ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡରୁ କିଛି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଏବଂ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ମଧ୍ୟରେ ଥିବା ଫାଙ୍କ ଅତିକ୍ରମ କରିବା ପାଇଁ ବାହ୍ୟ ଶକ୍ତି ପ୍ରାପ୍ତ କରିପାରନ୍ତି। ତା’ପରେ ଏହି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡକୁ ଗତି କରିବେ। ସେହି ସମୟରେ ସେମାନେ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ଖାଲି ଶକ୍ତି ସ୍ତର ସୃଷ୍ଟି କରିବେ ଯେଉଁଠାରେ ଅନ୍ୟ ସଂଯୋଜକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକ ଗତି କରିପାରନ୍ତି। ଏହିପରି ପ୍ରକ୍ରିୟା ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଏବଂ ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ଖାଲି ସ୍ଥାନ ହେତୁ ଚାଲନର ସମ୍ଭାବନା ସୃଷ୍ଟି କରେ।

ଆସନ୍ତୁ ଆମେ ବିଚାର କରିବା ଯେ $\mathrm{Si}$ କିମ୍ବା Ge ସ୍ଫଟିକରେ କ’ଣ ଘଟେ ଯାହା $N$ ପରମାଣୁ ଧାରଣ କରେ। $\mathrm{Si}$ ପାଇଁ, ସର୍ବାଧିକ ବାହ୍ୟ କକ୍ଷପଥ ହେଉଛି ତୃତୀୟ କକ୍ଷପଥ $(n=3)$, ଯେତେବେଳେ $\mathrm{Ge}$ ପାଇଁ ଏହା ଚତୁର୍ଥ କକ୍ଷପଥ $(n=4)$। ସର୍ବାଧିକ ବାହ୍ୟ କକ୍ଷପଥରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ସଂଖ୍ୟା 4 ($2 s$ ଏବଂ $2 p$ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ)। ତେଣୁ, ସ୍ଫଟିକରେ ବାହ୍ୟ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନର ସମୁଦାୟ ସଂଖ୍ୟା ହେଉଛି $4 N$। ବାହ୍ୟ କକ୍ଷପଥରେ ସର୍ବାଧିକ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ସଂଖ୍ୟା 8 ($2 s+6 p$ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ)। ତେଣୁ, $4 N$ ସଂଯୋଜକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ପାଇଁ $8 N$ ଉପଲବ୍ଧ ଶକ୍ତି ଅବସ୍ଥା ଅଛି। ଏହି $8 N$ ପୃଥକ୍ ଶକ୍ତି ସ୍ତରଗୁଡ଼ିକ ଏକ ସତତ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଗଠନ କରିପାରେ କିମ୍ବା ସ୍ଫଟିକରେ ପରମାଣୁଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟରେ ଥିବା ଦୂରତା ଉପରେ ନିର୍ଭର କରି ବିଭିନ୍ନ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ ଗୋଠିତ ହୋଇପାରେ (କଠିନ ପଦାର୍ଥର ବ୍ୟାଣ୍ଡ ସିଦ୍ଧାନ୍ତ ବାକ୍ସ ଦେଖନ୍ତୁ)।

$\mathrm{Si}$ ଏବଂ Ge ର ସ୍ଫଟିକ ଜାଲିରେ ପରମାଣୁଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟରେ ଥିବା ଦୂରତାରେ, ଏହି $8 N$ ଅବସ୍ଥାର ଶକ୍ତି ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଦୁଇଟିରେ ବିଭକ୍ତ ହୋଇଯାଏ ଯାହା ଏକ ଶକ୍ତି ଫାଙ୍କ $E_{g}$ ଦ୍ୱାରା ପୃଥକ୍ ହୋଇଛି (ଚିତ୍ର 14.1)। ନିମ୍ନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଯାହା ସଂପୂର୍ଣ୍ଣ ଶୂନ୍ୟ ତାପମାତ୍ରାରେ $4 N$ ସଂଯୋଜକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଦ୍ୱାରା ସଂପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ଅଧିକୃତ ହୋଇଛି ତାହା ହେଉଛି ସଂଯୋଜକ ବ୍ୟାଣ୍ଡ। $4 N$ ଶକ୍ତି ଅବସ୍ଥା ନେଇ ଗଠିତ ଅନ୍ୟ ବ୍ୟାଣ୍ଡ, ଯାହାକୁ ଚାଲନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ କୁହାଯାଏ, ସଂପୂର୍ଣ୍ଣ ଶୂନ୍ୟରେ ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ଖାଲି ଅଛି।

ଚିତ୍ର 14.1 $0 \mathrm{~K}$ରେ