14.1 ਜਾਣ-ਪਛਾਣ

ਉਹ ਯੰਤਰ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਵਾਹ ਨੂੰ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਸਾਰੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਸਰਕਟਾਂ ਦੇ ਮੂਲ ਬਿਲਡਿੰਗ ਬਲਾਕ ਹਨ। 1948 ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਜਿਸਟਰ ਦੀ ਖੋਜ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ, ਅਜਿਹੇ ਯੰਤਰ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਵੈਕਿਊਮ ਟਿਊਬਾਂ (ਵਾਲਵ ਵੀ ਕਹਿੰਦੇ ਹਨ) ਹੁੰਦੇ ਸਨ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਵੈਕਿਊਮ ਡਾਇਓਡ ਜਿਸਦੇ ਦੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਯਾਨੀ, ਐਨੋਡ (ਅਕਸਰ ਪਲੇਟ ਕਹਿੰਦੇ ਹਨ) ਅਤੇ ਕੈਥੋਡ; ਟ੍ਰਾਇਓਡ ਜਿਸਦੇ ਤਿੰਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਹੁੰਦੇ ਹਨ - ਕੈਥੋਡ, ਪਲੇਟ ਅਤੇ ਗਰਿੱਡ; ਟੈਟ੍ਰੋਡ ਅਤੇ ਪੈਂਟੋਡ (ਕ੍ਰਮਵਾਰ 4 ਅਤੇ 5 ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਵਾਲੇ)। ਇੱਕ ਵੈਕਿਊਮ ਟਿਊਬ ਵਿੱਚ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਇੱਕ ਗਰਮ ਕੈਥੋਡ ਦੁਆਰਾ ਸਪਲਾਈ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਇਨ੍ਹਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੇ ਵੈਕਿਊਮ ਵਿੱਚ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਪ੍ਰਵਾਹ ਨੂੰ ਇਸਦੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਵੋਲਟੇਜ ਬਦਲ ਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਜਗ੍ਹਾ ਵਿੱਚ ਵੈਕਿਊਮ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ; ਨਹੀਂ ਤਾਂ ਚਲਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਆਪਣੇ ਰਸਤੇ ਵਿੱਚ ਹਵਾ ਦੇ ਅਣੂਆਂ ਨਾਲ ਟਕਰਾਉਣ ‘ਤੇ ਆਪਣੀ ਊਰਜਾ ਗੁਆ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਇਨ੍ਹਾਂ ਯੰਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਸਿਰਫ਼ ਕੈਥੋਡ ਤੋਂ ਐਨੋਡ ਵੱਲ ਵਹਿ ਸਕਦੇ ਹਨ (ਯਾਨੀ, ਸਿਰਫ਼ ਇੱਕ ਦਿਸ਼ਾ ਵਿੱਚ)। ਇਸ ਲਈ, ਅਜਿਹੇ ਯੰਤਰਾਂ ਨੂੰ ਆਮ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਵਾਲਵ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਵੈਕਿਊਮ ਟਿਊਬ ਯੰਤਰ ਭਾਰੀ-ਭਰਕਮ ਹਨ, ਵੱਧ ਪਾਵਰ ਖਪਤ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਆਮ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਉੱਚ ਵੋਲਟੇਜ ‘ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ ( $100 \mathrm{~V}$) ਅਤੇ ਇਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਉਮਰ ਸੀਮਿਤ ਅਤੇ ਵਿਸ਼ਵਸਨੀਯਤਾ ਘੱਟ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਆਧੁਨਿਕ ਠੋਸ-ਅਵਸਥਾ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਦਾ ਬੀਜ 1930 ਦੇ ਦਹਾਕੇ ਵਿੱਚ ਵਾਪਸ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਜਦੋਂ ਇਹ ਅਹਿਸਾਸ ਹੋਇਆ ਕਿ ਕੁਝ ਠੋਸ-ਅਵਸਥਾ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਅਤੇ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਜੰਕਸ਼ਨ ਚਾਰਜ ਵਾਹਕਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਅਤੇ ਪ੍ਰਵਾਹ ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ਨੂੰ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਸਧਾਰਨ ਉਤੇਜਨਾ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਰੋਸ਼ਨੀ, ਗਰਮੀ ਜਾਂ ਲਗਾਇਆ ਗਿਆ ਛੋਟਾ ਵੋਲਟੇਜ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਚਲਣਯੋਗ ਚਾਰਜਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਨੂੰ ਬਦਲ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਧਿਆਨ ਦਿਓ ਕਿ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਯੰਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਚਾਰਜ ਵਾਹਕਾਂ ਦੀ ਸਪਲਾਈ ਅਤੇ ਪ੍ਰਵਾਹ ਠੋਸ ਦੇ ਅੰਦਰ ਹੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਪਹਿਲਾਂ ਦੀਆਂ ਵੈਕਿਊਮ ਟਿਊਬਾਂ/ਵਾਲਵਾਂ ਵਿੱਚ, ਚਲਣਯੋਗ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਇੱਕ ਗਰਮ ਕੈਥੋਡ ਤੋਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਸਨ ਅਤੇ ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੂੰ ਖਾਲੀ ਕੀਤੀ ਗਈ ਜਗ੍ਹਾ ਜਾਂ ਵੈਕਿਊਮ ਵਿੱਚ ਵਹਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਸੀ। ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਯੰਤਰਾਂ ਨੂੰ ਕਿਸੇ ਬਾਹਰੀ ਗਰਮੀ ਜਾਂ ਵੱਡੀ ਖਾਲੀ ਜਗ੍ਹਾ ਦੀ ਲੋੜ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੀ। ਇਹ ਆਕਾਰ ਵਿੱਚ ਛੋਟੇ ਹਨ, ਘੱਟ ਪਾਵਰ ਖਪਤ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਘੱਟ ਵੋਲਟੇਜ ‘ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਲੰਬੀ ਉਮਰ ਅਤੇ ਉੱਚ ਵਿਸ਼ਵਸਨੀਯਤਾ ਰੱਖਦੇ ਹਨ। ਟੈਲੀਵਿਜ਼ਨ ਅਤੇ ਕੰਪਿਊਟਰ ਮਾਨੀਟਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਕੈਥੋਡ ਰੇ ਟਿਊਬ (CRT) ਵੀ ਜੋ ਵੈਕਿਊਮ ਟਿਊਬਾਂ ਦੇ ਸਿਧਾਂਤ ‘ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਨੂੰ ਸਹਾਇਕ ਠੋਸ-ਅਵਸਥਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਵਾਲੇ ਲਿਕਵਿਡ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਡਿਸਪਲੇ (LCD) ਮਾਨੀਟਰਾਂ ਨਾਲ ਬਦਲਿਆ ਜਾ ਰਿਹਾ ਹੈ। ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਯੰਤਰਾਂ ਦੇ ਪੂਰੇ ਨਿਹੀਤਾਰਥਾਂ ਨੂੰ ਰਸਮੀ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਸਮਝਣ ਤੋਂ ਬਹੁਤ ਪਹਿਲਾਂ, ਗੈਲੀਨਾ (ਲੈੱਡ ਸਲਫਾਈਡ, PbS) ਦਾ ਇੱਕ ਕੁਦਰਤੀ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਮਿਲਣ ਵਾਲਾ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਜਿਸ ਨਾਲ ਇੱਕ ਧਾਤ ਬਿੰਦੂ ਸੰਪਰਕ ਜੁੜਿਆ ਹੋਇਆ ਸੀ, ਨੂੰ ਰੇਡੀਓ ਤਰੰਗਾਂ ਦੇ ਡਿਟੈਕਟਰ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਸੀ।

ਹੇਠਾਂ ਦਿੱਤੇ ਭਾਗਾਂ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਭੌਤਿਕੀ ਦੀਆਂ ਬੁਨਿਆਦੀ ਧਾਰਨਾਵਾਂ ਦੀ ਜਾਣ-ਪਛਾਣ ਕਰਾਂਗੇ ਅਤੇ ਕੁਝ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਯੰਤਰਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਜੰਕਸ਼ਨ ਡਾਇਓਡ (ਇੱਕ 2-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਯੰਤਰ) ਅਤੇ ਬਾਇਪੋਲਰ ਜੰਕਸ਼ਨ ਟ੍ਰਾਂਜਿਸਟਰ (ਇੱਕ 3-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਯੰਤਰ) ਬਾਰੇ ਚਰਚਾ ਕਰਾਂਗੇ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹੋਏ ਕੁਝ ਸਰਕਟਾਂ ਦਾ ਵੀ ਵਰਣਨ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇਗਾ।

14.2 ਧਾਤਾਂ, ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਅਤੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦਾ ਵਰਗੀਕਰਣ

ਚਾਲਕਤਾ ਦੇ ਆਧਾਰ ‘ਤੇ

ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਚਾਲਕਤਾ $(\sigma)$ ਜਾਂ ਪ੍ਰਤਿਰੋਧਕਤਾ $(\rho=1 / \sigma)$ ਦੇ ਸਾਪੇਖ ਮੁੱਲਾਂ ਦੇ ਆਧਾਰ ‘ਤੇ, ਠੋਸਾਂ ਨੂੰ ਮੋਟੇ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਵਰਗੀਕ੍ਰਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ:

(i) ਧਾਤਾਂ: ਇਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਪ੍ਰਤਿਰੋਧਕਤਾ (ਜਾਂ ਉੱਚ ਚਾਲਕਤਾ) ਹੁੰਦੀ ਹੈ।

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

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

(ii) ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ: ਇਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਪ੍ਰਤਿਰੋਧਕਤਾ ਜਾਂ ਚਾਲਕਤਾ ਧਾਤਾਂ ਅਤੇ ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰਲੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।

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

(iii) ਇੰਸੂਲੇਟਰ: ਇਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਉੱਚ ਪ੍ਰਤਿਰੋਧਕਤਾ (ਜਾਂ ਘੱਟ ਚਾਲਕਤਾ) ਹੁੰਦੀ ਹੈ।

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

ਉੱਪਰ ਦਿੱਤੇ $\rho$ ਅਤੇ $\sigma$ ਦੇ ਮੁੱਲ ਪਰਿਮਾਣ ਦੇ ਸੰਕੇਤਕ ਹਨ ਅਤੇ ਰੇਂਜਾਂ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਵੀ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਪ੍ਰਤਿਰੋਧਕਤਾ ਦੇ ਸਾਪੇਖ ਮੁੱਲ ਧਾਤਾਂ, ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ ਅਤੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਨੂੰ ਇੱਕ ਦੂਜੇ ਤੋਂ ਅਲੱਗ ਕਰਨ ਲਈ ਇਕਲੌਤੇ ਮਾਪਦੰਡ ਨਹੀਂ ਹਨ। ਕੁਝ ਹੋਰ ਅੰਤਰ ਵੀ ਹਨ, ਜੋ ਇਸ ਅਧਿਆਇ ਵਿੱਚ ਅੱਗੇ ਵਧਦੇ ਹੋਏ ਸਪੱਸ਼ਟ ਹੋ ਜਾਣਗੇ।

ਇਸ ਅਧਿਆਇ ਵਿੱਚ ਸਾਡੀ ਦਿਲਚਸਪੀ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਅਧਿਐਨ ਵਿੱਚ ਹੈ ਜੋ ਹੋ ਸਕਦੇ ਹਨ:

(i) ਤੱਤਗਤ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ: $\mathrm{Si}$ ਅਤੇ $\mathrm{Ge}$

(ii) ਮਿਸ਼ਰਤ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ: ਉਦਾਹਰਨਾਂ ਹਨ:

• ਅਜੈਵਿਕ: CdS, GaAs, CdSe, InP, ਆਦਿ।

• ਜੈਵਿਕ: ਐਂਥਰਾਸੀਨ, ਡੋਪਡ ਫਥਾਲੋਸਾਇਨੀਨ, ਆਦਿ।

• ਜੈਵਿਕ ਪੋਲੀਮਰ: ਪੋਲੀਪਾਈਰੋਲ, ਪੋਲੀਅਨੀਲੀਨ, ਪੋਲੀਥਾਇਓਫੀਨ, ਆਦਿ।

ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ ਉਪਲਬਧ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਯੰਤਰ ਤੱਤਗਤ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ $\mathrm{Si}$ ਜਾਂ $\mathrm{Ge}$ ਅਤੇ ਮਿਸ਼ਰਤ ਅਜੈਵਿਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ‘ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, 1990 ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਜੈਵਿਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਅਤੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਿੰਗ ਪੋਲੀਮਰਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਕੁਝ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਯੰਤਰ ਵਿਕਸਿਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਹਨ ਜੋ ਪੋਲੀਮਰ-ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਅਤੇ ਅਣੂ-ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਦੀ ਭਵਿੱਖਵਾਦੀ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਜਨਮ ਦਾ ਸੰਕੇਤ ਦਿੰਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਅਧਿਆਇ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਆਪਣੇ ਆਪ ਨੂੰ ਅਜੈਵਿਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ, ਖਾਸ ਕਰਕੇ ਤੱਤਗਤ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ Si ਅਤੇ Ge ਦੇ ਅਧਿਐਨ ਤੱਕ ਸੀਮਿਤ ਰੱਖਾਂਗੇ। ਤੱਤਗਤ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਬਾਰੇ ਚਰਚਾ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਥੇ ਪੇਸ਼ ਕੀਤੀਆਂ ਗਈਆਂ ਸਾਧਾਰਣ ਧਾਰਨਾਵਾਂ, ਬਹੁਤ ਹੱਦ ਤੱਕ, ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਮਿਸ਼ਰਤ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ‘ਤੇ ਵੀ ਲਾਗੂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ।

ਊਰਜਾ ਬੈਂਡਾਂ ਦੇ ਆਧਾਰ ‘ਤੇ

ਬੋਹਰ ਪਰਮਾਣੂ ਮਾਡਲ ਅਨੁਸਾਰ, ਇੱਕ ਅਲੱਗ-ਥਲੱਗ ਪਰਮਾਣੂ ਵਿੱਚ ਇਸਦੇ ਕਿਸੇ ਵੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦੀ ਊਰਜਾ ਉਸ ਚੱਕਰ ਦੁਆਰਾ ਤੈਅ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਇਹ ਘੁੰਮਦਾ ਹੈ। ਪਰ ਜਦੋਂ ਪਰਮਾਣੂ ਇੱਕ ਠੋਸ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇਕੱਠੇ ਆਉਂਦੇ ਹਨ ਤਾਂ ਉਹ ਇੱਕ ਦੂਜੇ ਦੇ ਨੇੜੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਲਈ ਨੇੜਲੇ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੇ ਬਾਹਰਲੇ ਚੱਕਰ ਬਹੁਤ ਨੇੜੇ ਆ ਜਾਣਗੇ ਜਾਂ ਇੱਥੋਂ ਤੱਕ ਕਿ ਓਵਰਲੈਪ ਵੀ ਹੋ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਇੱਕ ਠੋਸ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਗਤੀ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਤੀ ਨੂੰ ਇੱਕ ਅਲੱਗ-ਥਲੱਗ ਪਰਮਾਣੂ ਤੋਂ ਬਹੁਤ ਵੱਖਰਾ ਬਣਾ ਦੇਵੇਗਾ।

ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਦੇ ਅੰਦਰ ਹਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦੀ ਇੱਕ ਵਿਲੱਖਣ ਸਥਿਤੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਕੋਈ ਵੀ ਦੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਆਸ-ਪਾਸ ਦੇ ਚਾਰਜਾਂ ਦਾ ਬਿਲਕੁਲ ਉਹੀ ਪੈਟਰਨ ਨਹੀਂ ਦੇਖਦੇ। ਇਸ ਕਾਰਨ, ਹਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦਾ ਇੱਕ ਵੱਖਰਾ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ ਹੋਵੇਗਾ। ਇਹ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ ਨਿਰੰਤਰ ਊਰਜਾ ਪਰਿਵਰਤਨ ਦੇ ਨਾਲ ਉਹ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੂੰ ਊਰਜਾ ਬੈਂਡ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਊਰਜਾ ਬੈਂਡ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਵੈਲੈਂਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੇ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਨੂੰ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦੇ ਉੱਪਰ ਵਾਲੇ ਊਰਜਾ ਬੈਂਡ ਨੂੰ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਬਿਨਾਂ ਕਿਸੇ ਬਾਹਰੀ ਊਰਜਾ ਦੇ, ਸਾਰੇ ਵੈਲੈਂਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਰਹਿਣਗੇ। ਜੇਕਰ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਨੀਵਾਂ ਪੱਧਰ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦੇ ਸਭ ਤੋਂ ਉੱਚੇ ਪੱਧਰ ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੋਣ ਦਾ ਸੰਭਵ ਹੈ, ਤਾਂ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਆਸਾਨੀ ਨਾਲ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਆਮ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਖਾਲੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਪਰ ਜਦੋਂ ਇਹ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਉੱਤੇ ਓਵਰਲੈਪ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਆਜ਼ਾਦੀ ਨਾਲ ਇਸ ਵਿੱਚ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਧਾਤੂ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦਾ ਮਾਮਲਾ ਹੈ।

ਜੇਕਰ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਅਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿਚਕਾਰ ਕੁਝ ਗੈਪ ਹੈ, ਤਾਂ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਸਾਰੇ ਬੰਦ ਰਹਿੰਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਕੋਈ ਆਜ਼ਾਦ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਉਪਲਬਧ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੇ। ਇਹ ਪਦਾਰਥ ਨੂੰ ਇੱਕ ਇੰਸੂਲੇਟਰ ਬਣਾ ਦਿੰਦਾ ਹੈ। ਪਰ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦੇ ਕੁਝ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਅਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿਚਕਾਰਲੇ ਗੈਪ ਨੂੰ ਪਾਰ ਕਰਨ ਲਈ ਬਾਹਰੀ ਊਰਜਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਫਿਰ ਇਹ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਚਲੇ ਜਾਣਗੇ। ਉਸੇ ਸਮੇਂ ਉਹ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਖਾਲੀ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ ਬਣਾਉਣਗੇ ਜਿੱਥੇ ਹੋਰ ਵੈਲੈਂਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਇਹ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਖਾਲੀ ਜਗ੍ਹਾ ਦੇ ਕਾਰਨ ਚਾਲਕਤਾ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਪੈਦਾ ਕਰਦੀ ਹੈ।

ਆਓ ਵਿਚਾਰ ਕਰੀਏ ਕਿ $\mathrm{Si}$ ਜਾਂ Ge ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਵਿੱਚ ਕੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ $N$ ਪਰਮਾਣੂ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। $\mathrm{Si}$ ਲਈ, ਸਭ ਤੋਂ ਬਾਹਰਲਾ ਚੱਕਰ ਤੀਜਾ ਚੱਕਰ $(n=3)$ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ $\mathrm{Ge}$ ਲਈ ਇਹ ਚੌਥਾ ਚੱਕਰ $(n=4)$ ਹੈ। ਸਭ ਤੋਂ ਬਾਹਰਲੇ ਚੱਕਰ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ 4 ਹੈ ($2 s$ ਅਤੇ $2 p$ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ)। ਇਸ ਲਈ, ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਵਿੱਚ ਬਾਹਰਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੀ ਕੁੱਲ ਗਿਣਤੀ $4 N$ ਹੈ। ਬਾਹਰਲੇ ਚੱਕਰ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੀ ਅਧਿਕਤਮ ਸੰਭਵ ਗਿਣਤੀ 8 ਹੈ ($2 s+6 p$ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ)। ਇਸ ਲਈ, $4 N$ ਵੈਲੈਂਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਲਈ $8 N$ ਉਪਲਬਧ ਊਰਜਾ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਹਨ। ਇਹ $8 N$ ਵੱਖਰੇ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ ਜਾਂ ਤਾਂ ਇੱਕ ਨਿਰੰਤਰ ਬੈਂਡ ਬਣਾ ਸਕਦੇ ਹਨ ਜਾਂ ਉਹ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਵਿੱਚ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ (ਠੋਸਾਂ ਦੇ ਬੈਂਡ ਸਿਧਾਂਤ ਬਾਰੇ ਬਾਕਸ ਦੇਖੋ) ਦੇ ਅਧਾਰ ‘ਤੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਬੈਂਡਾਂ ਵਿੱਚ ਸਮੂਹਿਤ ਹੋ ਸਕਦੇ ਹਨ।

$\mathrm{Si}$ ਅਤੇ Ge ਦੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਜਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ ‘ਤੇ, ਇਨ੍ਹਾਂ $8 N$ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਦਾ ਊਰਜਾ ਬੈਂਡ ਦੋ ਹਿੱਸਿਆਂ ਵਿੱਚ ਵੰਡਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਜੋ ਇੱਕ ਊਰਜਾ ਗੈਪ $E_{g}$ (ਚਿੱਤਰ 14.1) ਦੁਆਰਾ ਵੱਖ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਹੇਠਲਾ ਬੈਂਡ ਜੋ ਸਿਫ਼ਰ ਪੂਰਨ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ $4 N$ ਵੈਲੈਂਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੁਆਰਾ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਭਰਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ, ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਹੈ। ਦੂਜਾ ਬੈਂਡ ਜਿਸ ਵਿੱਚ $4 N$ ਊਰਜਾ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ, ਜਿਸਨੂੰ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਸਿਫ਼ਰ ਪੂਰਨ ‘ਤੇ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਖਾਲੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 14.1 $0 \mathrm{~K}$ ‘ਤੇ ਇੱਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਊਰਜਾ ਬੈਂਡ ਦੀਆਂ ਸਥਿਤੀਆਂ। ਉੱਪਰਲਾ ਬੈਂਡ, ਜਿਸਨੂੰ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਵਿੱਚ ਅਨੰਤ ਵੱਡੀ ਗਿਣਤੀ ਵਿੱਚ ਨੇੜੇ-ਨੇੜੇ ਦੀਆਂ ਊਰਜਾ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ। ਹੇਠਲਾ ਬੈਂਡ, ਜਿਸਨੂੰ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਵਿੱਚ ਨੇੜੇ-ਨੇੜੇ ਦੀਆਂ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਭਰੀਆਂ ਊਰਜਾ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ।

ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਨੀਵਾਂ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ $E_{C}$ ਵਜੋਂ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ ਅਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਉੱਚਾ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ $E_{V}$ ਵਜੋਂ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। $E_{C}$ ਦੇ ਉੱਪਰ ਅਤੇ $E_{V}$ ਦੇ ਹੇਠਾਂ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਨੇੜੇ-ਨੇੜੇ ਦੇ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ ਹਨ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 14.1 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ।

ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦੇ ਸਿਖਰ ਅਤੇ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਦੇ ਤਲ ਵਿਚਕਾਰ ਦਾ ਗੈਪ ਊਰਜਾ ਬੈਂਡ ਗੈਪ (ਊਰਜਾ ਗੈਪ $E_{q}$) ਕਹਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਪਦਾਰਥ ‘ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਵੱਡਾ, ਛੋਟਾ ਜਾਂ ਜ਼ੀਰੋ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸਥਿਤੀਆਂ, ਚਿੱਤਰ 14.2 ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਈਆਂ ਗਈਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਹੇਠਾਂ ਚਰਚਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ:

ਕੇਸ I: ਇਹ ਇੱਕ ਸਥਿਤੀ ਦਾ ਹਵਾਲਾ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 14.2(a) ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਅੰਸ਼ਕ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਭਰਿਆ ਹੋਇਆ ਹੋਵੇ ਅਤੇ ਬੈਲੇਂਸ ਬੈਂਡ ਅੰਸ਼ਕ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਖਾਲੀ ਹੋਵੇ ਜਾਂ ਜਦੋਂ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਅਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਓਵਰਲੈਪ ਹੋਣ ਤਾਂ ਕੋਈ ਧਾਤ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਓਵਰਲੈਪ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਆਸਾਨੀ ਨਾਲ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਸਥਿਤੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਲਈ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਉਪਲਬਧ ਕਰਵਾਉਂਦੀ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਅੰਸ਼ਕ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਖਾਲੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਸਦੇ ਨੀਵੇਂ ਪੱਧਰ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਉੱਚੇ ਪੱਧਰ ‘ਤੇ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ ਜਿਸ ਨਾਲ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਸੰਭਵ ਹੋ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਅਜਿਹੇ ਪਦਾਰਥਾਂ ਦਾ ਪ੍ਰਤਿਰੋਧ ਘੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜਾਂ ਚਾਲਕਤਾ ਉੱਚੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 14.2 (a) ਧਾਤਾਂ, (b) ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ ਅਤੇ (c) ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਊਰਜਾ ਬੈਂਡਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਅੰਤਰ।

ਕੇਸ II: ਇਸ ਕੇਸ ਵਿੱਚ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 14.2(b) ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਬੈਂਡ ਗੈਪ $E_{g}$ ਮੌਜੂਦ ਹੈ $\left(E_{g}>3 \mathrm{eV}\right)$। ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਕੋ