N type semiconductor in hindi और p type semiconductor in hindi, working & construction का विस्तारपूर्वक वर्णन
Table of Contents
N type semiconductor definition in Hindi
Pure semiconductor की चालकता को बढ़ाने के लिए यदि शुद्ध semiconductor मे ही pentavalent impurity को मिलाकर अतिरिक्त इलेक्ट्रोन प्रदान किया जाए तो इसे N type semiconductor कहा जाता है।
P type semiconductor definition in Hindi
शुद्ध semiconductor की चालकता को बढ़ाने के लिए यदि Pure semiconductor मे ही trivalent impurity को मिलाकर अतिरिक्त holes प्रदान किया जाए इसे p type semiconductor कहा जाता है।
N type semiconductor क्या है ?
दोस्तो pure semiconductor मे यदि pentavalent impurity को मिलाया जाता है तब pure semiconductor मे अतिरिक्त इलेक्ट्रोन बनती है जिसके कारण semiconductor की चालकता बढ़ती है। यानी इस प्रकार की semiconductor मे इलेक्ट्रॉन ही majority चार्ज कैरियर होती है इसलिए इसे negative type या N type semiconductor कहा जाता है।
दोस्तो pentavalent impurity एक ऐसा पदार्थ होती है जिसकी outer shell मे 5 इलेक्ट्रोन होती है। जबकि pure semiconductor के outer shell मे 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं इसलिए जब इन दोनो पदार्थों को doping प्रक्रिया द्वारा आपस मे मिलाया जाता है तब pure semiconductor के 4 इलेक्ट्रॉन और pentavalent impurity पदार्थ के 4 इलेक्ट्रॉन के साथ bond बनाती है जबकि pentavalent impurity पदार्थ के 1 इलेक्ट्रोन अतिरिक्त बच जाती और इस प्रकार इलेक्ट्रोन majority के कारण ही इस टाइप के semiconductor को N type या negative type semiconductor कहा जाता है।
p type semiconductor क्या है ?
शुद्ध semiconductor मे यदि trivalent impurity को मिलाया जाता है तब शुद्ध semiconductor मे extra holes बनती है जिसके कारण semiconductor की चालकता बढ़ती है। यानी इस प्रकार की semiconductor मे holes ही majority चार्ज कैरियर होती है इसलिए इसे positive type या p type semiconductor कहा जाता है।
दोस्तो trivalent impurity पदार्थ के outer shell मे केवल 3 इलेक्ट्रोन होती है इसलिए जब pure semiconductor मे doping प्रक्रिया द्वारा इन दोनो पदार्थों को आपस में मिलाया जाता है तब semiconductor के 3 इलेक्ट्रॉन ही trivalent impurity पदार्थ के 3 इलेक्ट्रोन के साथ आपस में bond बनाती है इसलिए semiconductor के इस इलेक्ट्रॉन को bond बनाने के लिए ओर एक इलेक्ट्रोन की आवश्यक होती है यानी यहां इलेक्ट्रॉन की कमी होने के कारण holes बनती है और holes majority के कारण ही इस टाइप के semiconductor को positive type या p type semiconductor कहा जाता है।
N type semiconductor और p type semiconductor बनाने की जरूरत क्यूं पड़ी या महत्वपूर्ण क्यूं है।
दोस्तो pure semiconductor तापमान 0k केल्विन पर एक insulator की तरह कार्य करती है और रूम temprature पर बहुत ही low चालकता की तरह कार्य करती है। अर्थात कुल मिलाकर देखा जाए तो pure semiconductor की चालकता high temperature पर ही संभव है इसलिए ही pure semiconductor मे impurity को मिलाकर उनकी चालकता की क्षमता को बढ़ाया जाता है। अर्थात impurity को मिलाने पर यह कोई भी तापमान पर एक अच्छी चालकता का काम करती है।
दोस्तो n type semiconductor और p type semiconductor साधारण कोई भी conductor से महतवपूर्ण इसलिए है क्योंकि n type semiconductor और p type semiconductor मे चार्ज की flow का नियंत्रण करना संभव है।
यानी p type और n type semiconductor मे हम अपने उपयोग अनुसार अलग अलग स्थिति मे चार्ज को flow करवाना या चार्ज को flow नही करवाना आदि संभव हो पाता है।
अर्थात परिस्थिति अनुसार p type और n type semiconductor को हम insulator और conductor की तरह उपयोग में ला सकते हैं।
जबकि साधारण conductor मे ऐसा संभव नहीं है।
N type semiconductor in hindi, संरचना और कार्य प्रणाली का विस्तारपूर्वक थ्योरी को समझे
दोस्तो n type semiconductor बनाने के लिए pure semiconductor मे pentavalent impurity पदार्थ को मिलाया जाता है।
Pure semiconductor पदार्थ के प्रत्येक atom के outer shell मे 4 इलेक्ट्रोन होते हैं। इसलिए अगर हमे n type semiconductor बनाना हो तो ऐसा impurity पदार्थ चाहिए जिसकी atom की outer shell मे 4 से अधिक इलेक्ट्रॉन हो क्यूंकि शुद्ध semiconductor पदार्थ के outer shell के 4 इलेक्ट्रोन और impurity पदार्थ के 4 इलेक्ट्रोन तो आपस मे ही covalent bond बनाती है इसलिए अतिरिक्त इलेक्ट्रोन प्राप्त करने के लिए impurity पदार्थ के atom के outer shell मे कम से कम 5 इलेक्ट्रोन होना जरूरी है । तभी ही 4 इलेक्ट्रोन covalent bond बनाने के पश्चात अतिरिक्त इलेक्ट्रोन 1 प्राप्त होगी जिससे negative type semiconductor बनेगी।
आइए अब हम शुद्ध semiconductor silicon और pentavalent impurity पदार्थ से बनी N type semiconductor की बनावट की थोडी केमिस्ट्री और उनकी कार्य प्रणाली की चर्चा करेंगे।
शुद्ध semiconductor silicon की इलेक्ट्रॉन Configuration –
चुंकि silicon की atomic number = 14
Configuration = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² = 14 electron
1s² = 1st shell के s subshell मे 2 इलेक्ट्रोन
2s² 2p⁶ = 2nd shell के s और p , subshell मे 8 इलेक्ट्रोन
3s² 3p² = 3rd shell के s और p , subshell मे 4 इलेक्ट्रोन
अत: सिलिकॉन की valence electron या outer shell की इलेक्ट्रॉन संख्या 4 है इसलिए यह एक semiconductor है और केवल outer shell की इलेक्ट्रॉन संख्या 4 की ही आगे चर्चा की जायेगी।
अब: pentavalent impurity Arsenic पदार्थ के इलेक्ट्रॉन configuration –
Arsenic की atomic number = 33
Configuration = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³ = 33 electron
1s² = 1st shell के s subshell मे 2 इलेक्ट्रोन
2s² 2p⁶ = 2nd shell के s और p , subshell मे 8 इलेक्ट्रोन
3s² 3p⁶3d¹⁰ = 3rd shell के s , p और d , subshell मे 18 इलेक्ट्रोन
outer shell 4s² 4p³ = 4th shell के s और p subshell मे 5 इलेक्ट्रोन
अत: Arsenic (As) की valence electron या outer shell की इलेक्ट्रॉन संख्या 5 है इसलिए यह एक pentavalent impurity पदार्थ है और हम केवल outer shell की इलेक्ट्रॉन संख्या 5 की ही आगे चर्चा की जायेगी।
जैसा की नीचे डायग्राम में दिया गया है यहां Arsenic (As) impurity पदार्थ को silicon के साथ मिलाकर N type semiconductor बनाया गया है। शुद्ध semiconductor मे impurity पदार्थ को मिलाना doping प्रक्रिया कहलाता है। जितना free electron की आवश्कता है उतना impurity पदार्थ का डोपिंग किया जाता है।
जैसा की नीचे डायग्राम मे दिखाया गया है pentavalent impurity पदार्थ के outer shell के 5 इलेक्ट्रोन मे से केवल 4 इलेक्ट्रोन शुद्ध semiconductor के atom के साथ covalent bond बनाती है। इसलिए अतिरिक्त 1 इलेक्ट्रोन शेष बचती है जो bond नही बनाती है और यह अतिरिक्त इलेक्ट्रोन free होती है । इस अतिरिक्त इलेक्ट्रोन के कारण ही शुद्ध semiconductor की चालकता बढ़ जाती है। इस प्रकार के अतिरिक्त इलेक्ट्रोन के कारण ही इस तरह की semiconductor मे इलेक्ट्रॉन की majority बढ़ती है इसलिए इसे negative type यानि n type semiconductor कहा जाता है।
अब हम n type semiconductor के दो तरह की तापमान परिस्थिति एक 0केल्विन और दूसरी 27 ⁰C पर n type semiconductor की कार्य प्रणाली को समझने की कोशिश करेंगे।
आइए अब n type semiconductor को energy band थ्योरी की मदद से समझने की कोशिश करेंगे। 0K केल्विन तापमान पर n type semiconductor के Arsenic (As) impurity पदार्थ के एक atom के outer shell की 5 इलेक्ट्रॉन मे से केवल 4 इलेक्ट्रोन ही , silicon के एक atom की outer shell के 4 इलेक्ट्रोन के साथ covalent bond बनाती है ।
इसलिए यह सभी इलेक्ट्रॉन valence band मे होती है। जबकि 0 केल्विन तापमान पर Arsenic (As) impurity पदार्थ के शेष 1 अतिरिक्त इलेक्ट्रोन conduction band के बहुत करीब होती है यानी यह donor level मे होती है। अब तक हम Arsenic (As) impurity के केवल एक atom की बात कर रहे थे लेकिन Arsenic (As) impurity के एक से अधिक atom होगी इसलिए donor level मे या conduction band के करीब भी बहुत सारी अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होगी और उसी तरह 0केल्विन तापमान पर silicon पदार्थ के भी बहुत सारे atom के बहुत सारे इलेक्ट्रोन आपस में covalent bond बनाती है जो valence band मे होती है।
अब चुंकि Arsenic (As) impurity के donor level वाली अतिरिक्त इलेक्ट्रोन conduction band के बहुत ही करीब होती है इसलिए इन सभी अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को यदि थोड़ी energy मिल जाये या रूम tempreature (27⁰C) मिल जाये तो conduction मे चली जायेगी और यहां इलेक्ट्रॉन पूरी तरह free हो जायेगी यानी कही भी move कर सकती है जिसे हम free electron भी कहते हैं ।
रूम tempreature (27⁰C) पर दोनो पदार्थों के इलेक्ट्रोनो के बीच का कुछ covalent bond टूटती है और टूटने के बाद valence band के बहुत ही कम इलेक्ट्रॉन conduction band मे चल जाती और valence band के जिस जगह को इलेक्ट्रॉन छोड़ती है वहां holes बन जाती है जो बहुत कम होती है।
लेकिन रूम tempreature (27⁰C) पर Arsenic (As) impurity के donor level वाली सभी अतिरिक्त इलेक्ट्रोन conduction band मे चली जायेगी जबकि valence band से बहुत कम इलेक्ट्रॉन ही conduction band मे जाति है। इस तरह रूम tempreature (27⁰C) पर conduction band मे free इलेक्ट्रोन की majority होने के कारण ही इस प्रकार की semiconductor को negative type semiconductor कहा जाता है और n type semiconductor मे इस free electron के कारण ही इलेक्ट्रिक करेंट उत्पन्न होती है।
P type semiconductor in hindi, संरचना और कार्य प्रणाली का विस्तारपूर्वक थ्योरी को समझे
दोस्तो P type semiconductor बनाने के लिए शुद्ध semiconductor मे trivalent impurity को मिलाया जाता है।
शुद्ध semiconductor पदार्थ के प्रत्येक atom के outer shell मे 4 इलेक्ट्रोन होते हैं। इसलिए अगर हमे p type semiconductor बनाना हो तो ऐसा impurity पदार्थ चाहिए जिसकी atom की outer shell मे 3
अब हम pure semiconductor silicon और trivalent impurity पदार्थ से बनी P type semiconductor की संरचना की केमिस्ट्री और उनकी कार्य प्रणाली की चर्चा करेंगे।
Pure semiconductor silicon की इलेक्ट्रॉन Configuration –
अब: चुंकि silicon की atomic number = 14
इसलिए Configuration = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² = 14 इलेक्ट्रोन
अब इनकी 3rd outer shell यानि 3s² 3p² की इलेक्ट्रॉन संख्या 4 की ही आगे चर्चा की जायेगी।
अब: trivalent impurity Aluminium पदार्थ के इलेक्ट्रॉन configuration –
अब: चुंकि Aluminium की atomic number = 13
इसलिए Configuration – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1= 13 electron
1s² = 1st shell के s subshell मे 2 इलेक्ट्रोन
2s² 2p⁶ = 2nd shell के s और p , subshell मे 8 इलेक्ट्रोन
3s² 3p1 = 3rd shell के s और p subshell मे केवल 3 इलेक्ट्रोन है
अब इनकी 3rd outer shell यानि 3s² 3p¹ की इलेक्ट्रॉन संख्या 3 की ही आगे चर्चा की जायेगी।
यहां aluminium (Al) impurity पदार्थ को silicon के साथ मिलाकर P type semiconductor बनाया गया है। Pure semiconductor मे impurity पदार्थ को मिलाना doping कहलाता है। जितना holes की आवश्कता है उतना impurity पदार्थ का doping करवाया जाता है।
जैसा नीचे डायग्राम मे दिखाया गया है trivalent impurity पदार्थ के outer shell के 3 इलेक्ट्रोन शुद्ध semiconductor के atom के साथ covalent bond बनाती है। इसलिए अतिरिक्त 1 hole शेष बचती जिसमे इलेक्ट्रॉन नही होती है । इस अतिरिक्त hole के कारण ही शुद्ध semiconductor की चालकता बढ़ जाती है। इस प्रकार के अतिरिक्त holes के कारण ही इस तरह की semiconductor मे holes की majority बढ़ती है इसलिए इसे positive type यानि p type semiconductor कहा जाता है।
अब p type semiconductor के दो तरह की तापमान परिस्थिति एक 0K दूसरी 27 ⁰C पर positive type semiconductor की कार्य प्रणाली को समझने की कोशिश करेंगे।
आइए अब p type semiconductor को energy band थ्योरी की मदद से समझने की कोशिश करेंगे। 0K तापमान पर p type semiconductor के Aluminium (Al) impurity पदार्थ के एक atom के outer shell की 3 इलेक्ट्रोन ही , silicon के एक atom की outer shell के 4 इलेक्ट्रोन मे से केवल 3 इलेक्ट्रोन के साथ covalent bond बनाती है ।
अत: covalent bond के सभी इलेक्ट्रॉन valence band मे होती है। जबकि 0 K तापमान पर Aluminium (Al) impurity पदार्थ के प्रत्येक atom की शेष 1 hole valence band के बहुत करीब होती है यानी यह acceptor level मे होती है। अब तक aluminium (Al) impurity के केवल एक atom की बाते किया जा रहा था लेकिन चुंकि Aluminium (Al) impurity के एक से अधिक atom होगी इसलिए acceptor level मे या valence band के करीब भी बहुत सारी holes होगी और उसी तरह 0 K तापमान पर silicon पदार्थ के सारे atom के सभी इलेक्ट्रोन आपस में covalent bond बनाती है जो valence band मे ही होती है।
चुंकि Aluminium (Al) impurity के acceptor level वाली holes valence band के बहुत ही करीब होती है इसलिए valence band के इलेक्ट्रॉन को यदि थोड़ी energy मिल जाये यानि रूम tempreature (27⁰C) मिल जाये तो acceptor level के holes मे चली जायेगी और अब valence band के इलेक्ट्रॉन जिस जगह को छोड़ी है वहां holes बनेगी ।
रूम tempreature (27⁰C) पर दोनो पदार्थों के इलेक्ट्रोनो के बीच का कुछ covalent bond टूटती है और टूटने के बाद valence band के बहुत ही कम इलेक्ट्रॉन conduction band मे जा पाती है ।valence band के जिस जगह को इलेक्ट्रॉन छोड़ती है वहां holes बनती है । लेकिन रूम tempreature (27⁰C) पर aluminium (Al) impurity के acceptor level वाली सभी holes पर valence इलेक्ट्रोन चली जायेगी ।
अब सभी holes मे इलेक्ट्रॉन चल जायेगी क्यूंकि holes तक जाने मे valence band के इलेक्ट्रोन को कम energy की जरुरत होती है जबकि valence band से conduction band मे जाने के लिए इलेक्ट्रॉन को बहुत अधिक energy की जरूरत होती है इसलिए conduction band मे बहुत कम इलेक्ट्रॉन जाति है। इस तरह रूम tempreature (27⁰C) पर holes की majority होने के कारण ही इस प्रकार की semiconductor को positive type semiconductor कहा जाता है और p type semiconductor मे इस holes के कारण ही इलेक्ट्रिक करेंट उत्पन्न होती है।