What is semiconductor in hindi,अर्धचालक कैसे काम करती है ?

What is semiconductor in hindi,अर्धचालक कैसे काम करती है

Semiconductor meaning in hindi

Semiconductor = अर्धचालक

Semiconductor = आधा चालक

Semiconductor = conductor और insulator के बीच वाला । यानी इसे हम conductor मे भी बदल सकते हैं और insulator मे भी।

Semiconductor definition in Hindi

अर्धचालक (semiconductor) एक ऐसी पदार्थ होती है जिसकी चालकता और कुचालक की गुण पदार्थ की तापमान और अशुद्धि (impurities) पर निर्भर करती है। उसे अर्धचालक कहा जाता है।

Semiconductor क्या है ?

Semiconductor एक ऐसी पदार्थ होती है जिसकी तापमान को यदि बढ़ाया जाए तो वह एक चालक की तरह कार्य करती है और यदि पदार्थ की तापमान को घटाया जाए तो यह एक कुचालक की तरह कार्य करती है । यदि Semiconductor मे कुछ अशुद्धि (impurities ) को मिलाया जाए तो अर्धचालक को conductor बनाया जा सकता है। इसलिए इसे अर्धचालक कहा जाता है। जैसे – सिलिकॉन , जर्मेनियम मेटल इत्यादि ।

Semiconductor बनने का कारण क्या है ?

वैसे पदार्थ जिसकी atom के last shell मे केवल 4 इलेक्ट्रोन हो ऐसी पदार्थ के सभी atom की valence band और conduction band की forbidden energy gap बहुत कम होती है Semiconductor कहा जाता है।

Semiconductor को अच्छी तरह समझने के लिए हमे conductor और insulator को भी समझना होगा। आइए आगे देखे

Forbidden energy gap से हम पदार्थों को conductor , semiconductor और insulator मे बांट सकते हैं। जैसे –

Insulator मे valence band और conduction band की forbidden energy gap बहुत ही अधिक होती है। इसलिए साधारण अवस्था में insulator पदार्थ के सभी atom की last shell वाली इलेक्ट्रॉन valence band मे ही होती है और जैसा की हमसब जानते हैं की valence band की इलेक्ट्रॉन free electron नही होती है एवं जबकि पदार्थों को चालक होने के लिए free electron होना जरूरी है इसलिए इस तरह की पदार्थ insulator कहलाती है।

यदि electron, conduction band मे हो तब conduction band वाली इलेक्ट्रिक ही free electron कहलाती है।

Conductor मे valence band और conduction band की forbidden energy gap नही होती है बल्कि valence band और conduction band एक दूसरे पर overlap होती है इसलिए साधारण अवस्था मे भी ऐसी पदार्थों के सभी atom की outer shell की इलेक्ट्रॉन conduction band मे होती है इसलिए यह इलेक्ट्रॉन free होती है जिसे free electron कहा जाता है। Conduction band की free electron के कारण ही इस पदार्थ मे चालकता की गुण होती है।

जबकि semiconductor पदार्थ मे forbidden energy gap , insulator पदार्थ की तुलना में बहुत कम होती है। semiconductor पदार्थ के सभी atom की last shell वाली इलेक्ट्रॉन साधारण अवस्था मे valence band मे ही होती है इसलिए इस अवस्था में यह पदार्थ एक insulator की तरह कार्य करती है।

लेकिन जैसे semiconductor वाली पदार्थ की तापमान को बढ़ाया जाता है तब valence band मे अवस्थित इलेक्ट्रॉन की उर्जा बढ़ने लकती है इसलिए valence band की इलेक्ट्रॉन conduction band मे आ जाति है क्यूंकि valence electron की तापमान बढ़ाने पर इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा मिलती है और इलेक्ट्रॉन इस ऊर्जा के कारण valence band से conduction मे आ जाति है एवं valence band और conduction की forbidden energy gap भी बहुत कम होती है।

इसलिए इलेक्ट्रॉन को थोड़ी ऊर्जा मिलने पर conduction band मे जा पाती है और जैसा की हमसभी को पता है conduction band मे आने के बाद इलेक्ट्रॉन free हो जाती है जिसे free electron कहा जाता है यह इलेक्ट्रॉन कही भी move कर सकती है। इसी free electron के कारण यह semiconductor अब एक conductor की तरह कार्य करेगी।

Special properties of semiconductor in hindi

1. Semiconductor की प्रतिरोधकता conductor से अधिक होती है लेकिन insulator से कम होती है।
2. 0 केल्विन तापमान पर semiconductor एक insulator की तरह कार्य करती है।
3. 27⁰C से अधिक तापमान पर semiconductor एक conductor की तरह कार्य करती है।
4. Semiconductor की चालकता को बढ़ाने के लिए impurities डाला जता है जिसे doping करना कहा जाता है।
5. Semiconductor की चालकता तापमान बढ़ाने पर बढ़ती है।

अर्धचालक के उपयोग और Semiconductor के उदाहरण

Semiconductor का उपयोग इलेक्ट्रिक device मे

1. pn junction diode & other diode
2. Transistor
3. Logic gate
4. Integrated circuit ( IC )
5. CPU
6. Memory
7. Monitor
8. Keyword
9. Mouse
10. Processor
11. Mobile phones
12. Televisions
13. LED bulbs
14. refrigerators
15. Washing machine

semiconductor का उदाहरण materials के रूप में

1. silicon
2. germanium
3. gallium arsenide

Semiconductor कितने प्रकार के होते हैं?

1. Intrinsic Semiconductor
2. Extrinsic Semiconductor
   • P-type semiconductor.
   • N-type semiconductor

Intrinsic semiconductor in hindi विस्तारपूर्वक इनकी theory को समझे

Intrinsic semiconductor की विस्तारपूर्वक थ्योरी निचे दी गई है।

Intrinsic semiconductor क्या है या शुद्ध अर्धचालक क्या है ?

प्रकृति रूप मे पाई जाने वाली semiconductor को ही शुद्ध अर्धचालक या Intrinsic semiconductor कहा जाता है। इस प्रकार की अर्धचालक मे चालकता के लिए extra impurity नही डाला जाता है। जैसे · Silicon , Germanium

Intrinsic semiconductor कैसे काम करती है ? Intrinsic semiconducto मे Generation current और Recombination current कैसे बनती है?

वैसे हमसब जानते हैं की जिस पदार्थ के last shell की इलेक्ट्रोनो की संख्या 4 होती है तब यह semiconductor होती है। आइए देखे

Silicon के इलेक्ट्रोन की configuration –
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 outer shell की इलेक्ट्रॉन संख्या 4 की ही आगे चर्चा की जायेगी।

Germanium के इलेक्ट्रोन की configuration –
Germanium की atomic number = 32

Configuration = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p² = 32 electron

1s² = 1st shell के s subshell मे 2 इलेक्ट्रोन

2s² 2p⁶ = 2nd shell के s और p , subshell मे 8 इलेक्ट्रोन

3s² 3p⁶ 3d¹⁰ = 3rd shell के s , p और d , subshell मे 18 इलेक्ट्रोन

4s² 4p² = last 4th shell के s और p , subshell मे 4 इलेक्ट्रोन है।

अत: Germanium की valence electron या outer shell की इलेक्ट्रॉन 4 है इसलिए यह एक semiconductor है और outer shell की इलेक्ट्रॉन संख्या 4 की ही आगे चर्चा की जायेगी।

Silicon , Germanium या कोई भी semiconductor के सभी atom की last shell मे 4 इलेक्ट्रॉन होती है जिसे valence electron भी कहा जाता है।

साधारण अवस्था मे या 0K तापमान पर semiconductor एक insulator की तरह कार्य करती है क्यूंकि 0K तापमान पर अर्धचालक पदार्थ के atom की last shell वाली इलेक्ट्रॉन केवल valence band मे होती है और यह covalent bond बनाती है जैसा उपर के डायग्राम में दिया गया है। Valence band की इलेक्ट्रॉन न्यूलियस के साथ अच्छी तरह बंधी होती है इसलिए यह free electron नही होती है। Valence band के इलेक्ट्रोन की energy कम होती है इसलिए conduction band मे नही जा पाती है और जैसा हम सब जानते हैं की केवल conduction band वाली इलेक्ट्रॉन ही free electron होती है एवं इसके कारण ही पदार्थ एक चालक की तरह कार्य करती है।

जबकि semiconductor मे 0K तापमान पर free electron नही होती है यानी सभी इलेक्ट्रॉन valence band मे ही होती है इसलिए इस अवस्था मे semiconductor एक insulator की तरह कार्य करेगी।

Semiconductor पदार्थ की forbidden energy gap बहुत कम होती है जैसे सिलिकॉन की 1.1 ev होती है इसलिए यदि Semiconductor पदार्थ की तापमान को बढ़ाया जाए तो heat energy के कारण इलेक्ट्रॉन की energy बढ़ेगी जिससे इलेक्ट्रोनो के बीच covalent bond टूटेगी परिणामस्वरूप valence band की इलेक्ट्रॉन conduction band मे जायेगी और यहां इलेक्ट्रॉन free हो जायेगी जिसे free electron कहेंगे और इसी free इलेक्ट्रॉन के कारण ही पदार्थ चालक बनती है या जिसमे इलेक्ट्रिक करेंट प्रवाहित होती है। अत: अब semiconductor पदार्थ एक चालक की तरह कार्य करेगी।

माना semiconductor पदार्थ को हम 27 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करते है यानी रूम Temperature तक तापमान बढ़ाते हैं तब जा के semiconductor पदार्थ के बहुत सारे atom मे से 10²⁸ atom के केवल एक covalent bond टूटेगी यानी सभी atom मे से कुछ ही covalent bond टूटेगी अर्थात रूम Temperature मे भी यह अच्छी चालकता नही बनेगी।

जैसा की डायग्राम में दिया हुआ है 27 ⁰c तापमान पर इस पदार्थ के 10²⁸ atom मे से एक covalent टूटने पर पूरे पदार्थ के atom मे से कुछ covalent bond टूटेंगे। इलेक्ट्रोनो के बीच covalent bond टूटने कारण कुछ इलेक्ट्रॉन valence band से conduction band मे चली जाति है क्यूंकि heat energy के कारण इलेक्ट्रॉन को conduction band मे जाने योग्य कुछ ऊर्जा प्राप्त करती है और जहां छोड़ती है वहां holes बन जाती है और इलेक्ट्रॉन की कमी से holes positive चार्ज बनती है। Free electron और holes की बनने की प्रक्रिया को generation कहा जाता है। इस प्रकार की generated free इलेक्ट्रोन और holes को thermally generated excess कैरियर कहा जाता है।

जितनी इलेक्ट्रॉन conduction band मे जाति है उतनी ही valence band मे holes बनती है।

अर्थात free इलेक्ट्रोन जीतना generate होती है उतना ही holes भी generate होगी है । क्यूंकि इलेक्ट्रोन की खाली होने से ही holes बन रही है ।

conduction band मे जाने वाली इलेक्ट्रॉन को excess इलेक्ट्रोन कहा जाता है और valence band वाली holes को excess holes कहा जाता है या दोनो को excess कैरियर कहा जाता है। इसे thermally generated excess कैरियर भी कहा जाता है। क्यूंकि यह तापमान के बढ़ने के कारण उत्पन्न excess कैरियर है।

तापमान के बढ़ने के कारण valence band इलेक्ट्रोन को energy मिलती है इसलिए यह valence band से conduction band मे चली जाति है और यहां free इलेक्ट्रोन की तरह कार्य करती है इसलिए इसे generation कहा जाता है या excess कैरियर कहा जाता है लेकिन कुछ समय पश्चात यदि conduction band की free इलेक्ट्रॉन अपनी energy को loss कर देती है तब फिर से ये free electron , conduction band को छोड़कर valence band की holes के साथ मिल जाती है तो इस प्रक्रिया को recombination कहा जाता है।

यदि 5 इलेक्ट्रोन 5 holes के साथ मिल जाती है तब उसे 5 इलेक्ट्रोन का recombination और 5 holes का recombination कहा जाता है। इलेक्ट्रोन का recombination ( R_n ) , holes के recombination (R_p ) के बराबर होती है क्यूंकि इलेक्ट्रोन का recombination holes के साथ चिपकने से होती है। ( n = electron , p = holes , R= recombination)

इसलिए R_n = R_p = R_T

( R _T = Total recombination)

उसी तरह इलेक्ट्रोन का generation ( gn ) holes के generation ( g_p ) के बराबर होती है क्यूंकि holes का generation , free इलेक्ट्रोन के generation से होता है। क्यूंकि इलेक्ट्रोन जिस valence band को छोड़ती है वहां इलेक्ट्रॉन की कमी से holes बनती है या positive चार्ज बनती है। । ( n = electron , p = holes , g= generation )

इसलिए , g_n= g_p = g_T

( g_T = Total generation)

अत : जितने इलेक्ट्रॉन generate होती है उतनी ही इलेक्ट्रॉन recombination भी होती है अत इलेक्ट्रोन और holes का Total generation और Total recombination बराबर होती है तो उसे Thermally equilibrium कहा जाता है।

अर्थात R _T = g_T

अब: excess electron per unit volume = S_n

excess holes per unit volume = S_n

जितने time period के लिए free इलेक्ट्रोन conduction band मे free होती है उसे इलेक्ट्रॉन का lifetime कहा जाता है और जितने समय के लिए hole , valence band मे free होती है उसे holes का lifetime कहा जाता है।

अर्थात इलेक्ट्रॉन या hole का generation से लेकर recombination तक के समय को इलेक्ट्रॉन और holes का life time कहा जाता ।

एक semiconductor के प्रत्येक इलेक्ट्रोन का अपना अपना lifetime होता है इसलिए यदि semiconductor के सारे इलेक्ट्रॉन का life time को निकाल करके उसका average निकाला जाए तो उसे mean life time कहा जाता है जिसे (τ_n ) से प्रदर्शित किया जाता है। इलेक्ट्रोन का mean life time (τ_n )और holes का mean life time (τ_p )अलग अलग भी हो सकता है।

अब : इलेक्ट्रोन का generation rate ( R_N ) = S_n (excess electron per unit volume) / τ_n

Holes का generation rate ( R_p ) = S_p (excess electron per unit volume) / τ_p

Semiconductor के जेनरेट free इलेक्ट्रोन और holes को excess कैरियर कहा जाता है।

इसलिए semiconductor मे total excess कैरियर = (excess electron per unit volume) S_n × semiconductor ब्लॉक का volume ।

अब semiconductor के total excess कैरियर का चार्ज (Q) = Total excess कैरियर × e (एक इलेक्ट्रोन की चार्ज)

इसलिए generation current = total चार्ज (Q) / mean life time of electron ( τ_n )

OR, Generation current = generation rate × Volume of semiconductor × e ( एक इलेक्ट्रोन का चार्ज)

चुंकि Generation rate = excess कैरियर per unit volume / mean life time of excess कैरियर

और Recombination rate = excess कैरियर per unit volume / mean life time of excess कैरियर

इसी प्रकार, Recombination current = recombination rate × Volume of semiconductor × e ( एक इलेक्ट्रोन का चार्ज)