अध्याय – 14 : अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स : सामग्री, युक्तियाँ एवं सरल परिपथ
धातुओं, चालक तथा अर्धचालकों का वर्गीकरण : चालकता ,प्रतिरोधकता व ऊर्जा बैंड आरेख आधार पर Classification of Metals, Insulators and Semiconductors on the Basis of Conductivity, Resistivity and Energy Band Diagram)
धातुओं, चालक तथा अर्धचालकों का वर्गीकरण :
चालकता या प्रतिरोधकता के आधार पर :
विद्युत चालकता ($\sigma$) या प्रतिरोधकता
$\left( \rho = \dfrac{1}{\sigma} \right)$
के सापेक्ष मानों के आधार पर ठोसों को तीन वर्गों में बाँटा जाता है :
1. धातु (Metals) :
इनकी प्रतिरोधकता बहुत कम होती है (अर्थात् चालकता बहुत अधिक होती है)।
$\rho \approx 10^{-2}/$ से $10^{-8} \Omega m$
$\sigma \approx 10^{2}$ से $10^{8} \, S m^{-1}$
2. अर्धचालक (Semiconductors) :
इनकी प्रतिरोधकता और चालकता धातुओं और कुचालकों के बीच होती है।
$\rho \approx 10^{-5}$ से $10^{6} \, \Omega m$
$\sigma \approx 10^{5}$ से $10^{-6} \, S m^{-1}$
3. कुचालक (Insulators) :
इनकी प्रतिरोधकता बहुत अधिक होती है (अर्थात् चालकता बहुत कम होती है)
$\rho \approx 10^{11}$ से $10^{19} \, \Omega m$
$\sigma \approx 10^{-11}$ से $10^{-19} \, S m^{-1}$
1. ऊर्जा बैंड आरेख (Energy Band Diagrams) :-
एक ही कक्षा (orbit) के इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तर प्रदर्शित करते हैं। इन विभिन्न ऊर्जा स्तरों के समूह को ऊर्जा बैंड कहा जाता है।
संयोजक बैंड (Valence Band) :-
संयोजक इलेक्ट्रॉन (Valence Electron) कई ऊर्जा स्तरों को धारण करते हैं और एक ऊर्जा बैंड का निर्माण करते हैं जिसे संयोजक बैंड कहते हैं।
संयोजक बैंड में सर्वाधिक भरी हुई (Highest Occupied) ऊर्जा होती है।
चालकता बैंड (Conduction Band) :-
संयोजक इलेक्ट्रॉन नाभिक से कसकर बंधे नहीं होते, जिसके कारण इनमें से कुछ संयोजक इलेक्ट्रॉन बाहरी कक्षा (Outermost Orbit) को कमरे के तापमान (Room Temperature) पर छोड़ देते हैं और स्वतंत्र (Free) इलेक्ट्रॉन बन जाते हैं।
ये स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन विद्युत धारा का संचार करते हैं और इन्हें चालक इलेक्ट्रॉन (Conduction Electron) कहा जाता है।
ऊर्जा अंतराल (Energy Gap Band) :-
चालकता बैंड और संयोजक बैंड के बीच की ऊर्जा को ठोस (Solid) में ऊर्जा अंतराल (Energy Gap) कहा जाता है।
2. ऊर्जा बैंड के आधार पर :
ऊर्जा बैंड का आरेख
इलेक्ट्रॉन ऊर्जा ↑
Ec → चालक (Conduction) बैंड
Ev → संयोजक (Valence) बैंड
1. धातु (Metals) :
ऊर्जा बैंड : संयोजक बैंड और चालक बैंड आपस में ओवरलैप करते हैं।
बैंड गैप (Eg) ≈ 0 होता है।
उदाहरण : ताँबा (Cu), चाँदी (Ag), एल्युमिनियम (Al) आदि।
2. कुचालक (Insulators) :
ऊर्जा बैंड : चालक बैंड और संयोजक बैंड के बीच बहुत बड़ा अंतर (Eg > 3 eV) होता है।
चालक बैंड खाली रहता है।
उदाहरण : रबर, लकड़ी, प्लास्टिक।
3. अर्धचालक (Semiconductors) :
ऊर्जा बैंड : चालक बैंड और संयोजक बैंड के बीच छोटा अंतर (Eg < 3 eV) होता है।
थोड़ी ऊर्जा देने पर इलेक्ट्रॉन चालक बैंड में पहुँच सकते हैं।
उदाहरण : सिलिकॉन (Si), जर्मेनियम (Ge)।