अर्धसंवाहक म्हणजे काय

विजेच्या वाहकांबरोबरच, निसर्गात असे अनेक पदार्थ आहेत ज्यांची विद्युत चालकता मेटल कंडक्टरपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी आहे. या प्रकारच्या पदार्थांना अर्धसंवाहक म्हणतात.

सेमीकंडक्टरमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश होतो: सेलेनियम, सिलिकॉन आणि जर्मेनियम, सल्फर संयुगे जसे की थॅलियम सल्फाइड, कॅडमियम सल्फाइड, सिल्व्हर सल्फाइड, कार्बाइड्स जसे की कार्बोरंडम, कार्बन (डायमंड), बोरॉन, टिन, फॉस्फरस, अँटीमनी, आर्सेनिक, टेल्युरियम, आयोडीन , आणि एक संख्या संयुगे ज्यात मेंडेलीव्ह प्रणालीच्या 4 - 7 गटातील किमान एक घटक समाविष्ट आहे. सेंद्रिय सेमीकंडक्टर देखील आहेत.

सेमीकंडक्टरच्या विद्युत चालकतेचे स्वरूप सेमीकंडक्टरच्या मूळ सामग्रीमध्ये असलेल्या अशुद्धतेच्या प्रकारावर आणि त्याच्या घटक भागांच्या उत्पादन तंत्रज्ञानावर अवलंबून असते.

सेमीकंडक्टर — सह पदार्थ विद्युत चालकता 10-10 — 104 (ohm x cm)-1 कंडक्टर आणि इन्सुलेटर दरम्यान या गुणधर्मांद्वारे स्थित आहे.बँड सिद्धांतानुसार कंडक्टर, सेमीकंडक्टर आणि इन्सुलेटरमधील फरक खालीलप्रमाणे आहे: शुद्ध सेमीकंडक्टर आणि इलेक्ट्रॉनिक इन्सुलेटरमध्ये भरलेला (व्हॅलेन्स) बँड आणि वहन बँड यांच्यामध्ये निषिद्ध ऊर्जा बँड असतो.

सेमीकंडक्टर विद्युत प्रवाह का चालवतात

सेमीकंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रॉनिक चालकता असते जर त्याच्या अशुद्ध अणूंमधील बाह्य इलेक्ट्रॉन त्या अणूंच्या केंद्रकांशी तुलनेने कमकुवतपणे बांधलेले असतात. जर या प्रकारच्या सेमीकंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रिक फील्ड तयार केले असेल तर या फील्डच्या शक्तींच्या प्रभावाखाली सेमीकंडक्टरच्या अशुद्ध अणूंचे बाह्य इलेक्ट्रॉन त्यांच्या अणूंच्या सीमा सोडतील आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन बनतील.

मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्रीय शक्तींच्या प्रभावाखाली अर्धसंवाहक मध्ये विद्युत वहन करंट तयार करतील. म्हणून, विद्युतीय वाहक अर्धसंवाहकांमध्ये विद्युत प्रवाहाचे स्वरूप धातू वाहकांप्रमाणेच असते. परंतु धातूच्या कंडक्टरच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूमपेक्षा सेमीकंडक्टरच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूमच्या तुलनेत अनेक पटींनी कमी मुक्त इलेक्ट्रॉन असल्याने, इतर सर्व परिस्थिती समान असल्याने, सेमीकंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाह धातूपेक्षा अनेक पटीने लहान असेल हे स्वाभाविक आहे. कंडक्टर

सेमीकंडक्टरमध्ये "छिद्र" चालकता असते जर त्याच्या अशुद्धतेचे अणू केवळ त्यांचे बाह्य इलेक्ट्रॉन सोडत नाहीत, तर त्याउलट, सेमीकंडक्टरच्या मुख्य पदार्थाच्या अणूंचे इलेक्ट्रॉन कॅप्चर करतात. जर अशुद्धता अणू मुख्य पदार्थाच्या अणूपासून इलेक्ट्रॉन काढून घेतो, तर नंतरच्या काळात इलेक्ट्रॉनसाठी एक प्रकारची मोकळी जागा तयार होते - एक "छिद्र".

इलेक्ट्रॉन गमावलेल्या अर्धसंवाहक अणूला "इलेक्ट्रॉन होल" किंवा फक्त "छिद्र" म्हणतात.जर "भोक" शेजारच्या अणूमधून हस्तांतरित केलेल्या इलेक्ट्रॉनने भरला असेल, तर तो काढून टाकला जातो आणि अणू विद्युतदृष्ट्या तटस्थ बनतो आणि "भोक" शेजारच्या अणूकडे जातो ज्याने इलेक्ट्रॉन गमावला आहे. म्हणून, जर विद्युत क्षेत्र "छिद्र" वहन असलेल्या सेमीकंडक्टरवर लागू केले तर, "इलेक्ट्रॉन छिद्रे" या क्षेत्राच्या दिशेने फिरतील.

इलेक्ट्रिक फील्डच्या क्रियेच्या दिशेने "इलेक्ट्रॉन होल" चे पूर्वाग्रह हे फील्डमधील सकारात्मक विद्युत शुल्काच्या हालचालीसारखेच असते आणि म्हणूनच सेमीकंडक्टरमध्ये विद्युत प्रवाहाची घटना असते.

सेमीकंडक्टर त्यांच्या विद्युत चालकतेच्या यंत्रणेनुसार काटेकोरपणे वेगळे केले जाऊ शकत नाहीत, कारण "होल" चालकतेसह, या सेमीकंडक्टरमध्ये एक किंवा दुसर्या अंशापर्यंत इलेक्ट्रॉनिक चालकता असू शकते.

सेमीकंडक्टर द्वारे दर्शविले जातात:

• चालकता प्रकार (इलेक्ट्रॉनिक - n-प्रकार, भोक -p -प्रकार);

• प्रतिकार

• चार्ज वाहक आजीवन (अल्पसंख्याक) किंवा प्रसार लांबी, पृष्ठभाग पुनर्संयोजन दर;

• अव्यवस्था घनता.

हे देखील पहा: सेमीकंडक्टरची वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्ये सिलिकॉन ही सर्वात सामान्य अर्धसंवाहक सामग्री आहे

तापमानात असे प्राणी असतात जे अर्धसंवाहकांच्या वैशिष्ट्यांवर परिणाम करतात. त्याच्या वाढीमुळे प्रामुख्याने प्रतिकारशक्ती कमी होते आणि त्याउलट, म्हणजे. अर्धसंवाहक नकारात्मक उपस्थिती द्वारे दर्शविले जातात प्रतिरोधक तापमान गुणांक… निरपेक्ष शून्याजवळ, सेमीकंडक्टर एक इन्सुलेटर बनतो.

अनेक उपकरणे अर्धसंवाहकांवर आधारित असतात. बहुतेक प्रकरणांमध्ये, ते एकल क्रिस्टल्सच्या स्वरूपात मिळणे आवश्यक आहे.इच्छित गुणधर्म देण्यासाठी, अर्धसंवाहक विविध अशुद्धतेसह डोप केले जातात. सुरुवातीच्या सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या शुद्धतेवर वाढीव आवश्यकता लादल्या जातात.

सेमीकंडक्टर उपकरणे

सेमीकंडक्टर उष्णता उपचार

सेमीकंडक्टरचे उष्णतेचे उपचार - सेमीकंडक्टरचे इलेक्ट्रोफिजिकल गुणधर्म बदलण्यासाठी दिलेल्या प्रोग्रामनुसार गरम करणे आणि थंड करणे.

बदल: क्रिस्टल बदल, विस्थापन घनता, रिक्त पदांची एकाग्रता किंवा संरचनात्मक दोष, चालकतेचा प्रकार, एकाग्रता, गतिशीलता आणि चार्ज वाहकांचे आजीवन. शेवटचे चार, याव्यतिरिक्त, अशुद्धता आणि संरचनात्मक दोषांच्या परस्परसंवादाशी किंवा क्रिस्टल्सच्या मोठ्या प्रमाणात अशुद्धतेच्या प्रसाराशी संबंधित असू शकतात.

जर्मेनियमचे नमुने 550 डिग्री सेल्सिअसपेक्षा जास्त तापमानात गरम केल्याने जलद थंडीमुळे थर्मल स्वीकारणारे तापमान जितके जास्त असेल तितके जास्त सांद्रता दिसून येते. त्याच तपमानावर त्यानंतरचे एनीलिंग प्रारंभिक प्रतिकार पुनर्संचयित करते.

या घटनेची संभाव्य यंत्रणा म्हणजे जर्मेनियम जाळीमध्ये तांबे विरघळणे जे पृष्ठभागावरून पसरते किंवा पूर्वी विस्थापनांवर जमा होते. स्लो अॅनिलिंगमुळे तांबे संरचनात्मक दोषांवर जमा होतात आणि जाळीतून बाहेर पडतात. जलद कूलिंग दरम्यान नवीन संरचनात्मक दोष दिसणे देखील शक्य आहे. दोन्ही यंत्रणा आयुष्यभर कमी करू शकतात, जी प्रायोगिकरित्या स्थापित केली गेली आहे.

सिलिकॉनमध्ये 350 - 500 ° तापमानात, थर्मल दातांची निर्मिती जास्त प्रमाणात होते, क्रिस्टल वाढीदरम्यान सिलिकॉनमध्ये अधिक ऑक्सिजन विरघळला जातो. उच्च तापमानात, उष्णता दाता नष्ट होतात.

700 - 1300 ° या श्रेणीतील तापमानाला गरम केल्याने अल्पसंख्याक चार्ज वाहकांचे आयुष्य झपाट्याने कमी होते (> 1000 ° वर निर्णायक भूमिका पृष्ठभागावरील अशुद्धतेच्या प्रसाराद्वारे खेळली जाते). सिलिकॉन 1000-1300 ° वर गरम केल्याने प्रकाशाचे ऑप्टिकल शोषण आणि विखुरणे प्रभावित होते.

सेमीकंडक्टरचा वापर

आधुनिक तंत्रज्ञानामध्ये, अर्धसंवाहकांना सर्वात विस्तृत अनुप्रयोग सापडला आहे; त्यांचा तांत्रिक प्रगतीवर खूप मजबूत प्रभाव पडला आहे. त्यांना धन्यवाद, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे वजन आणि परिमाण लक्षणीयरीत्या कमी करणे शक्य आहे. इलेक्ट्रॉनिक्सच्या सर्व क्षेत्रांच्या विकासामुळे सेमीकंडक्टर उपकरणांवर आधारित मोठ्या संख्येने वैविध्यपूर्ण उपकरणांची निर्मिती आणि सुधारणा होते. सेमीकंडक्टर उपकरणे मायक्रोसेल, मायक्रोमॉड्यूल्स, हार्ड सर्किट इत्यादींसाठी आधार म्हणून काम करतात.

सेमीकंडक्टर उपकरणांवर आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे व्यावहारिकदृष्ट्या जडत्वहीन असतात. काळजीपूर्वक बांधलेले आणि चांगले सील केलेले अर्धसंवाहक उपकरण हजारो तास टिकू शकते. तथापि, काही सेमीकंडक्टर सामग्रीमध्ये तापमान मर्यादा कमी असते (उदाहरणार्थ, जर्मेनियम), परंतु फार कठीण तापमान भरपाई किंवा डिव्हाइसच्या मूळ सामग्रीची दुसर्यासह बदली (उदाहरणार्थ, सिलिकॉन, सिलिकॉन कार्बाइड) ही कमतरता मोठ्या प्रमाणात दूर करते. सुधारणा सेमीकंडक्टर उपकरण निर्मिती तंत्रज्ञानाचा परिणाम अजूनही विद्यमान पॅरामीटर फैलाव आणि अस्थिरता कमी होतो.

इलेक्ट्रॉनिक्स मध्ये सेमीकंडक्टर

सेमीकंडक्टर-मेटल संपर्क आणि सेमीकंडक्टरमध्ये तयार केलेले इलेक्ट्रॉन-होल जंक्शन (n-p जंक्शन) अर्धसंवाहक डायोडच्या निर्मितीमध्ये वापरले जातात.दुहेरी जंक्शन (p-n-p किंवा n-R-n) — ट्रान्झिस्टर आणि थायरिस्टर्स. ही उपकरणे प्रामुख्याने विद्युत सिग्नल दुरुस्त करण्यासाठी, निर्माण करण्यासाठी आणि वाढवण्यासाठी वापरली जातात.

सेमीकंडक्टरचे फोटोइलेक्ट्रिक गुणधर्म फोटोरेसिस्टर, फोटोडायोड्स आणि फोटोट्रान्सिस्टर्स तयार करण्यासाठी वापरले जातात. सेमीकंडक्टर दोलनांच्या ऑसीलेटर्सचा (अ‍ॅम्प्लीफायर्स) सक्रिय भाग म्हणून काम करतो सेमीकंडक्टर लेसर… जेव्हा विद्युत प्रवाह पुढे दिशेने pn जंक्शनमधून जातो तेव्हा चार्ज वाहक-इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रे-फोटॉनच्या उत्सर्जनासह पुन्हा एकत्र होतात, ज्याचा वापर LEDs तयार करण्यासाठी केला जातो.

LEDs

सेमीकंडक्टरच्या थर्मोइलेक्ट्रिक गुणधर्मांमुळे सेमीकंडक्टर थर्मोइलेक्ट्रिक प्रतिरोधक, सेमीकंडक्टर थर्मोइलेक्ट्रिक्स, थर्मोकूपल्स आणि थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर आणि पेल्टियर प्रभावावर आधारित सेमीकंडक्टरचे थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग - थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर्स आणि थर्मोस्टेबिलायझर्स तयार करणे शक्य झाले.

सेमीकंडक्टरचा वापर यांत्रिक उष्णता आणि सौर ऊर्जा कन्व्हर्टरमध्ये इलेक्ट्रिकल - थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर आणि फोटोइलेक्ट्रिक कन्व्हर्टर (सौर पेशी) मध्ये केला जातो.

सेमीकंडक्टरवर लागू केलेल्या यांत्रिक ताणामुळे त्याचा विद्युत प्रतिकार बदलतो (धातूंपेक्षा प्रभाव अधिक मजबूत असतो), जो अर्धसंवाहक स्ट्रेन गेजचा आधार असतो.

सेमीकंडक्टर उपकरणे जागतिक व्यवहारात व्यापक बनली आहेत, इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये क्रांती घडवून आणतात, ते विकास आणि उत्पादनासाठी आधार म्हणून काम करतात:

• मोजण्याचे उपकरण, संगणक,

• सर्व प्रकारच्या दळणवळण आणि वाहतुकीसाठी उपकरणे,

• औद्योगिक प्रक्रिया ऑटोमेशनसाठी,

• संशोधन उपकरणे,

• रॉकेट

• वैद्यकीय उपकरणे

• इतर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि उपकरणे.

सेमीकंडक्टर उपकरणांचा वापर आपल्याला नवीन उपकरणे तयार करण्यास आणि जुने सुधारण्यास अनुमती देतो, याचा अर्थ ते त्याचे आकारमान, वजन, उर्जा वापर कमी करते आणि म्हणूनच, सर्किटमध्ये उष्णतेची निर्मिती कमी करते, सामर्थ्य वाढवते, कृतीसाठी तत्काळ तत्परता देते. आपण आपल्याला इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे सेवा जीवन आणि विश्वसनीयता वाढविण्यास अनुमती देतो.