अर्धचालक कैसे काम करते हैं

अर्धचालकों का हमारे समाज पर बड़ा प्रभाव पड़ा है। आप माइक्रोप्रोसेसर चिप्स के साथ-साथ ट्रांजिस्टर के केंद्र में अर्धचालक पाते हैं । जो कुछ भी कम्प्यूटरीकृत है या रेडियो तरंगों का उपयोग करता है वह अर्धचालकों पर निर्भर करता है।

आज, अधिकांश सेमीकंडक्टर चिप्स और ट्रांजिस्टर सिलिकॉन के साथ बनाए जाते हैं । आपने "सिलिकॉन वैली" और "सिलिकॉन इकोनॉमी" जैसे भाव सुने होंगे और इसीलिए - सिलिकॉन किसी भी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण का दिल है।

एक डायोड सबसे सरल संभव अर्धचालक उपकरण है, और इसलिए यदि आप यह समझना चाहते हैं कि अर्धचालक कैसे काम करते हैं तो यह एक उत्कृष्ट शुरुआत है। इस लेख में, आप सीखेंगे कि अर्धचालक क्या है, डोपिंग कैसे काम करता है और अर्धचालकों का उपयोग करके डायोड कैसे बनाया जा सकता है। लेकिन पहले, आइए सिलिकॉन पर करीब से नज़र डालें।

सिलिकॉन एक बहुत ही सामान्य तत्व है - उदाहरण के लिए, यह रेत और क्वार्ट्ज में मुख्य तत्व है। यदि आप आवर्त सारणी में "सिलिकॉन" ऊपर देखते हैं , तो आप पाएंगे कि यह एल्यूमीनियम के बगल में, कार्बन के नीचे और जर्मेनियम के ऊपर बैठता है।

कार्बन, सिलिकॉन और जर्मेनियम (जर्मेनियम, सिलिकॉन की तरह, एक अर्धचालक भी है) की इलेक्ट्रॉन संरचना में एक अद्वितीय गुण होता है - प्रत्येक के बाहरी कक्षीय में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं । यह उन्हें अच्छे क्रिस्टल बनाने की अनुमति देता है। चार इलेक्ट्रॉन चार पड़ोसी परमाणुओं के साथ पूर्ण सहसंयोजक बंधन बनाते हैं , जिससे एक जाली बनती है । कार्बन में, हम क्रिस्टलीय रूप को हीरे के रूप में जानते हैं । सिलिकॉन में, क्रिस्टलीय रूप एक चांदी, धातु जैसा दिखने वाला पदार्थ होता है।

धातुएं बिजली की अच्छी संवाहक होती हैं क्योंकि उनके पास आमतौर पर "मुक्त इलेक्ट्रॉन" होते हैं जो परमाणुओं के बीच आसानी से स्थानांतरित हो सकते हैं, और बिजली में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह शामिल होता है। जबकि सिलिकॉन क्रिस्टल धात्विक दिखते हैं, वे वास्तव में धातु नहीं हैं। एक सिलिकॉन क्रिस्टल में सभी बाहरी इलेक्ट्रॉन पूर्ण सहसंयोजक बंधनों में शामिल होते हैं , इसलिए वे घूम नहीं सकते हैं। एक शुद्ध सिलिकॉन क्रिस्टल लगभग एक इन्सुलेटर है - इसमें से बहुत कम बिजली प्रवाहित होगी।

लेकिन आप यह सब डोपिंग नामक प्रक्रिया के माध्यम से बदल सकते हैं।

आप सिलिकॉन के व्यवहार को बदल सकते हैं और इसे डोपिंग करके कंडक्टर में बदल सकते हैं । डोपिंग में, आप थोड़ी मात्रा में अशुद्धता को सिलिकॉन क्रिस्टल में मिलाते हैं ।

अशुद्धियाँ दो प्रकार की होती हैं:

एन-टाइप या पी-टाइप डोपिंग की एक मिनट की मात्रा एक अच्छे इंसुलेटर से एक सिलिकॉन क्रिस्टल को एक व्यवहार्य (लेकिन महान नहीं) कंडक्टर में बदल देती है - इसलिए इसका नाम "अर्धचालक" है।

एन-टाइप और पी-टाइप सिलिकॉन अपने आप में इतने अद्भुत नहीं हैं; लेकिन जब आप उन्हें एक साथ रखते हैं, तो आपको जंक्शन पर कुछ बहुत ही दिलचस्प व्यवहार मिलता है। डायोड में ऐसा ही होता है।

एक डायोड सबसे सरल संभव अर्धचालक उपकरण है। एक डायोड करंट को एक दिशा में प्रवाहित होने देता है लेकिन दूसरी दिशा में नहीं। आपने स्टेडियम या मेट्रो स्टेशन पर टर्नस्टाइल देखा होगा जो लोगों को केवल एक दिशा में जाने देता है। एक डायोड इलेक्ट्रॉनों के लिए एकतरफा टर्नस्टाइल है।

जब आप एन-टाइप और पी-टाइप सिलिकॉन को एक साथ रखते हैं जैसा कि इस आरेख में दिखाया गया है, तो आपको एक बहुत ही रोचक घटना मिलती है जो डायोड को इसके अद्वितीय गुण प्रदान करती है।

भले ही एन-टाइप सिलिकॉन अपने आप में एक कंडक्टर है, और पी-टाइप सिलिकॉन भी एक कंडक्टर है, आरेख में दिखाया गया संयोजन किसी भी बिजली का संचालन नहीं करता है। N-प्रकार के सिलिकॉन में ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन बैटरी के धनात्मक टर्मिनल की ओर आकर्षित होते हैं । पी-टाइप सिलिकॉन में सकारात्मक छेद बैटरी के नकारात्मक टर्मिनल की ओर आकर्षित होते हैं। जंक्शन पर कोई धारा प्रवाहित नहीं होती है क्योंकि छेद और इलेक्ट्रॉन प्रत्येक गलत दिशा में आगे बढ़ रहे हैं।

यदि आप बैटरी को इधर-उधर घुमाते हैं, तो डायोड बिजली को ठीक से संचालित करता है। एन-टाइप सिलिकॉन में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को बैटरी के नकारात्मक टर्मिनल द्वारा खदेड़ दिया जाता है। पी-टाइप सिलिकॉन में छेद सकारात्मक टर्मिनल द्वारा खदेड़ दिए जाते हैं। एन-टाइप और पी-टाइप सिलिकॉन के बीच के जंक्शन पर , छेद और मुक्त इलेक्ट्रॉन मिलते हैं। इलेक्ट्रॉन छिद्रों को भरते हैं। उन छिद्रों और मुक्त इलेक्ट्रॉनों का अस्तित्व समाप्त हो जाता है, और नए छिद्र और इलेक्ट्रॉन उनकी जगह लेने के लिए ऊपर उठते हैं। प्रभाव यह है कि जंक्शन से करंट प्रवाहित होता है।

अगले भाग में हम डायोड और ट्रांजिस्टर के उपयोग को देखेंगे।

एक उपकरण जो एक दिशा में करंट को रोकता है जबकि दूसरी दिशा में करंट प्रवाहित करता है उसे डायोड कहा जाता है । डायोड का प्रयोग कई प्रकार से किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, बैटरी का उपयोग करने वाले डिवाइस में अक्सर एक डायोड होता है जो बैटरी को पीछे की ओर डालने पर डिवाइस की सुरक्षा करता है। डायोड किसी भी करंट को बैटरी को उलटने पर छोड़ने से रोकता है - यह डिवाइस में संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स की सुरक्षा करता है।

अर्धचालक डायोड का व्यवहार सही नहीं है, जैसा कि इस ग्राफ में दिखाया गया है:

जब रिवर्स-बायस्ड , एक आदर्श डायोड सभी करंट को ब्लॉक कर देगा। एक वास्तविक डायोड शायद 10 माइक्रोएम्प्स के माध्यम से देता है - बहुत कुछ नहीं, लेकिन फिर भी सही नहीं है। और यदि आप पर्याप्त रिवर्स वोल्टेज (वी) लागू करते हैं , तो जंक्शन टूट जाता है और करंट को अंदर जाने देता है। आमतौर पर, ब्रेकडाउन वोल्टेज सर्किट की तुलना में बहुत अधिक वोल्टेज होता है, इसलिए यह अप्रासंगिक है।

जब फॉरवर्ड-बायस्ड , डायोड को चालू करने के लिए आवश्यक वोल्टेज की एक छोटी मात्रा होती है। सिलिकॉन में यह वोल्टेज लगभग 0.7 वोल्ट होता है। जंक्शन पर होल-इलेक्ट्रॉन संयोजन प्रक्रिया शुरू करने के लिए इस वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

एक अन्य स्मारकीय तकनीक जो डायोड से संबंधित है, वह है ट्रांजिस्टर। ट्रांजिस्टर और डायोड में बहुत कुछ समान है।

ट्रांजिस्टर

एक डायोड में उपयोग की जाने वाली दो परतों के बजाय तीन परतों का उपयोग करके एक ट्रांजिस्टर बनाया जाता है। आप या तो एनपीएन या पीएनपी सैंडविच बना सकते हैं। एक ट्रांजिस्टर स्विच या एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है।

एक ट्रांजिस्टर बैक-टू-बैक दो डायोड की तरह दिखता है। आप कल्पना करेंगे कि ट्रांजिस्टर से कोई करंट प्रवाहित नहीं हो सकता क्योंकि बैक-टू-बैक डायोड करंट को दोनों तरह से ब्लॉक कर देगा। और यह सच है। हालाँकि, जब आप सैंडविच की केंद्र परत पर एक छोटा करंट लगाते हैं, तो सैंडविच के माध्यम से एक बहुत बड़ा करंट प्रवाहित हो सकता है। यह एक ट्रांजिस्टर को उसका स्विचिंग व्यवहार देता है । एक छोटा करंट बड़े करंट को चालू और बंद कर सकता है।

एक सिलिकॉन चिप सिलिकॉन का एक टुकड़ा है कि ट्रांजिस्टर के हजारों पकड़ कर सकते हैं। स्विच के रूप में कार्य करने वाले ट्रांजिस्टर के साथ, आप बूलियन गेट बना सकते हैं , और बूलियन गेट्स के साथ आप माइक्रोप्रोसेसर चिप्स बना सकते हैं ।

सिलिकॉन से डोप्ड सिलिकॉन से ट्रांजिस्टर से चिप्स तक की प्राकृतिक प्रगति ने आज के समाज में माइक्रोप्रोसेसरों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को इतना सस्ता और सर्वव्यापी बना दिया है। मौलिक सिद्धांत आश्चर्यजनक रूप से सरल हैं। चमत्कार उन सिद्धांतों का निरंतर शोधन है, जहां आज, एक चिप पर लाखों ट्रांजिस्टर सस्ते में बनाए जा सकते हैं।

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मूल रूप से प्रकाशित: अप्रैल २५, २००१

क्या सिलिकॉन एक अर्धचालक है?

अर्धचालक किसके लिए उपयोग किए जाते हैं?

अर्धचालक में किन तत्वों का उपयोग किया जाता है?

अर्धचालक क्या होते हैं?

सबसे बड़ी सेमीकंडक्टर कंपनियां कौन हैं?

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