સેમિકન્ડક્ટર શું છે

વીજળીના વાહકની સાથે, પ્રકૃતિમાં એવા ઘણા પદાર્થો છે જે મેટલ વાહક કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી વિદ્યુત વાહકતા ધરાવે છે. આ પ્રકારના પદાર્થોને સેમિકન્ડક્ટર કહેવામાં આવે છે.

સેમિકન્ડક્ટર્સમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: અમુક રાસાયણિક તત્વો જેમ કે સેલેનિયમ, સિલિકોન અને જર્મેનિયમ, સલ્ફર સંયોજનો જેમ કે થેલિયમ સલ્ફાઇડ, કેડમિયમ સલ્ફાઇડ, સિલ્વર સલ્ફાઇડ, કાર્બાઇડ જેમ કે કાર્બોરન્ડમ, કાર્બન (હીરા), બોરોન, ટીન, ફોસ્ફરસ, એન્ટિમોની, આર્સેનિક, ટેલુરિયમ, આયોડિન , અને સંખ્યાબંધ સંયોજનો જેમાં મેન્ડેલીવ સિસ્ટમના 4 - 7 જૂથના ઓછામાં ઓછા એક ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે. કાર્બનિક સેમિકન્ડક્ટર પણ છે.

સેમિકન્ડક્ટરની વિદ્યુત વાહકતાની પ્રકૃતિ સેમિકન્ડક્ટરની મૂળ સામગ્રીમાં રહેલી અશુદ્ધિઓના પ્રકાર અને તેના ઘટક ભાગોની ઉત્પાદન તકનીક પર આધારિત છે.

સેમિકન્ડક્ટર - સાથે પદાર્થ વિદ્યુત વાહકતા 10-10 — 104 (ઓહ્મ x સેમી)-1 કંડક્ટર અને ઇન્સ્યુલેટર વચ્ચે આ ગુણધર્મો દ્વારા સ્થિત છે.બેન્ડ થિયરી અનુસાર કંડક્ટર, સેમિકન્ડક્ટર અને ઇન્સ્યુલેટર વચ્ચેનો તફાવત નીચે મુજબ છે: શુદ્ધ સેમિકન્ડક્ટર અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઇન્સ્યુલેટરમાં ભરાયેલા (સંયોજક) બેન્ડ અને વહન બેન્ડ વચ્ચે પ્રતિબંધિત ઊર્જા બેન્ડ હોય છે.

શા માટે સેમિકન્ડક્ટર વર્તમાનનું સંચાલન કરે છે

સેમિકન્ડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા હોય છે જો તેના અશુદ્ધ અણુઓમાંના બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન તે અણુઓના ન્યુક્લી સાથે પ્રમાણમાં નબળા બંધાયેલા હોય. જો આ પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બનાવવામાં આવે છે, તો આ ક્ષેત્રના દળોના પ્રભાવ હેઠળ, સેમિકન્ડક્ટરના અશુદ્ધ અણુઓના બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન તેમના અણુઓની સીમાઓ છોડી દેશે અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન બની જશે.

મફત ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દળોના પ્રભાવ હેઠળ સેમિકન્ડક્ટરમાં વિદ્યુત વહન પ્રવાહ બનાવશે. તેથી, વિદ્યુત વાહક સેમિકન્ડક્ટર્સમાં વિદ્યુત પ્રવાહની પ્રકૃતિ મેટાલિક વાહકમાં સમાન છે. પરંતુ ધાતુ વાહકના પ્રતિ એકમ જથ્થા કરતાં સેમિકન્ડક્ટરના એકમ જથ્થા દીઠ અનેક ગણા ઓછા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન હોવાથી, તે સ્વાભાવિક છે કે, અન્ય તમામ સ્થિતિઓ સમાન હોવાને કારણે, સેમિકન્ડક્ટરમાં વર્તમાન ધાતુ કરતાં અનેક ગણો નાનો હશે. વાહક

સેમિકન્ડક્ટરમાં "છિદ્ર" વાહકતા હોય છે જો તેની અશુદ્ધતાના અણુઓ માત્ર તેમના બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોનને છોડતા નથી, પરંતુ, તેનાથી વિપરીત, સેમિકન્ડક્ટરના મુખ્ય પદાર્થના અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનને પકડવાનું વલણ ધરાવે છે. જો અશુદ્ધ અણુ મુખ્ય પદાર્થના અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને છીનવી લે છે, તો પછીના ભાગમાં ઇલેક્ટ્રોન માટે એક પ્રકારની મુક્ત જગ્યા રચાય છે - એક "છિદ્ર".

સેમિકન્ડક્ટર અણુ કે જેણે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવ્યું હોય તેને "ઇલેક્ટ્રોન હોલ" અથવા ફક્ત "છિદ્ર" કહેવામાં આવે છે.જો "છિદ્ર" પડોશી અણુમાંથી સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનથી ભરેલું હોય, તો તે દૂર થઈ જાય છે અને અણુ ઇલેક્ટ્રિકલી તટસ્થ બની જાય છે, અને "છિદ્ર" પડોશી અણુ તરફ જાય છે જેણે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવ્યું છે. તેથી, જો "છિદ્ર" વહન સાથે સેમિકન્ડક્ટર પર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, તો "ઇલેક્ટ્રોન છિદ્રો" આ ક્ષેત્રની દિશામાં આગળ વધશે.

ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયાની દિશામાં "ઇલેક્ટ્રોન છિદ્રો" નો પૂર્વગ્રહ એ ક્ષેત્રમાં હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની ગતિ સમાન છે અને તેથી તે સેમિકન્ડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની ઘટના છે.

સેમિકન્ડક્ટરને તેમની વિદ્યુત વાહકતાની પદ્ધતિ અનુસાર સખત રીતે અલગ કરી શકાતા નથી, કારણ કે "હોલ" વાહકતા સાથે, આ સેમિકન્ડક્ટરમાં એક અથવા બીજી ડિગ્રી સુધી ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા હોઈ શકે છે.

સેમિકન્ડક્ટરની લાક્ષણિકતા છે:

• વાહકતાનો પ્રકાર (ઇલેક્ટ્રોનિક - એન-ટાઇપ, હોલ -પી -ટાઇપ);

• પ્રતિકાર

• ચાર્જ વાહક જીવનકાળ (લઘુમતી) અથવા પ્રસરણ લંબાઈ, સપાટી પુનઃસંયોજન દર;

• અવ્યવસ્થા ઘનતા.

આ પણ જુઓ: સેમિકન્ડક્ટર્સની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ સિલિકોન એ સૌથી સામાન્ય સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી છે

તાપમાનમાં એવા જીવો છે જે સેમિકન્ડક્ટરની લાક્ષણિકતાઓને અસર કરે છે. તેનો વધારો મુખ્યત્વે પ્રતિકારમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે અને ઊલટું, એટલે કે. સેમિકન્ડક્ટર નકારાત્મક હાજરી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે પ્રતિકારનું તાપમાન ગુણાંક… નિરપેક્ષ શૂન્યની નજીક, સેમિકન્ડક્ટર ઇન્સ્યુલેટર બની જાય છે.

ઘણા ઉપકરણો સેમિકન્ડક્ટર પર આધારિત છે. મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં, તેઓ સિંગલ ક્રિસ્ટલના સ્વરૂપમાં મેળવવામાં આવશ્યક છે.ઇચ્છિત ગુણધર્મો આપવા માટે, સેમિકન્ડક્ટર્સને વિવિધ અશુદ્ધિઓ સાથે ડોપ કરવામાં આવે છે. પ્રારંભિક સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની શુદ્ધતા પર વધેલી આવશ્યકતાઓ લાદવામાં આવે છે.

સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો

સેમિકન્ડક્ટર હીટ ટ્રીટમેન્ટ

સેમિકન્ડક્ટરની હીટ ટ્રીટમેન્ટ - સેમિકન્ડક્ટરના ઇલેક્ટ્રોફિઝિકલ ગુણધર્મોને બદલવા માટે આપેલ પ્રોગ્રામ અનુસાર તેને ગરમ અને ઠંડુ કરવું.

ફેરફારો: સ્ફટિક ફેરફાર, અવ્યવસ્થા ઘનતા, ખાલી જગ્યાઓની સાંદ્રતા અથવા માળખાકીય ખામી, વાહકતાનો પ્રકાર, એકાગ્રતા, ગતિશીલતા અને ચાર્જ કેરિયર્સનું જીવનકાળ. છેલ્લા ચાર, વધુમાં, અશુદ્ધિઓ અને માળખાકીય ખામીઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અથવા સ્ફટિકોના બલ્કમાં અશુદ્ધિઓના પ્રસાર સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે.

જર્મેનિયમના નમૂનાઓને 550 °C કરતાં વધુ તાપમાને ગરમ કરવાથી ઝડપી ઠંડકનું પરિણામ તાપમાન જેટલું ઊંચું હોય તેટલી સાંદ્રતામાં થર્મલ સ્વીકારકો દેખાય છે. સમાન તાપમાને અનુગામી એનિલિંગ પ્રારંભિક પ્રતિકારને પુનઃસ્થાપિત કરે છે.

આ ઘટનાની સંભવિત પદ્ધતિ એ જર્મેનિયમ જાળીમાં તાંબાનું વિસર્જન છે જે સપાટી પરથી ફેલાય છે અથવા અગાઉ ડિસલોકેશન પર જમા કરવામાં આવી હતી. ધીમી એનલીંગને કારણે તાંબુ માળખાકીય ખામીઓ પર જમા થાય છે અને જાળીમાંથી બહાર નીકળી જાય છે. ઝડપી ઠંડક દરમિયાન નવા માળખાકીય ખામીઓનો દેખાવ પણ શક્ય છે. બંને પદ્ધતિઓ જીવનકાળને ઘટાડી શકે છે, જે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવી છે.

350 - 500 ° તાપમાને સિલિકોનમાં, થર્મલ દાતાઓની રચના વધુ સાંદ્રતામાં થાય છે, ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ દરમિયાન સિલિકોનમાં વધુ ઓક્સિજન ઓગળવામાં આવે છે. ઊંચા તાપમાને, ગરમી દાતાઓ નાશ પામે છે.

700 - 1300 ° રેન્જમાં તાપમાનને ગરમ કરવાથી લઘુમતી ચાર્જ કેરિયર્સના જીવનકાળમાં તીવ્ર ઘટાડો થાય છે (> 1000 ° પર નિર્ણાયક ભૂમિકા સપાટી પરથી અશુદ્ધિઓના પ્રસાર દ્વારા ભજવવામાં આવે છે). સિલિકોનને 1000-1300 ° પર ગરમ કરવાથી પ્રકાશના ઓપ્ટિકલ શોષણ અને સ્કેટરિંગને અસર થાય છે.

સેમિકન્ડક્ટર્સની એપ્લિકેશન

આધુનિક તકનીકોમાં, સેમિકન્ડક્ટર્સને સૌથી વધુ વ્યાપક એપ્લિકેશન મળી છે; તેઓએ તકનીકી પ્રગતિ પર ખૂબ જ મજબૂત અસર કરી છે. તેમના માટે આભાર, ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના વજન અને પરિમાણોને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડવાનું શક્ય છે. ઇલેક્ટ્રોનિક્સના તમામ ક્ષેત્રોનો વિકાસ સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો પર આધારિત મોટી સંખ્યામાં વિવિધ ઉપકરણોની રચના અને સુધારણા તરફ દોરી જાય છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો માઇક્રોસેલ્સ, માઇક્રોમોડ્યુલ્સ, હાર્ડ સર્કિટ વગેરે માટે આધાર તરીકે સેવા આપે છે.

સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો પર આધારિત ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો વ્યવહારીક રીતે જડતા રહિત છે. કાળજીપૂર્વક બાંધવામાં આવેલ અને સારી રીતે સીલ કરેલ સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ હજારો કલાકો સુધી ટકી શકે છે. જો કે, કેટલીક સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીમાં તાપમાનની મર્યાદા ઓછી હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, જર્મેનિયમ), પરંતુ તાપમાન વળતર અથવા ઉપકરણની બેઝ સામગ્રીને અન્ય (ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોન, સિલિકોન કાર્બાઇડ) સાથે બદલવું ખૂબ જ મુશ્કેલ નથી, આ ખામીને મોટા ભાગે દૂર કરે છે. સુધારણા સેમિકન્ડક્ટર ડિવાઇસ મેન્યુફેક્ચરિંગ ટેક્નોલોજીના પરિણામે હજુ પણ અસ્તિત્વમાં રહેલા પેરામીટરના વિક્ષેપ અને અસ્થિરતામાં ઘટાડો થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં સેમિકન્ડક્ટર

સેમિકન્ડક્ટરમાં બનાવેલ સેમિકન્ડક્ટર-મેટલ કોન્ટેક્ટ અને ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જંકશન (n-p જંકશન)નો ઉપયોગ સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડના ઉત્પાદનમાં થાય છે.ડબલ જંકશન (p-n-p અથવા n-R-n) — ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને થાઇરિસ્ટોર્સ. આ ઉપકરણોનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે વિદ્યુત સંકેતોને સુધારવા, પેદા કરવા અને વિસ્તૃત કરવા માટે થાય છે.

સેમિકન્ડક્ટર્સના ફોટોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મોનો ઉપયોગ ફોટોરેઝિસ્ટર, ફોટોડિયોડ્સ અને ફોટોટ્રાન્સિસ્ટર્સ બનાવવા માટે થાય છે. સેમિકન્ડક્ટર ઓસિલેશનના ઓસિલેટર (એમ્પ્લીફાયર) ના સક્રિય ભાગ તરીકે સેવા આપે છે સેમિકન્ડક્ટર લેસરો… જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ આગળની દિશામાં pn જંકશનમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે ચાર્જ કેરિયર્સ-ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો-ફોટોન્સના ઉત્સર્જન સાથે પુનઃસંયોજિત થાય છે, જેનો ઉપયોગ LED બનાવવા માટે થાય છે.

એલઈડી

સેમિકન્ડક્ટર્સના થર્મોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મોને કારણે સેમિકન્ડક્ટર થર્મોઇલેક્ટ્રિક પ્રતિકાર, સેમિકન્ડક્ટર થર્મોકોપલ્સ, થર્મોકોપલ્સ અને થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર્સ અને પેલ્ટિયર ઇફેક્ટ પર આધારિત સેમિકન્ડક્ટરનું થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ - થર્મોઇલેક્ટ્રિક રેફ્રિજરેટર્સ અને થર્મોસ્ટેબિલાઇઝર બનાવવાનું શક્ય બન્યું.

સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ યાંત્રિક ગરમી અને સૌર ઉર્જા કન્વર્ટરમાં ઇલેક્ટ્રિકલ - થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર્સ અને ફોટોઇલેક્ટ્રિક કન્વર્ટર્સ (સોલર સેલ)માં થાય છે.

સેમિકન્ડક્ટર પર લાગુ યાંત્રિક તાણ તેના વિદ્યુત પ્રતિકારમાં ફેરફાર કરે છે (ધાતુઓ કરતાં અસર વધુ મજબૂત છે), જે સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રેઇન ગેજનો આધાર છે.

સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો વિશ્વ વ્યવહારમાં વ્યાપક બની ગયા છે, ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં ક્રાંતિ લાવી, તેઓ વિકાસ અને ઉત્પાદન માટેના આધાર તરીકે સેવા આપે છે:

• માપવાના સાધનો, કોમ્પ્યુટર,

• તમામ પ્રકારના સંચાર અને પરિવહન માટેના સાધનો,

• ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયા ઓટોમેશન માટે,

• સંશોધન ઉપકરણો,

• રોકેટ

• તબીબી સાધનો

• અન્ય ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો અને ઉપકરણો.

સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોનો ઉપયોગ તમને નવા સાધનો બનાવવા અને જૂના સુધારવા માટે પરવાનગી આપે છે, જેનો અર્થ છે કે તે તેનું કદ, વજન, પાવર વપરાશ ઘટાડે છે અને તેથી, સર્કિટમાં ગરમીનું ઉત્પાદન ઘટાડે છે, શક્તિમાં વધારો કરે છે, ક્રિયા માટે તાત્કાલિક તત્પરતા આપે છે. તમે તમને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની સેવા જીવન અને વિશ્વસનીયતા વધારવા માટે પરવાનગી આપે છે.