سیمی کنڈکٹرز میں برقی کرنٹ

موصل اور ڈائی الیکٹرکس کے درمیان، مزاحمت کے لحاظ سے، واقع ہیں سیمی کنڈکٹرز… سلکان، جرمینیم، ٹیلوریم، وغیرہ۔ - متواتر جدول کے بہت سے عناصر اور ان کے مرکبات کا تعلق سیمی کنڈکٹرز سے ہے۔ بہت سے غیر نامیاتی مادے سیمی کنڈکٹر ہوتے ہیں۔ سلیکون فطرت میں دوسروں سے زیادہ وسیع ہے؛ زمین کی پرت اس کا 30 فیصد پر مشتمل ہے۔

سیمی کنڈکٹر اور دھاتوں کے درمیان اہم فرق مزاحمت کے منفی درجہ حرارت کے گتانک میں ہے: سیمی کنڈکٹر کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، اس کی برقی مزاحمت اتنی ہی کم ہوگی۔ دھاتوں کے لیے، یہ اس کے برعکس ہے: درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، مزاحمت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ اگر ایک سیمی کنڈکٹر کو مطلق صفر پر ٹھنڈا کیا جائے تو یہ بن جاتا ہے۔ ڈائی الیکٹرک.

اعلی درجہ حرارت - کم مزاحمت

درجہ حرارت پر سیمی کنڈکٹر چالکتا کا یہ انحصار ظاہر کرتا ہے کہ ارتکاز مفت ٹیکسی ڈرائیور سیمی کنڈکٹرز میں مستقل نہیں ہوتا ہے اور درجہ حرارت کے ساتھ بڑھتا ہے۔سیمی کنڈکٹر کے ذریعے برقی رو کے گزرنے کے طریقہ کار کو دھاتوں کی طرح آزاد الیکٹران کی گیس کے ماڈل تک کم نہیں کیا جا سکتا۔ اس طریقہ کار کو سمجھنے کے لیے، ہم اسے مثال کے طور پر ایک جرمینیم کرسٹل پر دیکھ سکتے ہیں۔

عام حالت میں، جرمینیئم ایٹموں میں اپنے بیرونی خول میں چار والینس الیکٹران ہوتے ہیں — چار الیکٹران جو نیوکلئس سے ڈھیلے طور پر جڑے ہوتے ہیں۔ مزید برآں، جرمینیم کرسٹل جالی میں ہر ایٹم چار پڑوسی ایٹموں سے گھرا ہوا ہے۔ اور یہاں بانڈ covalent ہے، جس کا مطلب ہے کہ یہ والینس الیکٹران کے جوڑوں سے بنتا ہے۔

اس سے پتہ چلتا ہے کہ والینس الیکٹران میں سے ہر ایک ایک ہی وقت میں دو ایٹموں سے تعلق رکھتا ہے، اور جرمینیئم کے اندر والینس الیکٹران کے بانڈ اس کے ایٹموں کے ساتھ دھاتوں سے زیادہ مضبوط ہیں۔ اسی لیے، کمرے کے درجہ حرارت پر، سیمی کنڈکٹر دھاتوں سے بھی بدتر شدت کے موجودہ کئی آرڈرز چلاتے ہیں۔ اور مطلق صفر پر، جرمینیم کے تمام ویلنس الیکٹران بانڈز میں بند ہو جائیں گے اور کرنٹ فراہم کرنے کے لیے کوئی آزاد الیکٹران نہیں ہوگا۔

جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، کچھ valence الیکٹران توانائی حاصل کرتے ہیں جو covalent بانڈز کو توڑنے کے لیے کافی ہو جاتے ہیں۔ اس طرح آزاد ترسیل الیکٹران پیدا ہوتے ہیں۔ منقطع علاقوں میں ایک قسم کی خالی جگہ بنتی ہے۔ الیکٹران کے بغیر سوراخ.

یہ سوراخ آسانی سے پڑوسی جوڑے سے والینس الیکٹران کے ذریعہ قبضہ کیا جاسکتا ہے، پھر یہ سوراخ پڑوسی ایٹم پر جگہ پر چلا جائے گا۔ ایک خاص درجہ حرارت پر، کرسٹل میں ایک خاص تعداد میں نام نہاد الیکٹران ہول جوڑے بنتے ہیں۔

ایک ہی وقت میں، الیکٹران ہول کے دوبارہ ملاپ کا عمل ہوتا ہے - ایک سوراخ ایک آزاد الیکٹران سے ملنا جرمینیئم کرسٹل میں ایٹموں کے درمیان ہم آہنگی کے بندھن کو بحال کرتا ہے۔ ایسے جوڑے، ایک الیکٹران اور ایک سوراخ پر مشتمل ہوتے ہیں، سیمی کنڈکٹر میں نہ صرف درجہ حرارت کے عمل کی وجہ سے پیدا ہوسکتے ہیں، بلکہ جب سیمی کنڈکٹر روشن ہوتا ہے، یعنی اس پر توانائی کے واقعے کی وجہ سے۔ برقناطیسی تابکاری.

اگر سیمی کنڈکٹر پر کوئی بیرونی برقی میدان لاگو نہیں ہوتا ہے، تو آزاد الیکٹران اور سوراخ افراتفری میں تھرمل حرکت میں مشغول ہوتے ہیں۔ لیکن جب ایک سیمی کنڈکٹر کو بیرونی برقی میدان میں رکھا جاتا ہے، تو الیکٹران اور سوراخ ایک ترتیب سے حرکت کرنے لگتے ہیں۔ اس طرح یہ پیدا ہوا ہے۔ سیمی کنڈکٹر کرنٹ.

یہ الیکٹران کرنٹ اور ہول کرنٹ پر مشتمل ہوتا ہے۔ ایک سیمی کنڈکٹر میں سوراخ اور کنڈکشن الیکٹران کا ارتکاز برابر ہوتا ہے اور صرف خالص سیمی کنڈکٹرز میں ایسا ہوتا ہے۔ الیکٹران ہول کی ترسیل کا طریقہ کار… یہ سیمی کنڈکٹر کی اندرونی برقی چالکتا ہے۔

ناپاکی کی ترسیل (الیکٹران اور سوراخ)

اگر سیمی کنڈکٹر میں نجاست ہے، تو اس کی برقی چالکتا خالص سیمی کنڈکٹر کے مقابلے میں نمایاں طور پر تبدیل ہوتی ہے۔ سلکان کرسٹل میں فاسفورس کی شکل میں 0.001 ایٹم فیصد کی مقدار میں ناپاکی کو شامل کرنے سے چالکتا میں 100,000 گنا سے زیادہ اضافہ ہو جائے گا! چالکتا پر نجاست کا اتنا اہم اثر قابل فہم ہے۔

ناپاکی چالکتا کے بڑھنے کی بنیادی شرط ناپاکی کے توازن اور بنیادی عنصر کے توازن کے درمیان فرق ہے۔ ایسی ناپاکی کی ترسیل کہلاتی ہے۔ ناپاکی کی ترسیل اور ایک الیکٹران اور ایک سوراخ ہو سکتا ہے۔

ایک جرمینیئم کرسٹل میں الیکٹرانک چالکتا ہونا شروع ہو جاتی ہے اگر پینٹا ویلنٹ ایٹم، کہتے ہیں، سنکھیا، کو اس میں متعارف کرایا جاتا ہے، جبکہ خود جرمینیئم کے ایٹموں کی والینس چار ہے۔ جب پینٹا ویلنٹ آرسینک ایٹم جرمینیم کرسٹل جالی کی جگہ پر ہوتا ہے، تو آرسینک ایٹم کے چار بیرونی الیکٹران چار پڑوسی جرمینیم ایٹموں کے ساتھ ہم آہنگی بندھن میں شامل ہوتے ہیں۔ آرسینک ایٹم کا پانچواں الیکٹران آزاد ہو جاتا ہے، یہ آسانی سے اپنا ایٹم چھوڑ دیتا ہے۔

اور الیکٹران کے ذریعہ چھوڑا ہوا ایٹم سیمی کنڈکٹر کے کرسٹل جالی کی جگہ پر مثبت آئن میں بدل جاتا ہے۔ یہ نام نہاد عطیہ کرنے والی نجاست ہے جب نجاست کا توازن اہم ایٹموں کے توازن سے زیادہ ہوتا ہے۔ بہت سے آزاد الیکٹران یہاں ظاہر ہوتے ہیں، یہی وجہ ہے کہ ناپاکی کے داخل ہونے کے ساتھ، سیمی کنڈکٹر کی برقی مزاحمت ہزاروں اور لاکھوں گنا گر جاتی ہے۔ ایک سیمی کنڈکٹر جس میں بڑی مقدار میں شامل نجاست ہے وہ چالکتا میں دھاتوں تک پہنچتی ہے۔

اگرچہ الیکٹران اور سوراخ آرسینک ڈوپڈ جرمینیئم کرسٹل میں اندرونی چالکتا کے لیے ذمہ دار ہوتے ہیں، لیکن وہ الیکٹران جو سنکھیا کے ایٹموں کو چھوڑ چکے ہیں وہ اہم فری چارج کیریئر ہیں۔ ایسی صورت حال میں، آزاد الیکٹرانوں کا ارتکاز سوراخوں کے ارتکاز سے بہت زیادہ ہو جاتا ہے، اور اس قسم کی چالکتا کو سیمی کنڈکٹر کی برقی چالکتا کہا جاتا ہے، اور خود سیمی کنڈکٹر کو این ٹائپ سیمی کنڈکٹر کہا جاتا ہے۔

اگر، پینٹا ویلنٹ آرسینک کے بجائے، ٹرائی ویلنٹ انڈیم کو جرمینیم کرسٹل میں شامل کیا جائے، تو یہ صرف تین جرمینیم ایٹموں کے ساتھ ہم آہنگی بندھن بنائے گا۔ چوتھا جرمینیم ایٹم انڈیم ایٹم سے غیر منسلک رہے گا۔ لیکن ہمسایہ جرمنی کے ایٹموں کے ذریعے ہم آہنگ الیکٹران کو پکڑا جا سکتا ہے۔اس کے بعد انڈیم ایک منفی آئن ہوگا، اور ہمسایہ جرمینیم ایٹم ایک خالی جگہ پر قبضہ کرے گا جہاں ہم آہنگی بانڈ موجود تھا۔

ایسی ناپاکی، جب ایک ناپاک ایٹم الیکٹران کو پکڑ لیتا ہے، اسے قبول کرنے والی نجاست کہا جاتا ہے۔ جب ایک قبول کرنے والی ناپاکی متعارف کرائی جاتی ہے، تو کرسٹل میں بہت سے ہم آہنگی بندھن ٹوٹ جاتے ہیں اور بہت سے سوراخ بن جاتے ہیں جن میں الیکٹران ہم آہنگی بانڈز سے چھلانگ لگا سکتے ہیں۔ برقی رو کی غیر موجودگی میں، سوراخ کرسٹل کے اوپر تصادفی طور پر حرکت کرتے ہیں۔

ایک قبول کنندہ سوراخوں کی کثرت کی وجہ سے سیمی کنڈکٹر کی چالکتا میں تیزی سے اضافہ کا باعث بنتا ہے، اور ان سوراخوں کا ارتکاز سیمی کنڈکٹر کی اندرونی برقی چالکتا کے الیکٹران کے ارتکاز سے نمایاں طور پر بڑھ جاتا ہے۔ یہ سوراخ کی ترسیل ہے اور سیمی کنڈکٹر کو پی ٹائپ سیمی کنڈکٹر کہا جاتا ہے۔ اس میں اہم چارج کیریئر سوراخ ہیں.