سیمی کنڈکٹر چالکتا
برقی رو کو چلانے یا نہ چلانے کے قابل مادے صرف کنڈکٹرز اور ڈائی الیکٹرکس کی سخت تقسیم تک محدود نہیں ہیں۔ سیمی کنڈکٹرز بھی ہیں، جیسے کہ سلکان، سیلینیم، جرمینیئم، اور دیگر معدنیات اور مرکبات جو ایک الگ گروپ کے طور پر الگ ہونے کے لائق ہیں۔
یہ مادے ڈائی الیکٹرکس سے بہتر برقی رو چلاتے ہیں، لیکن دھاتوں سے بدتر، اور ان کی چالکتا بڑھتے ہوئے درجہ حرارت یا روشنی کے ساتھ بڑھ جاتی ہے۔ سیمی کنڈکٹرز کی یہ خصوصیت انہیں روشنی اور درجہ حرارت کے سینسر میں لاگو کرتی ہے، لیکن ان کا بنیادی اطلاق اب بھی الیکٹرانکس ہے۔
اگر آپ دیکھیں، مثال کے طور پر، ایک سلیکون کرسٹل پر، تو آپ کو معلوم ہوگا کہ سلیکان کی 4 کی ویلینسی ہے، یعنی اس کے ایٹم کے بیرونی خول پر 4 الیکٹران ہیں جو کرسٹل میں چار پڑوسی سلکان ایٹموں سے جڑے ہوئے ہیں۔ اگر ایسا کرسٹل گرمی یا روشنی سے متاثر ہوتا ہے، تو والینس الیکٹران توانائی میں اضافہ حاصل کریں گے اور اپنے ایٹموں کو چھوڑ دیں گے، آزاد الیکٹران بن جائیں گے - ایک الیکٹران گیس سیمی کنڈکٹر کے کھلے حجم میں ظاہر ہوگی - جیسے دھاتوں میں، یعنی، یہ ایک ہولڈنگ حالت ہوتی ہے.
لیکن دھاتوں کے برعکس، سیمی کنڈکٹرز الیکٹرانوں اور سوراخوں کی چالکتا میں مختلف ہوتے ہیں۔ یہ کیوں ہو رہا ہے اور یہ کیا ہے؟ جب والینس الیکٹران اپنی سائٹوں کو چھوڑ دیتے ہیں، تو ان سابقہ جگہوں پر منفی چارج کی کمی کے علاقے — "سوراخ" — بن جاتے ہیں، جن میں اب مثبت چارج کی زیادتی ہوتی ہے۔
پڑوسی الیکٹران آسانی سے نتیجے میں آنے والے «سوراخ» میں چھلانگ لگا دے گا، اور جیسے ہی یہ سوراخ اس الیکٹران سے بھر جاتا ہے جو اس میں چھلانگ لگاتا ہے، چھلانگ لگنے والے الیکٹران کی جگہ دوبارہ ایک سوراخ بن جاتا ہے۔
یعنی، یہ پتہ چلتا ہے کہ ایک سوراخ ایک سیمی کنڈکٹر کا مثبت چارج شدہ حرکت پذیر خطہ ہے۔ اور جب ایک سیمی کنڈکٹر EMF سورس کے ساتھ ایک سرکٹ سے منسلک ہوتا ہے، تو الیکٹران ماخذ کے مثبت ٹرمینل کی طرف اور سوراخ منفی ٹرمینل کی طرف چلے جائیں گے۔ سیمی کنڈکٹر کی اندرونی چالکتا اس طرح ہوتی ہے۔
بغیر لاگو برقی فیلڈ کے سیمی کنڈکٹر میں سوراخوں اور ترسیل کے الیکٹرانوں کی حرکت افراتفری ہوگی۔ اگر کرسٹل پر بیرونی برقی فیلڈ لگائی جائے تو اس کے اندر موجود الیکٹران فیلڈ کے خلاف حرکت کریں گے، اور سوراخ میدان کے ساتھ ساتھ حرکت کریں گے، یعنی سیمی کنڈکٹر میں اندرونی ترسیل کا رجحان رونما ہوگا، جو نہ صرف الیکٹران کی وجہ سے، بلکہ سوراخوں کی وجہ سے بھی۔
سیمی کنڈکٹر میں ترسیل ہمیشہ صرف کچھ بیرونی عوامل کے زیر اثر ہوتی ہے: فوٹان کے ساتھ شعاع ریزی کی وجہ سے، درجہ حرارت کے اثر سے، جب برقی میدان لگائے جاتے ہیں، وغیرہ۔
سیمی کنڈکٹر میں فرمی لیول بینڈ گیپ کے بیچ میں آتا ہے۔ الیکٹران کی اوپری والینس بینڈ سے نچلے کنڈکشن بینڈ میں منتقلی کے لیے بینڈ گیپ ڈیلٹا کے برابر ایکٹیویشن انرجی کی ضرورت ہوتی ہے (شکل دیکھیں)۔ اور جیسے ہی کنڈکشن بینڈ میں ایک الیکٹران ظاہر ہوتا ہے، والینس بینڈ میں ایک سوراخ بن جاتا ہے۔ اس طرح، موجودہ کیریئرز کے جوڑے کی تشکیل کے دوران خرچ ہونے والی توانائی کو یکساں طور پر تقسیم کیا جاتا ہے۔
نصف توانائی (بینڈ کی چوڑائی کے نصف کے مساوی) الیکٹران کی منتقلی پر اور آدھی سوراخ کی تشکیل پر خرچ ہوتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، اصلیت پٹی کی چوڑائی کے وسط سے مساوی ہے۔ سیمی کنڈکٹر میں فرمی انرجی وہ توانائی ہے جس پر الیکٹران اور سوراخ پرجوش ہوتے ہیں۔ بینڈ گیپ کے وسط میں سیمی کنڈکٹر کے لیے فرمی لیول کی پوزیشن کی تصدیق ریاضی کے حساب سے کی جا سکتی ہے، لیکن ہم یہاں ریاضیاتی حساب کو چھوڑ دیتے ہیں۔
بیرونی عوامل کے زیر اثر، مثال کے طور پر، جب درجہ حرارت بڑھتا ہے، تو سیمی کنڈکٹر کی کرسٹل جالی کی تھرمل کمپن کچھ والینس بانڈز کی تباہی کا باعث بنتی ہے، جس کے نتیجے میں کچھ الیکٹران، الگ، فری چارج کیریئر بن جاتے ہیں۔ .
سیمی کنڈکٹرز میں، سوراخوں اور الیکٹرانوں کی تشکیل کے ساتھ، دوبارہ ملاپ کا عمل ہوتا ہے: الیکٹران کنڈکشن بینڈ سے والینس بینڈ میں داخل ہوتے ہیں، اپنی توانائی کرسٹل جالی کو دیتے ہیں اور برقی مقناطیسی تابکاری کے اخراج کوانٹا کرتے ہیں۔اس طرح، ہر درجہ حرارت سوراخوں اور الیکٹرانوں کے توازن کے ارتکاز سے مطابقت رکھتا ہے، جو درج ذیل اظہار کے مطابق درجہ حرارت پر منحصر ہے:
سیمی کنڈکٹرز کی ناپاک چالکتا بھی ہوتی ہے، جب کسی خالص سیمی کنڈکٹر کے کرسٹل میں تھوڑا سا مختلف مادہ داخل کیا جاتا ہے جس کی اصل مادہ سے زیادہ یا کم والینسی ہوتی ہے۔
اگر خالص میں، یوں کہہ لیں کہ ایک ہی سلیکان، سوراخوں اور آزاد الیکٹرانوں کی تعداد برابر ہے، یعنی وہ ہر وقت جوڑوں میں بنتے رہتے ہیں، تو سیلیکان میں شامل ہونے والی ناپاکی کی صورت میں، مثال کے طور پر، آرسینک، 5 کی valence، سوراخوں کی تعداد مفت الیکٹرانوں کی تعداد سے کم ہوگی، یعنی، ایک سیمی کنڈکٹر بڑی تعداد میں مفت الیکٹرانوں کے ساتھ بنتا ہے، منفی طور پر چارج کیا جاتا ہے، یہ ایک این قسم (منفی) سیمی کنڈکٹر ہوگا۔ اور اگر آپ انڈیم کو ملاتے ہیں، جس کی ویلینسی 3 ہے، جو کہ سلیکان سے کم ہے، تو مزید سوراخ ہوں گے- یہ ایک p-قسم (مثبت) سیمی کنڈکٹر ہوگا۔
اب، اگر ہم مختلف چالکتا کے سیمی کنڈکٹرز کو رابطے میں لاتے ہیں، تو رابطہ کے مقام پر ہمیں p-n جنکشن ملتا ہے۔ n-علاقے سے حرکت کرنے والے الیکٹران اور p-علاقے سے حرکت کرنے والے سوراخ ایک دوسرے کی طرف بڑھنا شروع کر دیں گے، اور رابطہ کے مخالف سمتوں پر مخالف چارجز والے خطے ہوں گے (pn-جنکشن کے مخالف سمتوں پر): ایک مثبت چارج n-علاقے میں اور ایک منفی چارج p-علاقے میں جمع ہوگا۔ منتقلی کے حوالے سے کرسٹل کے مختلف حصوں پر الٹا چارج کیا جائے گا۔ یہ عہدہ ہر کسی کے کام کے لیے بہت اہم ہے۔ سیمی کنڈکٹر آلات.
اس طرح کے آلے کی سب سے آسان مثال ایک سیمی کنڈکٹر ڈائیوڈ ہے، جہاں صرف ایک پی این جنکشن استعمال ہوتا ہے، جو کام کو حاصل کرنے کے لیے کافی ہوتا ہے - کرنٹ کو صرف ایک سمت میں چلانا۔
n-علاقے سے الیکٹران طاقت کے منبع کے مثبت قطب کی طرف بڑھتے ہیں اور p-علاقے سے سوراخ منفی قطب کی طرف بڑھتے ہیں۔ کافی مثبت اور منفی چارجز جنکشن کے قریب جمع ہوں گے، جنکشن کی مزاحمت نمایاں طور پر کم ہو جائے گی اور کرنٹ سرکٹ سے گزرے گا۔
ڈائیوڈ کے معکوس کنکشن میں، کرنٹ دسیوں ہزار گنا کم نکلے گا، کیونکہ الیکٹران اور سوراخ جنکشن سے مختلف سمتوں میں برقی میدان کے ذریعے اڑائے جائیں گے۔ یہ اصول کام کرتا ہے۔ ڈایڈڈ ریکٹیفائر.