سیمی کنڈکٹر مواد - جرمینیم اور سلکان

سیمی کنڈکٹر مواد کے ایک وسیع علاقے کی نمائندگی کرتے ہیں جو ایک دوسرے سے مختلف قسم کے برقی اور جسمانی خصوصیات کے ساتھ ساتھ کیمیائی ساخت کی ایک وسیع اقسام کے ساتھ مختلف ہوتے ہیں، جو ان کے تکنیکی استعمال میں مختلف مقاصد کا تعین کرتے ہیں۔

کیمیائی نوعیت کے لحاظ سے، جدید سیمی کنڈکٹر مواد کو مندرجہ ذیل چار اہم گروپوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

1. کسی ایک عنصر کے ایٹموں یا مالیکیولز سے بنا کرسٹل لائن سیمی کنڈکٹر مواد۔ اس طرح کے مواد فی الحال بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے جرمینیم، سلکان، سیلینیم، بوران، سلکان کاربائیڈ، وغیرہ.

2. آکسائیڈ کرسٹل لائن سیمی کنڈکٹر مواد، یعنی دھاتی آکسائڈ مواد. اہم ہیں: کاپر آکسائیڈ، زنک آکسائیڈ، کیڈمیم آکسائیڈ، ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ، نکل آکسائیڈ، وغیرہ۔ اس گروپ میں بیریم ٹائٹینیٹ، سٹرونٹیئم، زنک اور دیگر غیر نامیاتی مرکبات پر مبنی مواد بھی شامل ہیں جن میں مختلف چھوٹے اضافی اجزاء شامل ہیں۔

3. مینڈیلیف کے عناصر کے نظام کے تیسرے اور پانچویں گروپ کے ایٹموں کے مرکبات پر مبنی کرسٹل لائن سیمی کنڈکٹر مواد۔ اس طرح کے مواد کی مثالیں انڈیم، گیلیم اور ایلومینیم اینٹیمونائڈز ہیں، یعنیانڈیم، گیلیم، اور ایلومینیم کے ساتھ اینٹیمونی کے مرکبات۔ یہ انٹرمیٹالک مرکبات کہلاتے تھے۔

4. ایک طرف سلفر، سیلینیم اور ٹیلوریم کے مرکبات پر مبنی کرسٹل لائن سیمی کنڈکٹر مواد اور دوسری طرف تانبا، کیڈمیم اور پگ Ca۔ اس طرح کے مرکبات کو بالترتیب کہا جاتا ہے: سلفائڈز، سیلینائڈز اور ٹیلرائڈز۔

تمام سیمی کنڈکٹر مواد، جیسا کہ پہلے ہی ذکر کیا گیا ہے، کرسٹل ڈھانچے کے ذریعہ دو گروپوں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔ کچھ مواد بڑے سنگل کرسٹل (سنگل کرسٹل) کی شکل میں بنائے جاتے ہیں، جن سے مختلف سائز کی پلیٹوں کو مخصوص کرسٹل سمتوں میں کاٹا جاتا ہے تاکہ ریکٹیفائر، ایمپلیفائر، فوٹو سیلز میں استعمال کیا جا سکے۔

اس طرح کے مواد سے سنگل کرسٹل سیمی کنڈکٹرز کا گروپ بنتا ہے... سب سے زیادہ عام سنگل کرسٹل مواد جرمینیم اور سلکان ہیں۔ سلکان کاربائیڈ کے سنگل کرسٹل، انٹرمیٹالک مرکبات کے سنگل کرسٹل کی تیاری کے لیے RM طریقے تیار کیے گئے ہیں۔

دوسرے سیمی کنڈکٹر مواد بہت چھوٹے کرسٹل کا مرکب ہیں جو تصادفی طور پر ایک ساتھ سولڈرڈ ہوتے ہیں۔ اس طرح کے مواد کو پولی کرسٹل لائن کہا جاتا ہے... پولی کرسٹل لائن سیمی کنڈکٹر مواد کے نمائندے سیلینیم اور سلکان کاربائیڈ ہیں، نیز سیرامک ​​ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے مختلف آکسائیڈز سے بنے ہوئے مواد۔

وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والے سیمی کنڈکٹر مواد پر غور کریں۔

جرمینیم - مینڈیلیف کے عناصر کے متواتر نظام کے چوتھے گروپ کا ایک عنصر۔ جرمینیم میں چاندی کا روشن رنگ ہے۔ جرمینیم کا پگھلنے کا نقطہ 937.2 ° C ہے۔ یہ اکثر فطرت میں پایا جاتا ہے، لیکن بہت کم مقدار میں۔ جرمینیم کی موجودگی زنک کچ دھاتوں اور مختلف کوئلوں کی راکھ میں پائی جاتی ہے۔ جرمینیئم کی پیداوار کا بنیادی ذریعہ کوئلہ کی راکھ اور میٹالرجیکل پلانٹس کا فضلہ ہے۔

چاول۔ 1. جرمینیم

کئی کیمیائی کارروائیوں کے نتیجے میں حاصل ہونے والا جرمینیم انگوٹ ابھی تک اس سے سیمی کنڈکٹر آلات کی تیاری کے لیے موزوں مادہ نہیں ہے۔ اس میں ناقابل حل نجاست ہے، ابھی تک کوئی ایک کرسٹل نہیں ہے، اور اس میں کوئی اضافی شامل نہیں ہے جو مطلوبہ قسم کی برقی چالکتا کا تعین کرتا ہے۔

یہ بڑے پیمانے پر ناقابل حل نجاست زون پگھلنے کے طریقہ کار سے پنڈ کو صاف کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے... یہ طریقہ صرف ان نجاستوں کو دور کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جو کسی ٹھوس سیمی کنڈکٹر اور اس کے پگھلنے میں مختلف طریقے سے پگھلتی ہیں۔

جرمینیم بہت سخت لیکن انتہائی ٹوٹنے والا ہے اور اثر پڑنے پر چھوٹے چھوٹے ٹکڑوں میں بکھر جاتا ہے۔ تاہم، ہیرے کی آری یا دیگر آلات کا استعمال کرتے ہوئے، اسے پتلی سلائسوں میں کاٹا جا سکتا ہے۔ گھریلو صنعت کے ساتھ ملاوٹ شدہ جرمینیم تیار کرتا ہے۔ الیکٹرانک چالکتا 0.003 سے 45 ohm NS cm تک مزاحمیت کے ساتھ مختلف درجات اور 0.4 سے 5.5 ohm NS cm اور اس سے اوپر کے resistivity کے ساتھ سوراخوں کی برقی چالکتا کے ساتھ مرکب جرمینیم۔ کمرے کے درجہ حرارت پر خالص جرمینیم کی مخصوص مزاحمت ρ = 60 ohm NS cm۔

ایک سیمی کنڈکٹر مواد کے طور پر جرمینیم نہ صرف ڈائیوڈس اور ٹرائیوڈز کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے، بلکہ اس کا استعمال تیز دھاروں کے لیے پاور ریکٹیفائر، مقناطیسی میدان کی طاقت کی پیمائش کے لیے استعمال ہونے والے مختلف سینسر، کم درجہ حرارت کے لیے مزاحمتی تھرمامیٹر وغیرہ کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

سلکان فطرت میں وسیع پیمانے پر تقسیم کیا جاتا ہے. یہ، جرمینیم کی طرح، عناصر کے مینڈیلیف نظام کے چوتھے گروپ کا ایک عنصر ہے اور ایک ہی کرسٹل (کیوبک) ساخت کا حامل ہے۔ پالش سلکان سٹیل کی دھاتی چمک پر لیتا ہے.

سلیکون قدرتی طور پر آزاد حالت میں نہیں پایا جاتا، حالانکہ یہ زمین پر دوسرا سب سے زیادہ وافر عنصر ہے، جو کوارٹج اور دیگر معدنیات کی بنیاد بناتا ہے۔ SiO2 کاربن کے اعلی درجہ حرارت میں کمی کے ذریعے سلکان کو اس کی بنیادی شکل میں الگ تھلگ کیا جا سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، ایسڈ ٹریٹمنٹ کے بعد سلکان کی پاکیزگی ~ 99.8٪ ہے، اور اس شکل میں سیمی کنڈکٹر کے آلات کے لیے، یہ استعمال نہیں کیا جاتا ہے۔

اعلی طہارت کا سلکان اس کے پہلے سے اچھی طرح سے صاف شدہ اتار چڑھاؤ والے مرکبات (ہیلائیڈز، سائلین) سے حاصل کیا جاتا ہے یا تو زنک یا ہائیڈروجن کے ساتھ ان کے اعلی درجہ حرارت میں کمی سے، یا ان کے تھرمل سڑن سے۔ رد عمل کے دوران جاری کیا جاتا ہے، سلکان کو رد عمل کے چیمبر کی دیواروں پر یا ایک خاص حرارتی عنصر پر جمع کیا جاتا ہے - اکثر اعلی پاکیزگی والے سلکان سے بنی چھڑی پر۔

چاول۔ 2. سلیکون

جرمینیم کی طرح، سلیکن ٹوٹنے والا ہے۔ اس کا پگھلنے کا نقطہ جرمینیم سے نمایاں طور پر زیادہ ہے: 1423 ° C. کمرے کے درجہ حرارت پر خالص سلکان کی مزاحمت ρ = 3 NS 105 ohm-see

چونکہ سلیکان کا پگھلنے کا نقطہ جرمینیم سے بہت زیادہ ہے، اس لیے گریفائٹ کروسیبل کو کوارٹج کروسیبل سے بدل دیا جاتا ہے، کیونکہ زیادہ درجہ حرارت پر گریفائٹ سلیکون کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے سلکان کاربائیڈ بنا سکتا ہے۔ مزید برآں، گریفائٹ آلودگی پگھلے ہوئے سلکان میں داخل ہو سکتی ہے۔

یہ صنعت 0.01 سے 35 اوہم x سینٹی میٹر تک مزاحمت کے ساتھ الیکٹرانک چالکتا (مختلف درجات) کے ساتھ سیمی کنڈکٹر ڈوپڈ سلیکون تیار کرتی ہے اور 0.05 سے 35 اوہم x سینٹی میٹر تک مزاحمت کے ساتھ مختلف درجات کی ہول کنڈکٹیوٹی بھی تیار کرتی ہے۔

سلیکون، جرمینیم کی طرح، بہت سے سیمی کنڈکٹر آلات کی تیاری میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔سلکان ریکٹیفائر میں، زیادہ ریورس وولٹیجز اور آپریٹنگ درجہ حرارت (130 - 180 ° C) جرمینیئم ریکٹیفائر (80 ° C) کے مقابلے میں حاصل کیے جاتے ہیں۔ پوائنٹ اور ہوائی جہاز سلکان سے بنے ہیں۔ ڈایڈس اور ٹرائیوڈس، فوٹو سیلز، اور دیگر سیمی کنڈکٹر آلات۔

انجیر میں۔ 3 ان میں نجاست کے ارتکاز پر دونوں اقسام کے جرمینیئم اور سلکان کی مزاحمت کا انحصار ظاہر کرتا ہے۔

چاول۔ 3. کمرے کے درجہ حرارت پر جرمینیم اور سلکان کی مزاحمت پر نجاست کے ارتکاز کا اثر: 1 — سلکان، 2 — جرمینیم

اعداد و شمار کے منحنی خطوط سے پتہ چلتا ہے کہ نجاست مزاحمت پر بہت زیادہ اثر ڈالتی ہے: جرمینیم میں، یہ 60 اوہم x سینٹی میٹر کی اندرونی مزاحمتی قدر سے 10-4 اوہم x سینٹی میٹر تک بدل جاتی ہے، یعنی 5 x 105 گنا، اور سلکان 3 x 103 سے 10-4 اوہم x سینٹی میٹر، یعنی 3 x 109 میں ایک بار۔

غیر لکیری ریزسٹرس کی تیاری کے لیے مواد کے طور پر، پولی کرسٹل لائن مواد خاص طور پر بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے - سلکان کاربائیڈ۔

چاول۔ 4. سلکان کاربائیڈ

پاور لائنوں کے لیے والو محدود کرنے والے سلکان کاربائیڈ سے بنے ہوتے ہیں - ایسے آلات جو پاور لائن کو اوور وولٹیج سے بچاتے ہیں۔ ان میں، ایک غیر لکیری سیمی کنڈکٹر (سلیکون کاربائیڈ) سے بنی ڈسکیں لائن میں ہونے والی سرج لہروں کے عمل کے تحت کرنٹ کو زمین پر منتقل کرتی ہیں۔ اس کے نتیجے میں لائن کا معمول کا آپریشن بحال ہو گیا ہے۔ آپریٹنگ وولٹیج پر، ان ڈسکوں کی مزاحمت کی لکیریں بڑھ جاتی ہیں اور لائن سے زمین تک رساو کرنٹ رک جاتا ہے۔

سلکان کاربائیڈ مصنوعی طور پر تیار کی جاتی ہے — کوارٹج ریت کے مرکب کو کوئلے کے ساتھ اعلی درجہ حرارت (2000 ° C) پر گرمی کے علاج سے۔

متعارف کرائے گئے additives پر منحصر ہے، سلکان کاربائیڈ کی دو اہم اقسام بنتی ہیں: سبز اور سیاہ۔وہ برقی چالکتا کی قسم میں ایک دوسرے سے مختلف ہیں، یعنی: سبز سلکان کاربائیڈ این قسم کی برقی چالکتا پھینکتی ہے، اور سیاہ - پی قسم کی چالکتا کے ساتھ۔

کے لیے والو پابندیاں سلکان کاربائیڈ 55 سے 150 ملی میٹر قطر اور 20 سے 60 ملی میٹر کی اونچائی والی ڈسکس بنانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ والو اسٹاپ میں، سلکان کاربائیڈ ڈسکس ایک دوسرے کے ساتھ اور چنگاری کے فرق کے ساتھ سیریز میں جڑے ہوتے ہیں۔ ڈسکس اور اسپارک پلگ پر مشتمل نظام کوائل اسپرنگ سے کمپریس کیا جاتا ہے۔ ایک بولٹ کے ساتھ، گرفتار کنندہ سے منسلک ہے پاور لائن کنڈکٹر، اور ° C گرفتار کرنے والے کا دوسرا رخ زمین سے تار کے ذریعے جڑا ہوا ہے۔ فیوز کے تمام حصوں کو چینی مٹی کے برتن کے کیس میں رکھا گیا ہے۔

عام ٹرانسمیشن لائن وولٹیج پر، والو لائن کرنٹ کو نہیں گزرتا ہے۔ ماحولیاتی بجلی یا اندرونی اضافے سے پیدا ہونے والے بڑھے ہوئے وولٹیجز (سرجز) پر، چنگاری کے خلا پیدا ہوتے ہیں اور والو ڈسکس ہائی وولٹیج کے تحت ہوں گے۔

ان کی مزاحمت تیزی سے کم ہو جائے گی، جو لائن سے زمین تک موجودہ رساو کو یقینی بنائے گی۔ زیادہ کرنٹ گزرنے سے وولٹیج معمول پر آجائے گا اور والو ڈسکس میں مزاحمت بڑھ جائے گی۔ والو بند ہو جائے گا، یعنی لائن کا آپریٹنگ کرنٹ ان تک منتقل نہیں کیا جائے گا۔

سلکان کاربائیڈ اعلی آپریٹنگ درجہ حرارت (500 ° C تک) پر کام کرنے والے سیمی کنڈکٹر ریکٹیفائر میں بھی استعمال ہوتا ہے۔