सेमीकंडक्टर डिवाइस, एक सामग्री से बना इलेक्ट्रॉनिक सर्किट घटक जो न तो एक अच्छा कंडक्टर है और न ही एक अच्छा इन्सुलेटर (इसलिए अर्धचालक)। इस तरह के उपकरणों को उनकी कॉम्पैक्टनेस, विश्वसनीयता और कम लागत के कारण व्यापक अनुप्रयोग मिले हैं। असतत घटकों के रूप में, उन्होंने ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण सहित बिजली उपकरणों, ऑप्टिकल सेंसर और प्रकाश उत्सर्जक में उपयोग पाया है। वे कुछ nanoamperes से वर्तमान रेटिंग (10 के साथ, current- और वोल्टेज-हैंडलिंग क्षमताओं की एक विस्तृत श्रृंखला है -9एम्पीयर) 5,000 से अधिक एम्पीयर और वोल्टेज रेटिंग्स 100,000 वोल्ट से ऊपर फैली हुई हैं। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि, सेमीकंडक्टर डिवाइस खुद को जटिल लेकिन आसानी से निर्माण योग्य माइक्रोएलेट्रोनिक सर्किट में एकीकरण के लिए उधार देते हैं। वे संचार, उपभोक्ता, डेटा-प्रोसेसिंग, और औद्योगिक-नियंत्रण उपकरणों सहित इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के बहुमत के लिए महत्वपूर्ण तत्व हैं।
सेमीकंडक्टर और जंक्शन सिद्धांत
अर्धचालक सामग्री
ठोस-राज्य सामग्री को आमतौर पर तीन वर्गों में बांटा जाता है: इन्सुलेटर, अर्धचालक और कंडक्टर। (कम तापमान पर कुछ कंडक्टर, अर्धचालक और इंसुलेटर सुपरकंडक्टर्स बन सकते हैं।) चित्रा 1 चालकता को दर्शाता है conduct (और इसी प्रतिरोधक ρ = 1 / that) जो तीन वर्गों में से प्रत्येक में कुछ महत्वपूर्ण सामग्रियों से जुड़े हैं। इस तरह जुड़े हुए क्वार्ट्ज और कांच के रूप में इंसुलेटर, 10 के आदेश पर, बहुत कम चालकता है -18 से 10 -10 प्रति सेंटीमीटर सीमेंस; और कंडक्टर, जैसे एल्यूमीनियम, में उच्च चालकता होती है, आमतौर पर 10 4 से 10 6 सेंटीमीटर प्रति सेंटीमीटर। अर्धचालकों की चालकता इन चरम सीमाओं के बीच होती है।
एक अर्धचालक की चालकता आमतौर पर तापमान, रोशनी, चुंबकीय क्षेत्रों और अशुद्धता परमाणुओं की मिनट मात्रा के प्रति संवेदनशील होती है। उदाहरण के लिए, एक विशेष प्रकार की अशुद्धता के 0.01 प्रतिशत से कम के जोड़ से सेमीकंडक्टर की विद्युत चालकता को चार या अधिक मात्रा में परिमाण (यानी, 10,000 गुना) तक बढ़ाया जा सकता है। पांच सामान्य अर्धचालकों के लिए अशुद्धता परमाणुओं के कारण अर्धचालक चालकता की श्रेणियां चित्रा 1 में दी गई हैं।
19 वीं शताब्दी की शुरुआत में अर्धचालक सामग्रियों का अध्ययन शुरू हुआ। वर्षों से, कई अर्धचालकों की जांच की गई है। तालिका अर्धचालकों से संबंधित आवर्त सारणी के एक हिस्से को दिखाती है। मौलिक अर्धचालक, परमाणुओं की एकल प्रजातियों से बने होते हैं, जैसे कि स्तंभ IV में सिलिकॉन (Si), जर्मेनियम (Ge), और ग्रे टिन (Sn) और स्तंभ VI में सेलेनियम (Se) और टेल्यूरियम (Te)। हालाँकि, कई यौगिक अर्धचालक हैं जो दो या अधिक तत्वों से बने होते हैं। गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), उदाहरण के लिए, एक द्विआधारी III-V यौगिक है, जो स्तंभ III से गैलियम (Ga) का संयोजन है और स्तंभ V से आर्सेनिक (As) है।
अर्धचालकों से संबंधित तत्वों की आवर्त सारणी का भाग
| अवधि | स्तंभ | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| द्वितीय | तृतीय | चतुर्थ | वी | छठी | |
| 2 | बोरन
बी |
कार्बन
सी |
नाइट्रोजन
एन |
||
| 3 | मैग्नीशियम
मिलीग्राम |
एल्युमिनियम
अल |
सिलिकॉन
सी |
फॉस्फोरस
पी |
सल्फर
एस |
| 4 | जिंक
Zn |
गैलियम
गा |
जर्मेनियम
जीई |
आर्सेनिक के
रूप में |
सेलेनियम
से |
| 5 | कैडमियम
सी.डी. |
इंडियम
में |
टिन
एस.एन. |
सुरमा
एसबी |
टेल्यूरियम
ते |
| 6 | पारा
Hg |
सीसा
Pb |
|||
तीन अलग-अलग स्तंभों से तत्वों द्वारा टर्नरी यौगिकों का निर्माण किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, पारा इंडियम टेल्यूराइड (HgIn 2 Te 4), एक II-III-VI यौगिक। वे दो स्तंभों से तत्वों द्वारा भी बन सकते हैं, जैसे कि एल्यूमीनियम गैलियम आर्सेनाइड (अल एक्स गा 1 - एक्स अस), जो एक टर्नरी III-V यौगिक है, जहां अल और गा दोनों स्तंभ III से हैं और सबस्क्रिप्ट x संबंधित है 100 प्रतिशत अल (x = 1) से 100 प्रतिशत गा (x = 0) दो तत्वों की संरचना के लिए। शुद्ध सिलिकॉन एकीकृत सर्किट अनुप्रयोग के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्री है, और III-V बाइनरी और टर्नरी यौगिक प्रकाश उत्सर्जन के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं।
1947 में द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के आविष्कार से पहले, अर्धचालक का उपयोग केवल दो-टर्मिनल उपकरणों जैसे कि रेक्टीफायर्स और फोटोडायोड के रूप में किया जाता था। 1950 के दशक की शुरुआत में, जर्मेनियम प्रमुख अर्धचालक सामग्री थी। हालांकि, यह कई अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त साबित हुआ, क्योंकि सामग्री से बने उपकरणों ने केवल उच्च तापमान पर उच्च रिसाव धाराओं का प्रदर्शन किया। 1960 के दशक की शुरुआत से, सिलिकॉन एक व्यावहारिक विकल्प बन गया है, जो सेमीकंडक्टर निर्माण के लिए एक सामग्री के रूप में लगभग जर्मेनियम को दबा रहा है। इसके मुख्य कारण दो गुना हैं: (1) सिलिकॉन उपकरण बहुत कम रिसाव धाराओं को प्रदर्शित करते हैं, और (2) उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO 2), जो एक इन्सुलेटर है, उत्पादन करना आसान है। सिलिकॉन तकनीक अब तक सभी अर्धचालक प्रौद्योगिकियों के बीच सबसे अधिक उन्नत है, और सिलिकॉन आधारित डिवाइस दुनिया भर में सभी अर्धचालक हार्डवेयर के 95 प्रतिशत से अधिक का गठन करते हैं।
कई यौगिक अर्धचालकों में विद्युत और ऑप्टिकल गुण होते हैं जो सिलिकॉन में अनुपस्थित हैं। इन अर्धचालक, विशेष रूप से गैलियम आर्सेनाइड, का उपयोग मुख्य रूप से उच्च गति और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।
