కండక్టర్ నిరోధకత. వాహకత. విద్యుద్వాహకములు. కండక్టర్ల మరియు ఇన్సులేటర్ల అప్లికేషన్. సెమీకండక్టర్స్.
భౌతిక పదార్థాలు వాటి విద్యుత్ లక్షణాలలో విభిన్నంగా ఉంటాయి. పదార్థం యొక్క అత్యంత విస్తృతమైన తరగతులు కండక్టర్లు మరియు విద్యుద్వాహకములు.
కండక్టర్లు
కండక్టర్ల ప్రధాన లక్షణం- థర్మల్ మోషన్‌లో పాల్గొనే ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఉనికి మరియు పదార్థం యొక్క మొత్తం వాల్యూమ్‌లో కదలవచ్చు.
నియమం ప్రకారం, అటువంటి పదార్ధాలలో ఉప్పు ద్రావణాలు, కరుగుతుంది, నీరు (స్వేదన మినహా), తేమతో కూడిన నేల, మానవ శరీరం మరియు, వాస్తవానికి, లోహాలు ఉన్నాయి.
లోహాలువిద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క ఉత్తమ కండక్టర్లుగా పరిగణించబడతాయి.
లోహాలు లేని చాలా మంచి కండక్టర్లు కూడా ఉన్నాయి.
అటువంటి కండక్టర్లలో, ఉత్తమ ఉదాహరణ కార్బన్.
అందరు కండక్టర్లువంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి ప్రతిఘటన
మరియు వాహకత
. ఎలెక్ట్రిక్ ఛార్జీలు, అణువులు లేదా పదార్ధం యొక్క అయాన్లతో ఢీకొనడం, విద్యుత్ క్షేత్రంలో వాటి కదలికకు కొంత నిరోధకతను అధిగమించడం వలన, కండక్టర్లకు విద్యుత్ నిరోధకత ఉందని చెప్పడం ఆచారం ( ఆర్).
ప్రతిఘటన యొక్క పరస్పర చర్యను వాహకత అంటారు ( జి).
G = 1/ R
అంటే, వాహకత – ఇది విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని నిర్వహించడానికి కండక్టర్ యొక్క ఆస్తి లేదా సామర్థ్యం.
మీరు దానిని అర్థం చేసుకోవాలి మంచి మార్గదర్శకులువిద్యుత్ ఛార్జీల ప్రవాహానికి చాలా తక్కువ ప్రతిఘటనను సూచిస్తుంది మరియు తదనుగుణంగా, అధిక వాహకత కలిగి ఉంటాయి. మంచి కండక్టర్, దాని వాహకత ఎక్కువ. ఉదాహరణకు, ఒక రాగి కండక్టర్ బి ఓ
అల్యూమినియం కండక్టర్ కంటే అధిక వాహకత, మరియు వెండి కండక్టర్ యొక్క వాహకత రాగితో చేసిన అదే కండక్టర్ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.
విద్యుద్వాహకములు
విద్యుద్వాహకాలు ఉన్నాయి, అన్నింటిలో మొదటిది, విద్యుత్ ఛార్జీలను చాలా పేలవంగా నిర్వహించే వాయువులు. అలాగే గాజు, పింగాణీ, సెరామిక్స్, రబ్బరు, కార్డ్బోర్డ్, పొడి చెక్క, వివిధ ప్లాస్టిక్స్ మరియు రెసిన్లు.
వస్తువులువిద్యుద్వాహకము నుండి తయారు చేయబడిన అవాహకాలు అంటారు. అవాహకాల యొక్క విద్యుద్వాహక లక్షణాలు ఎక్కువగా పర్యావరణ స్థితిపై ఆధారపడి ఉన్నాయని గమనించాలి. అందువలన, అధిక తేమ ఉన్న పరిస్థితుల్లో (నీరు మంచి కండక్టర్), కొన్ని విద్యుద్వాహకములు పాక్షికంగా వాటి విద్యుద్వాహక లక్షణాలను కోల్పోతాయి.
కండక్టర్లు మరియు ఇన్సులేటర్ల ఉపయోగం గురించి
ఉదా, ఇంట్లో అన్ని విద్యుత్ వైర్లు మెటల్ (సాధారణంగా రాగి లేదా అల్యూమినియం) తయారు చేస్తారు. మరియు ఈ తీగల యొక్క కోశం లేదా సాకెట్‌లోకి ప్లగ్ చేయబడిన ప్లగ్ వివిధ పాలిమర్‌లతో తయారు చేయబడాలి, ఇవి మంచి అవాహకాలు మరియు విద్యుత్ ఛార్జీలను అనుమతించవు.
ఇది గమనించాలి"కండక్టర్" లేదా "ఇన్సులేటర్" అనే పదాలు నాణ్యత లక్షణాలను ప్రతిబింబించవు: ఈ పదార్థాల లక్షణాలు వాస్తవానికి చాలా మంచి నుండి చాలా తక్కువ వరకు ఉంటాయి.
వెండి, బంగారం, ప్లాటినం చాలా మంచి కండక్టర్లు, కానీ ఇవి ఖరీదైన లోహాలు, కాబట్టి అవి ఉత్పత్తి (స్పేస్, డిఫెన్స్) పనితీరుతో పోలిస్తే ధర తక్కువ ప్రాముఖ్యత ఉన్న చోట మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి.
రాగి మరియు అల్యూమినియం కూడా మంచి కండక్టర్లు మరియు అదే సమయంలో చవకైనవి, ఇది వాటి విస్తృత వినియోగాన్ని ముందే నిర్ణయించింది.
టంగ్‌స్టన్ మరియు మాలిబ్డినం, దీనికి విరుద్ధంగా, పేలవమైన కండక్టర్లు మరియు ఈ కారణంగా ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్‌లలో ఉపయోగించలేము (అవి సర్క్యూట్ యొక్క ఆపరేషన్‌కు అంతరాయం కలిగిస్తాయి), అయితే ఈ లోహాల యొక్క అధిక నిరోధకత, వక్రీభవనతతో కలిపి, ప్రకాశించే దీపాలలో వాటి వినియోగాన్ని ముందే నిర్ణయించింది. మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్.
అవాహకాలుచాలా మంచివి కూడా ఉన్నాయి, మంచివి మరియు చెడ్డవి మాత్రమే ఉన్నాయి. నిజమైన విద్యుద్వాహకములు కూడా ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉండటమే దీనికి కారణం, అయినప్పటికీ వాటిలో చాలా తక్కువ. ఇన్సులేటర్లలో కూడా ఉచిత ఛార్జీలు కనిపించడం ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క ఉష్ణ ప్రకంపనల కారణంగా ఉంటుంది: అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రభావంతో, కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఇప్పటికీ కోర్ నుండి వైదొలగడానికి మరియు విద్యుద్వాహకము యొక్క ఇన్సులేటింగ్ లక్షణాలు క్షీణిస్తాయి. కొన్ని విద్యుద్వాహకాలు ఎక్కువ ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటాయి మరియు వాటి ఇన్సులేషన్ నాణ్యత తదనుగుణంగా అధ్వాన్నంగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, సిరామిక్స్ మరియు కార్డ్బోర్డ్లను పోల్చడానికి ఇది సరిపోతుంది.
ఉత్తమ ఇన్సులేటర్ఆదర్శవంతమైన వాక్యూమ్, కానీ అది భూమిపై ఆచరణాత్మకంగా సాధించలేనిది. ఖచ్చితంగా స్వచ్ఛమైన నీరు కూడా అద్భుతమైన ఇన్సులేటర్ అవుతుంది, అయితే ఎవరైనా దీన్ని వాస్తవానికి చూశారా? మరియు ఏదైనా మలినాలు ఉన్న నీరు ఇప్పటికే మంచి కండక్టర్.
ఒక ఇన్సులేటర్ యొక్క నాణ్యతకు ప్రమాణం అది ఇచ్చిన సర్క్యూట్‌లో తప్పనిసరిగా నిర్వహించాల్సిన విధులకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. ఒక పదార్థం యొక్క విద్యుద్వాహక లక్షణాలు దాని ద్వారా ఏదైనా లీకేజీ చాలా తక్కువగా ఉంటే (సర్క్యూట్ యొక్క ఆపరేషన్ను ప్రభావితం చేయదు), అప్పుడు అటువంటి పదార్థం మంచి అవాహకంగా పరిగణించబడుతుంది.
సెమీకండక్టర్స్
పదార్థాలు ఉన్నాయి, ఇది వారి వాహకతలో కండక్టర్లు మరియు విద్యుద్వాహకముల మధ్య మధ్యస్థ స్థానాన్ని ఆక్రమిస్తుంది.
అటువంటి పదార్థాలను అంటారు సెమీకండక్టర్స్.
ఉష్ణోగ్రతపై విద్యుత్ ఛార్జీల వాహకత యొక్క బలమైన ఆధారపడటం, అలాగే మలినాలను ఏకాగ్రతపై అవి కండక్టర్ల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు కండక్టర్లు మరియు విద్యుద్వాహకములు రెండింటి లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.
మెటల్ కండక్టర్ల వలె కాకుండా, దీనిలో పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో వాహకత తగ్గుతుంది; సెమీకండక్టర్లలో, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో వాహకత పెరుగుతుంది మరియు ప్రతిఘటన, వాహకత యొక్క విలోమ విలువ తగ్గుతుంది.
తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్దసెమీకండక్టర్ల నిరోధకత, నుండి చూడవచ్చు బియ్యం. 1, అనంతం వైపు మొగ్గు చూపుతుంది.
దీని అర్థం సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రత వద్ద, సెమీకండక్టర్‌కు వాహక బ్యాండ్‌లో ఉచిత వాహకాలు ఉండవు మరియు కండక్టర్ల వలె కాకుండా, విద్యుద్వాహకము వలె ప్రవర్తిస్తుంది.
పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో, అలాగే మలినాలను (డోపింగ్) కలిపి, సెమీకండక్టర్ యొక్క వాహకత పెరుగుతుంది మరియు ఇది కండక్టర్ యొక్క లక్షణాలను పొందుతుంది.
అన్నం. 1. ఉష్ణోగ్రతపై కండక్టర్లు మరియు సెమీకండక్టర్ల నిరోధకతపై ఆధారపడటం
ఒక నమూనా ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం I యొక్క పరిమాణం, ఉదాహరణకు సమాంతర పైప్డ్ రూపంలో, వోల్టేజ్ U మరియు నమూనా R యొక్క ప్రతిఘటనపై ఆధారపడి నిర్ణయించబడుతుంది:
I = U/R = US/rl = gUS/l = gSE (1)
నేను ప్రస్తుతం ఎక్కడ ఉన్నాను; l - నమూనా పొడవు; S - ప్రాంతం; R - ప్రతిఘటన; r - వాల్యూమెట్రిక్ రెసిస్టివిటీ; g అనేది పదార్థం యొక్క వాహకత.
ఈ సంబంధం నుండి వాహకత అనేది విద్యుత్ క్షేత్ర బలం E = U/l మరియు ప్రస్తుత సాంద్రత j = I/Sకి సంబంధించినదని స్పష్టమవుతుంది:
g = j/E లేదా j = gE (2)
సెమీకండక్టర్స్ మరియు లోహాల గ్రా విలువ స్ఫటికాల ఉష్ణోగ్రతపై గణనీయంగా ఆధారపడి ఉంటుంది.
ఘనపదార్థంలో విద్యుత్ ప్రవాహం ఫ్రీ చార్జ్డ్ కణాల కదలిక వల్ల ఏర్పడుతుంది. లోహాలలో, ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక కారణంగా విద్యుత్ ప్రవాహం పుడుతుంది, సెమీకండక్టర్లలో - ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు.
g యొక్క విలువ n మరియు p యొక్క గాఢత మరియు m n మరియు m p యొక్క చలనశీలతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. చలనశీలత విలువ డ్రిఫ్ట్ వేగం v dr ఫీల్డ్ బలానికి నిష్పత్తిగా నిర్ణయించబడుతుంది
m = v dr /E; [m] = m 2 /V×s (3)
నమూనా వాహకాల యొక్క నిర్దిష్ట ఏకాగ్రతను కలిగి ఉందని అనుకుందాం - ఎలక్ట్రాన్లు n. నమూనాకు వోల్టేజ్ Uని వర్తింపజేయడం వలన వోల్టేజ్ E = U/lని సృష్టిస్తుంది మరియు డ్రిఫ్ట్ వేగం v nతో ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక కారణంగా సర్క్యూట్‌లో కరెంట్ I n ప్రవహిస్తుంది.
నమూనా యొక్క క్రాస్ సెక్షన్ ద్వారా కరెంట్ సమానంగా ప్రవహిస్తుందని విశ్లేషణ చూపిస్తుంది
I n = Q n /t = env n tS/t = env n S = enm n ES (4)
ఇక్కడ Q n అనేది t సమయంలో క్రాస్ సెక్షన్ S గుండా వెళ్ళే ఛార్జ్; ఇ - ఎలక్ట్రాన్ ఛార్జ్.
మేము కలిగి ఉన్న సంబంధాన్ని (2) పరిగణనలోకి తీసుకుంటాము
సాధారణ సందర్భంలో, n- మరియు p-రకం వాహకాల సమక్షంలో
g = g n + g p = enm n + epm p (6)
సంబంధాల నుండి (2) మరియు (6) సర్క్యూట్‌లోని ప్రస్తుత సాంద్రత j అనేది వాహకత g మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర బలం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది; స్థిర విద్యుత్ క్షేత్ర బలం (నమూనాపై స్థిరమైన వోల్టేజ్) వద్ద, ప్రస్తుత సాంద్రత వాహకత విలువ ద్వారా మాత్రమే నిర్ణయించబడుతుంది. g యొక్క విలువ, ఉష్ణోగ్రత, పదార్థం మరియు మలినాలను బట్టి నిర్ణయించబడే n, p మరియు m n, m p విలువలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
ఛార్జ్ క్యారియర్ ఏకాగ్రతపై ఆధారపడటం
సెమీకండక్టర్స్ మరియు లోహాలలో, ఇది ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
లోహాలు.
ఒక మెటల్ లాటిస్ ఏర్పడినప్పుడు, లాటిస్‌లోని ప్రతి అణువు లోహం యొక్క "ఎలక్ట్రాన్ వాయువు"కి ఒక వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌ను దానం చేస్తుంది. ఫలితంగా, ఏదైనా ఉష్ణోగ్రత వద్ద, ప్రసరణ ప్రక్రియలో పాల్గొనగల ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య ఆచరణాత్మకంగా మారదు మరియు లాటిస్ పాయింట్ల సాంద్రతకు సమానంగా ఉంటుంది: n @ 10 28 m -3.
మెటల్ యొక్క బ్యాండ్ రేఖాచిత్రం అంజీర్ 5.a.లో చూపబడింది. ఏదైనా ఉష్ణోగ్రత వద్ద లోహంలో, ఎలక్ట్రాన్లు కండక్షన్ బ్యాండ్‌లో ఉంటాయి, భౌతికంగా అవి స్వేచ్ఛగా ఉన్నాయని మరియు క్రిస్టల్ చుట్టూ కదలగలవని అర్థం. T = 0 o K వద్ద, అన్ని ఎలక్ట్రాన్లు తక్కువ శక్తి విలువలను కలిగి ఉంటాయి (ఈ ఉష్ణోగ్రత వద్ద క్యారియర్ వేగం v f విలువతో పరిమితం చేయబడింది, శక్తి E f = mv 2 f /2, (E f అంటే ఫెర్మీ స్థాయి శక్తి) పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో (T > 0OК) ఎలక్ట్రాన్లు వాటి వేగాన్ని (శక్తి) పెంచుతాయి, కాబట్టి కొన్ని క్యారియర్‌ల శక్తి విలువలు E f విలువ కంటే ఎక్కువగా ఉంటాయి; బ్యాండ్ రేఖాచిత్రంలో, పెరుగుదల ఎలక్ట్రాన్ శక్తిలో పరివర్తన 1 (Fig. 4.a) ద్వారా సూచించబడుతుంది.
సెమీకండక్టర్స్.
సెమీకండక్టర్లలో ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల సంఖ్య ఉష్ణోగ్రత మరియు పదార్థం యొక్క రకంపై గణనీయంగా ఆధారపడి ఉంటుంది. వివిధ రకాల సెమీకండక్టర్ల బ్యాండ్ రేఖాచిత్రాలు అంజీర్లో ప్రదర్శించబడ్డాయి. 4.బి-జి.
0 o K ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉచిత వాహకాలు లేవు; అంతర్గత సెమీకండక్టర్లో, అన్ని వాహకాలు పదార్థం యొక్క స్వంత పరమాణువులతో బంధించబడి ఉంటాయి (బ్యాండ్ రేఖాచిత్రం భాషలో, క్యారియర్లు వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో ఉన్నాయని అర్థం). ఒక అంతర్గత సెమీకండక్టర్ బ్యాండ్ గ్యాప్ మధ్యలో ఫెర్మి స్థాయి E fని కలిగి ఉంటుంది.
T = 0 వద్ద ఉన్న దాత సెమీకండక్టర్లో, అన్ని ఉచిత వాహకాలు కూడా ఉండవు; అవి పదార్థం యొక్క స్వంత పరమాణువులతో (వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో ఉన్నాయి) మరియు అశుద్ధ అణువులతో (E d స్థాయిలో ఉన్నాయి) అనుబంధించబడి ఉంటాయి.
తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అశుద్ధ దాత సెమీకండక్టర్ కోసం శక్తి స్థాయి E f n వాహక బ్యాండ్ దిగువన ఉంటుంది (Fig. 4.c).
T = 0 వద్ద అంగీకార సెమీకండక్టర్లో, అన్ని ఉచిత వాహకాలు కూడా లేవు; ఎలక్ట్రాన్లు పదార్థం యొక్క స్వంత పరమాణువులతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి (వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో ఉన్నాయి), అశుద్ధ పరమాణువులు (అంగీకారాలు) అయనీకరణం చేయబడవు. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, స్వంత పరమాణువులు అయనీకరణం చెందడం ప్రారంభిస్తాయి, ఎలక్ట్రాన్ అంగీకరించేవారిచే సంగ్రహించబడుతుంది (ఎలక్ట్రాన్ అంగీకరించే E a స్థాయిలో ఉంటుంది) మరియు ఒక రంధ్రం కనిపిస్తుంది (వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో). ఇంప్యూరిటీ అంగీకార సెమీకండక్టర్ కోసం శక్తి స్థాయి E fr వాలెన్స్ బ్యాండ్ పైభాగంలో ఉంటుంది (Fig. 4.d)
అంతర్గత సెమీకండక్టర్లలో, ఛార్జ్ క్యారియర్లు (ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు) వాటి స్వంత పరమాణువుల అయనీకరణం కారణంగా కనిపిస్తాయి. వ్యక్తీకరణ ప్రకారం పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో స్వీయ-వాహకాల ఏకాగ్రత పెరుగుతుంది:
ఇక్కడ N c , N v – కండక్షన్ బ్యాండ్ మరియు వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లోని రాష్ట్రాల (స్థాయిలు) సాంద్రతలు; T - క్రిస్టల్ ఉష్ణోగ్రత, K; DE z - బ్యాండ్‌గ్యాప్ వెడల్పు; k - బోల్ట్జ్మాన్ స్థిరాంకం.
వ్యక్తీకరణ (7) యొక్క సంవర్గమానాన్ని తీసుకుంటే, మేము పొందుతాము
(8)
ఉష్ణోగ్రతపై Nc, Nv ఆధారపడటాన్ని మనం నిర్లక్ష్యం చేస్తే, (1/T, K) (Figure 5.a) నుండి ln n అక్షాంశాలలో n (T) సరళ రేఖ ద్వారా వివరించబడుతుంది.
అశుద్ధ సెమీకండక్టర్లలో, క్యారియర్లు ఏర్పడటం అనేది అంతర్గత పరమాణువుల నుండి మరియు అశుద్ధత కేంద్రాల నుండి ఉత్పన్నం కావడం వలన.
 |
ఉదాహరణకు, దాత అశుద్ధత DE d యొక్క అయనీకరణ శక్తి బ్యాండ్ గ్యాప్ DE z కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది కాబట్టి, 0 o K నుండి ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలతో, అశుద్ధ కేంద్రాలు - దాతలు - మొదట అయనీకరణం చేయడం ప్రారంభిస్తారు.
ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో 0 - 150 o K, n (T) ఆధారపడటం రూపంలో ప్రదర్శించబడుతుంది
(9)
ఇక్కడ Ed అనేది దాతల అయనీకరణ శక్తి; Nd - దాత ఏకాగ్రత.
కోఆర్డినేట్‌లలో ln n(T) = f(1/T), డిపెండెన్స్ n(T) అనేది సరళ రేఖ విభాగం ద్వారా సూచించబడుతుంది (మూర్తి 5.b, విభాగం 1).
మలినాలు T యొక్క అయనీకరణ ఉష్ణోగ్రత కంటే ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల దాతల పూర్తి అయనీకరణకు దారితీస్తుంది, కాబట్టి ఉష్ణోగ్రతలో మరింత పెరుగుదల అయనీకరణను ప్రభావితం చేయదు. ఇది Tcr రేంజ్‌లో వాస్తవం దారితీస్తుంది< Т < Т и концентрацция носителей остается постоянной (Т кр – температура, при которой концентрация генерируемых собственных носителей становится сравнимой с концентрацией доноров).
అందువలన, ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో T = 300 - 400 o K, దాతలు పూర్తిగా అయనీకరణం చేయబడతారు, అశుద్ధ మూలం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రత వారి స్వంత మూలం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రత కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, తక్కువ మొత్తంలో అశుద్ధతతో కూడా. ఉదాహరణకు, 0.001% మొత్తంలో అశుద్ధతతో డోప్ చేయబడిన సిలికాన్ రసాయనికంగా స్వచ్ఛంగా పరిగణించబడుతుంది. అదే సమయంలో, ఇది 10 23 m -3 (సిలికాన్ అణువుల ఏకాగ్రత 10 28 m -3) యొక్క అశుద్ధ సాంద్రతకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
T = 300 - 400 o K వద్ద అన్ని అశుద్ధ పరమాణువులు అయనీకరణం చేయబడినందున, అశుద్ధ మూలం యొక్క ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ల సాంద్రత 10 23 m -3కి సమానంగా ఉంటుంది, ఇది ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లు మరియు వాటి స్వంత మూలం యొక్క రంధ్రాల సాంద్రత కంటే చాలా ఎక్కువ ( 300 o K n i = 10 16 m -3) వద్ద. పర్యవసానంగా, తక్కువ మొత్తంలో మలినాన్ని ప్రవేశపెట్టడం వల్ల ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత దాని స్వంత మూలం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల సాంద్రతతో పోలిస్తే ఏడు ఆర్డర్ల పరిమాణంతో పెరిగింది. అందువల్ల, T = 300 - 400 o K వద్ద, అంతర్గత మూలం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రతను నిర్లక్ష్యం చేయవచ్చు మరియు దాత సెమీకండక్టర్లో మెజారిటీ క్యారియర్‌ల ఏకాగ్రత అశుద్ధ మూలం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా మాత్రమే నిర్ణయించబడుతుందని భావించవచ్చు, అనగా. n n = N d.
T > Tcr ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, అంతర్గత మూలం యొక్క క్యారియర్‌ల తరం అనేక వాహకాలను (ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు) సృష్టిస్తుంది, అవి అశుద్ధ మూలం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యను మించిపోతాయి; ఈ పరిధిలో, ఆధారపడటం n(T) సంబంధం (7) ద్వారా వివరించబడింది. .
మార్గదర్శకాలు.
క్రిస్టల్ యొక్క స్టాటిక్ కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణం వోల్టేజ్ I (U n) పై క్రిస్టల్‌లోని కరెంట్ యొక్క ఆధారపడటాన్ని అధ్యయనం చేయడం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. క్రిస్టల్ రెసిస్టెన్స్ డిపెండెన్స్ I(U n) నుండి గ్రాఫికల్‌గా నిర్ణయించబడుతుంది:
రెసిస్టివిటీ r మరియు విద్యుత్ వాహకత యొక్క విలువ ఖాతా సంబంధాలు (1) మరియు (2) పరిగణనలోకి తీసుకోవడం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.
(1),
ఇక్కడ I అనేది కరెంట్, l అనేది నమూనా యొక్క పొడవు, S అనేది ప్రాంతం, R అనేది ప్రతిఘటన, r అనేది వాల్యూమెట్రిక్ రెసిస్టివిటీ, g అనేది పదార్థం యొక్క వాహకత. క్రిస్టల్ పారామితులు (పొడవు మరియు క్రాస్ సెక్షనల్ ప్రాంతం) స్టాండ్‌లో సూచించబడతాయి.
సంబంధం (1) నుండి మనకు వాహకత అనేది విద్యుత్ క్షేత్ర బలం మరియు ప్రస్తుత సాంద్రత యొక్క పరిమాణానికి సంబంధించినది:
సెమీకండక్టర్స్ మరియు లోహాల విలువ స్ఫటికాల ఉష్ణోగ్రతపై గణనీయంగా ఆధారపడి ఉంటుంది.
క్రిస్టల్ హీటర్ ఉపయోగించి పరోక్షంగా వేడి చేయబడుతుంది. థర్మోకపుల్‌ను ఉపయోగించి తాపన ప్రక్రియలో క్రిస్టల్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత నమోదు చేయబడుతుంది.
నమూనా యొక్క తాపన సమయంలో, ఉష్ణోగ్రతపై కరెంట్ యొక్క ఆధారపడటం తొలగించబడుతుంది, దాని తర్వాత ఆధారపడటం లెక్కించబడుతుంది మరియు ప్లాట్ చేయబడుతుంది 
.
సంబంధాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే (3),
ఇక్కడ DE 3 అనేది సెల్ఫ్-క్యారియర్‌ల క్రియాశీలత శక్తి (బ్యాండ్ గ్యాప్), s¢ 0 (T) అనేది ఉష్ణోగ్రతపై కొద్దిగా ఆధారపడి ఉండే పరామితి.
(4).
అందువలన, ln g(1/T) కోఆర్డినేట్‌లలో, ఉష్ణోగ్రతపై వాహకత యొక్క ఆధారపడటం సమానమైన వాలుతో సరళ రేఖ ద్వారా సూచించబడుతుంది.
DE 3 అనేది సెమీకండక్టర్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ అయితే, k అనేది బోల్ట్జ్మాన్ యొక్క స్థిరాంకం (k = 8.625 × 10 -5 eV/K = 1.38 × 10 -23 J/K).
గ్రాఫ్‌లో, 1/T (T 0 K) విలువలు అబ్సిస్సా అక్షం వెంట ప్లాట్ చేయబడ్డాయి; ఆర్డినేట్ అక్షం అనేది పదార్థం (గ్రా) యొక్క వాహకత యొక్క సహజ సంవర్గమానం యొక్క విలువ.
సంబంధం (3) ద్వారా వివరించబడిన సెమీకండక్టర్ల యొక్క విద్యుత్ వాహకత యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, సెమీకండక్టర్ రెసిస్టర్ యొక్క నిరోధకత ఉష్ణోగ్రతతో మారుతుంది.
(5),
అశుద్ధత రకం, బ్యాండ్ గ్యాప్, అశుద్ధత యొక్క క్రియాశీలత శక్తి మొదలైన వాటిపై ఆధారపడి ఉష్ణోగ్రత సున్నితత్వ గుణకం ఎక్కడ ఉంది; R ¥ అనేది సెమీకండక్టర్ యొక్క పదార్థం మరియు పరిమాణంపై ఆధారపడి స్థిరంగా ఉంటుంది, T అనేది డిగ్రీ కెల్విన్ ఉష్ణోగ్రత.
ఆచరణలో, ప్రతిఘటనలు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి, దీనిలో బ్యాండ్ గ్యాప్ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది (0.1 - 0.3 eV), దీని ఫలితంగా, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, నిరోధక విలువ బాగా తగ్గుతుంది (థర్మిస్టర్లు). థర్మిస్టర్ నిరోధకత అనేక ఓమ్‌ల నుండి అనేక వందల కిలోఓమ్‌ల వరకు ఉంటుంది.
ఉష్ణోగ్రత సున్నితత్వ గుణకం B () విలువ 700 నుండి 15000 K వరకు ఉంటుంది మరియు ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో ఇచ్చిన థర్మిస్టర్‌కు దాదాపు సమానంగా ఉంటుంది.
థర్మిస్టర్ నిరోధకత యొక్క ఉష్ణోగ్రత గుణకం ఉష్ణోగ్రత 1 కెల్విన్ ద్వారా మారినప్పుడు థర్మిస్టర్ నిరోధకతలో సాపేక్ష మార్పును చూపుతుంది.
ఉష్ణోగ్రత గుణకం ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది, కాబట్టి ఈ విలువ సంభవించే ఉష్ణోగ్రతను సూచించే ప్రత్యయంతో వ్రాయబడాలి. ఖాతాలోకి తీసుకుంటే (5) మేము కలిగి ఉన్నాము
(7).
వివిధ థర్మిస్టర్‌ల గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద TKR విలువ –(0.8 – 6.0)×10 -2 K -1 పరిధిలో ఉంటుంది. దయచేసి థర్మిస్టర్లు ప్రతిఘటన యొక్క ప్రతికూల ఉష్ణోగ్రత గుణకం కలిగి ఉంటారని గమనించండి.
మెటల్ ఆక్సైడ్ల ఆధారంగా సెమీకండక్టర్లు, ఉదాహరణకు, జింక్ మరియు టైటానియం, థర్మిస్టర్ యొక్క పని మూలకం వలె ఎంపిక చేయబడతాయి.
సెమీకండక్టర్ పరికరాల ఆపరేషన్, పోసిస్టర్లు, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పదార్థం యొక్క నిరోధకత పెరుగుదలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రాంతంలో ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల కదలికలో తగ్గుదల దీనికి కారణం, దీని ఫలితంగా సెమీకండక్టర్ యొక్క వాహకత తగ్గడం ప్రారంభమవుతుంది. ఫలితంగా, పెరుగుతున్న క్రిస్టల్ ఉష్ణోగ్రతతో పోసిస్టర్ యొక్క నిరోధకత పెరుగుతుంది. ఒక పోసిస్టర్, ప్రత్యేకించి, ఉష్ణోగ్రతలో పెద్ద పెరుగుదలతో, సెమీకండక్టర్ దాని స్వంత వాహకత ప్రాంతంలోకి కదులుతుంది మరియు దాని నిరోధకత తగ్గడం ప్రారంభమవుతుంది.
పోసిస్టర్స్ యొక్క పని మూలకం టైటానియం బేరియం సమ్మేళనాల ఆధారంగా ఒక ప్రత్యేక సిరామిక్.
పరిసర ఉష్ణోగ్రతను రికార్డ్ చేయడానికి, వివిధ రేడియేషన్ల ఫ్లక్స్‌లను అంచనా వేయడానికి ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్‌లలో థర్మిస్టర్లు మరియు పోసిస్టర్లు ఉపయోగించబడతాయి, ఉదాహరణకు, లేజర్‌ల నుండి ఆప్టికల్ రేడియేషన్, న్యూక్లియర్, ఎక్స్‌రేలు మొదలైనవి, అలారం సర్క్యూట్‌లలో మొదలైనవి.
కొలతలు మరియు ఫలితాల ప్రాసెసింగ్
1. సర్క్యూట్ విశ్లేషించండి (Fig. 1).
2. ఉపాధ్యాయుని అనుమతితో, సర్క్యూట్‌కు శక్తిని ఆన్ చేయండి: సెమీకండక్టర్‌కు వోల్టేజ్ వర్తించండి.
I. గది ఉష్ణోగ్రత T 0 వద్ద సెమీకండక్టర్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణాన్ని తీసుకోవడం (T 0 విలువ ప్రయోగశాలలో నిర్ణయించబడుతుంది).
1. ప్రతి 10 Vకి 0 నుండి 60 V వరకు పొటెన్షియోమీటర్‌తో వోల్టేజ్‌ను పెంచడం ద్వారా, వోల్టేజ్‌పై కండక్టర్ ద్వారా ప్రవహించే కరెంట్ యొక్క ఆధారపడటాన్ని తొలగించండి. పట్టిక 1లో డేటాను నమోదు చేయండి.
టేబుల్ 1.
2. పొందిన డేటా ఆధారంగా, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఆధారపడటం I = f(U) యొక్క గ్రాఫ్‌ను నిర్మించండి (కనీసం చతురస్రాల పద్ధతిని ఉపయోగించి సరళ రేఖ గ్రాఫ్‌ను నిర్మించండి).
3. సూత్రాన్ని ఉపయోగించి ప్రతి కొలతకు సెమీకండక్టర్ నిరోధకతను లెక్కించండి.
6. రెసిస్టివిటీ r యొక్క సగటు విలువను మరియు నిర్దిష్ట వాహకత g యొక్క సగటు విలువను లెక్కించండి, దాని పారామితులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది (క్రిస్టల్ ఒక సిలిండర్ ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది: పొడవు l = 10 mm, వ్యాసం d = 1 mm). రెసిస్టివిటీ r మరియు విద్యుత్ వాహకత g యొక్క విలువ సంబంధాల ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది:
ఇక్కడ l అనేది క్రిస్టల్ యొక్క పొడవు, S అనేది క్రిస్టల్ యొక్క క్రాస్ సెక్షనల్ ప్రాంతం.
ఫలితాలను టేబుల్ 1లో నమోదు చేయండి.
II. సెమీకండక్టర్ యొక్క విద్యుత్ వాహకత యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం యొక్క అధ్యయనం.
1. గురువు నిర్దేశించిన విధంగా క్రిస్టల్‌పై వోల్టేజ్‌ని సెట్ చేయండి. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రస్తుత విలువను నిర్ణయించండి.
2. సెమీకండక్టర్ హీటింగ్ ఆన్ చేయండి. "ఆన్" టోగుల్ స్విచ్ ద్వారా యాక్టివేట్ చేయబడిన హీటర్ ఉపయోగించి క్రిస్టల్ వేడి చేయబడుతుంది. హీటర్". తాపన ప్రక్రియలో క్రిస్టల్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత నమోదు చేయబడుతుంది. తాపన ప్రక్రియలో, ప్రతిఘటన మరియు, తత్ఫలితంగా, క్రిస్టల్ ద్వారా ప్రస్తుత మారుతుంది. 90 0 C వరకు వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నమూనా ప్రస్తుత విలువను రికార్డ్ చేయండి. టేబుల్ 2లో డేటాను నమోదు చేయండి.
పట్టిక 2.
| యు = ... వి | |||||||
| వస్తువు సంఖ్య. | T 0, C | టి, కె | 1/T, K -1 | I(T), mA | R, ఓం | s, cm/m | lns |
| 1. | |||||||
| 2. | |||||||
| 3. | … | ||||||
| 4. |
3. నెట్వర్క్ నుండి యూనిట్ను డిస్కనెక్ట్ చేయండి.
4. నమూనాను వేడి చేసే ప్రక్రియలో, వోల్టేజ్‌పై కరెంట్ యొక్క ఆధారపడటం తీసివేయబడుతుంది మరియు పొందిన డేటా నుండి విలువ కనుగొనబడుతుంది
.
 |  ,
 |
lng (1/T) కోఆర్డినేట్‌లలో, ఉష్ణోగ్రతపై వాహకత యొక్క ఆధారపడటం సమానమైన వాలుతో సరళ రేఖ ద్వారా సూచించబడుతుంది, ఇక్కడ DE 3 బ్యాండ్ గ్యాప్, k = 1.38×10 23 J/K = 8.625×10 -5 eV/K అనేది బోల్ట్జ్మాన్ యొక్క స్థిరాంకం; T - థర్మోడైనమిక్ ఉష్ణోగ్రత;
.
మీ పనిని రక్షించుకోవడానికి ప్రశ్నలు.
1. అంతర్గత మరియు అశుద్ధత (అంగీకారుడు మరియు దాత సెమీకండక్టర్) యొక్క బ్యాండ్ రేఖాచిత్రాన్ని గీయండి.
2. ఏ సెమీకండక్టర్స్ (అంతర్గత లేదా అశుద్ధం) గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఎక్కువ ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్‌లను కలిగి ఉంటాయి?
3. ఉచిత క్యారియర్ యొక్క శక్తి E విలువను కలిగి ఉంటుందా< Е < Е пр?
4. అశుద్ధ సెమీకండక్టర్లో మెజారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఏకాగ్రత పెరుగుతున్న అశుద్ధ సాంద్రతతో ఎలా మారుతుంది?
5. అశుద్ధ సెమీకండక్టర్లో మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఏకాగ్రత పెరుగుతున్న అపరిశుభ్రత ఏకాగ్రతతో ఎలా మారుతుంది?
6. జెర్మేనియం మరియు సిలికాన్ ఒకే సంఖ్యలో అశుద్ధత కేంద్రాలను కలిగి ఉంటాయి. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద మైనారిటీ క్యారియర్‌ల సాంద్రత ఏ సెమీకండక్టర్లో ఎక్కువగా ఉంటుంది?
7. అంతర్గత మరియు అశుద్ధ సెమీకండక్టర్ల కోసం డిపెండెన్స్ ln n(1/T)ని గీయండి.
8. పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో సెమీకండక్టర్ల వాహకత తగ్గుతుందా?
9. సెమీకండక్టర్ల బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను ఎలా గుర్తించాలి?
ల్యాబ్ వర్క్ 16
ఫొటోరేసిస్టర్‌లను చదువుతున్నారు
పని యొక్క లక్ష్యం:కాడ్మియం సల్ఫర్ ఫోటోరేసిస్టర్ యొక్క లక్షణాలను పరిశోధించండి
పరికరాలు: ఫోటోరేసిస్టర్, మోనోక్రోమటిక్ లైట్ సోర్స్, మైక్రోఅమీటర్, వోల్టమీటర్, అమ్మీటర్, రియోస్టాట్స్, పవర్ సప్లైస్.
సైద్ధాంతిక సమాచారం
ఫోటోకాండక్టివిటీ అనేది కాంతి ప్రభావంతో ఒక పదార్ధం యొక్క వాహకత సంభవించడం. ప్రకాశం కింద విద్యుత్ వాహకత పెరుగుదల, అనుభవం చూపినట్లుగా, ప్రస్తుత క్యారియర్‌ల ఏకాగ్రత పెరుగుదలతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
కాంతి ప్రభావంతో ఏకాగ్రతను పెంచడానికి మూడు మార్గాలు ఉన్నాయి:
1. లైట్ క్వాంటా నిండిన జోన్ నుండి ఎలక్ట్రాన్‌ను బయటకు తీసి, దానిని కండక్షన్ బ్యాండ్ (Fig. 1) లోకి విసిరివేస్తుంది, అదే సమయంలో రంధ్రాలు మరియు ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య పెరుగుతుంది. ఈ సందర్భంలో, ఫోటాన్ శక్తి సెమీకండక్టర్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ కంటే కొంచెం ఎక్కువగా ఉండాలి:
2. కాంతి ప్రభావంతో, ఎలక్ట్రాన్లు నిండిన (వాలెన్స్) బ్యాండ్ నుండి బయటకు తీయబడతాయి మరియు ఉచిత అశుద్ధ స్థాయిలలోకి విసిరివేయబడతాయి, అయితే రంధ్ర వాహకత పెరుగుతుంది (Fig. 2), క్వాంటం శక్తి అంగీకరించేవారి క్రియాశీలత శక్తి కంటే కొంచెం ఎక్కువగా ఉంటుంది:
3. కాంతి ప్రభావంతో, ఎలక్ట్రాన్లు అశుద్ధ స్థాయిల నుండి ఫ్రీ జోన్లోకి విసిరివేయబడతాయి మరియు ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత పెరుగుతుంది (Fig. 3). కాంతి క్వాంటా యొక్క శక్తి దాత మలినాల శక్తి కంటే కొంచెం ఎక్కువగా ఉంటుంది:
కాంతి ప్రభావంతో ఎలక్ట్రాన్ల అంతర్గత విడుదల ప్రక్రియ అంతర్గత ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం.
మూర్తి 1 సెమీకండక్టర్లో ఫోటోకారియర్‌ల ఏర్పాటు యొక్క రేఖాచిత్రాన్ని చూపుతుంది: a - అంతర్గత, బి - దాత, సి - అంగీకరించేవాడు.
కనిష్ట ఫ్రీక్వెన్సీ n 0 (లేదా గరిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం l 0) వద్ద కాంతి ఇప్పటికీ ఫోటోకారియర్‌లను ఏర్పరుస్తుంది, అనగా. కాంతివిద్యుత్ క్రియాశీలంగా ఉంటుంది, ఎరుపు సరిహద్దు ఫోటోకాండక్టివిటీ అని పిలుస్తారు. సూత్రాల నుండి (1 - 2) మేము ఫోటోకాండక్టివిటీ యొక్క ఎరుపు పరిమితిని నిర్ణయించవచ్చు:
యాజమాన్య సెమీకండక్టర్ల కోసం;
అశుద్ధ సెమీకండక్టర్ల కోసం,
c అనేది శూన్యంలో కాంతి ప్రచారం యొక్క వేగం, h అనేది ప్లాంక్ స్థిరాంకం.
అంతర్గత సెమీకండక్టర్ల కోసం, బ్యాండ్ గ్యాప్ 2¸3 eV, ఫోటోకాండక్టివిటీ యొక్క ఎరుపు పరిమితి స్పెక్ట్రం యొక్క కనిపించే భాగంలో వస్తుంది. అనేక డోప్డ్ సెమీకండక్టర్లు ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్ యొక్క పదవ వంతుల క్రమంలో అశుద్ధ క్రియాశీలత శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. వాటి కోసం ఫోటోకాండక్టివిటీ యొక్క ఎరుపు పరిమితి స్పెక్ట్రం యొక్క పరారుణ ప్రాంతంలో ఉంటుంది.
అంతర్గత సెమీకండక్టర్లో, ఫోటోకాండక్టివిటీ అనేది వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి కండక్షన్ బ్యాండ్‌కి ఎలక్ట్రాన్ బదిలీలతో అనుబంధించబడుతుంది. ఎరుపు సరిహద్దు అటువంటి బదిలీకి అవసరమైన కనీస శక్తి ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, అనగా, మొదటి చూపులో, ఇది సంబంధం ద్వారా నిర్ణయించబడాలి:
అయితే, ఇది పూర్తిగా ఖచ్చితమైనది కాదు. వాస్తవం ఏమిటంటే, కాంతిని గ్రహించేటప్పుడు, శక్తి పరిరక్షణ నియమాన్ని మాత్రమే కాకుండా, మొమెంటం పరిరక్షణ నియమాన్ని కూడా గమనించాలి. ఫోటాన్‌ను "మింగుతున్న" ఎలక్ట్రాన్ శక్తిని మాత్రమే కాకుండా మొమెంటం కూడా పొందుతుంది:
సాధారణ సందర్భంలో, ఒక ఎలక్ట్రాన్ వాలెన్స్ బ్యాండ్ యొక్క ఏకపక్ష స్థాయి నుండి కాంతి ద్వారా బయటకు వచ్చినప్పుడు, దాని వేగం V 1 కలిగి ఉంటుంది, దాని వేగం V 2గా మారే స్థాయికి కండక్షన్ బ్యాండ్‌లోకి విసిరివేయబడుతుంది, ఇది పరిరక్షణ చట్టం. శక్తి మరియు మొమెంటం రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది:
(4)
.
ఫోటాన్ మొమెంటం సాపేక్షంగా చిన్నదని మేము పరిగణనలోకి తీసుకుంటే (కాంతి వేగం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది కాబట్టి), అప్పుడు సూత్రాలు (3) మరియు (4) దగ్గరి విలువలను ఇస్తాయి. అందువల్ల, సెమీకండక్టర్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను సుమారుగా అంచనా వేయడానికి, మీరు ఫార్ములా (3)ని ఉపయోగించవచ్చు.
శోషణ గుణకం చాలా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు; దాదాపు అన్ని కాంతి సెమీకండక్టర్ యొక్క చాలా సన్నని ఉపరితల పొరలో గ్రహించబడుతుంది. ఈ సందర్భంలో, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రత చాలా ఎక్కువగా మారుతుంది మరియు పునఃసంయోగం యొక్క సంభావ్యతను పెంచుతుంది (అనగా, క్యారియర్ జీవితకాలంలో తగ్గుదలతో వాలెన్స్ బ్యాండ్‌కి వారి రివర్స్ ట్రాన్సిషన్). అదనంగా, ఉపరితల పొర ఎల్లప్పుడూ ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహానికి ఆటంకం కలిగించే పెద్ద సంఖ్యలో లోపాలు మరియు మలినాలను కలిగి ఉంటుంది.
ఈ కారణాల వల్ల, కాంతి ఉపరితల పొర ద్వారా ఫ్రీక్వెన్సీలో శోషించబడుతుంది మరియు గుర్తించదగిన ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని కలిగించదు.
అశుద్ధ సెమీకండక్టర్ విషయంలో శక్తి మరియు మొమెంటం పరిరక్షణ చట్టాలు మరింత సంక్లిష్టమైన రూపాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు ఈ పనిలో పరిగణించబడవు.
ప్రధాన లాటిస్‌లో అణువు యొక్క అయనీకరణంతో పాటు, ప్రధాన అణువు యొక్క మరొక ఉత్తేజిత స్థితి సాధ్యమవుతుంది, దీనిలో ఎలక్ట్రాన్ దాని నుండి విడిపోదు, కానీ పూరించని స్థాయిలలో ఒకదానికి మాత్రమే కదులుతుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఎలక్ట్రాన్ రంధ్రంతో దాని కనెక్షన్‌ను విచ్ఛిన్నం చేయదు, కానీ దానితో ఒకే వ్యవస్థను ఏర్పరుస్తుంది. అటువంటి వ్యవస్థ అంటారు ఎక్సిటోనిక్.ఎక్సిటాన్ శక్తి స్థాయిలు ప్రసరణ బ్యాండ్ దిగువన ఉన్నాయి (Fig. 2).
ఎక్సిటాన్ యొక్క కదలికను ఎలక్ట్రాన్ మరియు రంధ్రం యొక్క ఉమ్మడి కదలికగా సూచించవచ్చు. సుమారుగా ఇది ఇలా కనిపిస్తుంది: ఈ దశలో ఎక్సిటాన్ "స్లామ్స్ షట్," అనగా. ఎలక్ట్రాన్ దాని సాధారణ స్థితికి తిరిగి వస్తుంది. ఈ సందర్భంలో విడుదలైన ఎక్సిటాన్ పొరుగు అణువుకు బదిలీ చేయబడుతుంది. ఎక్సిటాన్ విద్యుత్ తటస్థ వ్యవస్థ కాబట్టి, సెమీకండక్టర్లో వాటి ప్రదర్శన వాహకత పెరుగుదలకు దారితీయదు. కాంతి యొక్క కాంతివిద్యుత్ క్రియాశీల శోషణ నుండి ఎక్సిటాన్లు ఉత్పన్నమవుతాయని ప్రస్తుతం భావించబడింది. తలెత్తిన తరువాత, వారు సెమీకండక్టర్ యొక్క వాల్యూమ్ అంతటా కొంత సమయం పాటు తిరుగుతారు. అశుద్ధ పరమాణువులు లేదా ఇతర లాటిస్ లోపాలతో ఢీకొన్నప్పుడు, ఎక్సిటాన్లు తిరిగి కలపడం లేదా "విచ్ఛిన్నం" అవుతాయి. మొదటి సందర్భంలో, ఉత్తేజిత అణువు సాధారణ స్థితికి వెళుతుంది, మరియు శక్తి కాంతి క్వాంటా రూపంలో విడుదల అవుతుంది. రెండవ సందర్భంలో, ఒక జత వాహకాలు ఏర్పడతాయి - ఎలక్ట్రాన్-"రంధ్రం", ఇది సెమీకండక్టర్ యొక్క ఫోటోకాండక్టివిటీకి దోహదం చేస్తుంది.
సెమీకండక్టర్ యొక్క ఫోటోకాండక్టివిటీ ఉష్ణోగ్రత ద్వారా గణనీయంగా ప్రభావితమవుతుంది. ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, ప్రస్తుత వాహకాల సంఖ్య తగ్గుతుంది. ఇది మొదటగా, సెమీకండక్టర్ యొక్క మొత్తం వాహకతలో ఫోటోకండక్టివిటీ యొక్క సాపేక్ష వాటా పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది మరియు రెండవది, ఫోటోకాండక్టివిటీ యొక్క సంపూర్ణ విలువ పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది, ఎందుకంటే క్యారియర్ ఏకాగ్రత తగ్గినప్పుడు, ఫోటోకారియర్ రీకాంబినేషన్ సంభావ్యత తగ్గుతుంది.
ఉష్ణోగ్రతలో మార్పును ఫోటోకాండక్టివిటీ యొక్క ఎరుపు పరిమితిలో మార్పు అంటారు, ఎందుకంటే బ్యాండ్ గ్యాప్ విలువ మారుతుంది.
సెమీకండక్టర్ ఫోటోరెసిస్టర్లు ఆచరణలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. అవి తేలికపాటి రిలేలు. ఫోటోరెసిస్టర్లు రెండు దిశలలో ఒకే వాహకతను కలిగి ఉంటాయి.
కాంతి ఫోటో emf ప్రభావంతో ఫోటోరేసిస్టర్లలో ఫోటోసెల్స్ కాకుండా. తలెత్తదు. ఫోటోరేసిస్టర్లు వేర్వేరు తరంగదైర్ఘ్యాలకు భిన్నమైన సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, FS-A1 స్పెక్ట్రమ్ యొక్క పరారుణ ప్రాంతానికి (l గరిష్టంగా = 2.2 μm), FSK - స్పెక్ట్రం యొక్క కనిపించే ప్రాంతానికి (l గరిష్టంగా = 0.38 - 0.78 μm) మరియు FS-B -కి అత్యంత సున్నితంగా ఉంటుంది. కనిపించే మరియు పరారుణ ప్రాంతాల సరిహద్దు (l max = 0.7 µm).
నిర్మాణాత్మకంగా, ఫోటోరేసిస్టర్లు సాధారణ ఓహ్మిక్ రెసిస్టర్లు, ఇవి ప్లాస్టిక్ హౌసింగ్ 1, సెమీకండక్టర్ లేయర్ 2, వాహక ఎలక్ట్రోడ్లు 3 మరియు ఇన్సులేటింగ్ స్పేసర్ 4 (Fig. 3) మధ్య ఉంటాయి.
ఫలితాల కొలత మరియు ప్రాసెసింగ్
ఇన్స్టాలేషన్ రేఖాచిత్రం
1. దీపం ఫిలమెంట్ కరెంట్‌ను 3 -3.5 A లోపల సెట్ చేయండి.
2. ప్రతి 5 Vకి పొటెన్షియోమీటర్‌ని ఉపయోగించి వోల్టేజ్‌ని మార్చడం ద్వారా ఫోటోరేసిస్టర్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణాన్ని చదవండి. అదే సమయంలో (గురువుచే సెట్ చేయబడింది). పట్టిక 1లో కొలత డేటాను నమోదు చేయండి.
టేబుల్ 1.
| వస్తువు సంఖ్య. | l=const | యు, వి | I, µA |
| 1. | |||
| 2. | |||
| 3. | |||
| 4. | |||
| 5. |
3. వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాల కాంతితో ఫోటోరేసిస్టర్‌ను ప్రకాశింపజేయడం ద్వారా, ఆధారపడటాన్ని తొలగించండి , అయితే (U a - టీచర్చే సెట్ చేయబడింది). 300 నుండి 900 nm పరిధిలో ప్రతి 25 nm రీడింగ్‌లను తీసుకోండి. పట్టిక 2లో కొలత డేటాను నమోదు చేయండి.
పట్టిక 2.
పొందిన ఫలితాలను గ్రాఫికల్‌గా ప్రదర్శించండి.
4. గ్రాఫ్ ఉపయోగించి, ఫోటోరేసిస్టర్ అత్యంత సున్నితంగా ఉండే తరంగదైర్ఘ్యాన్ని నిర్ణయించండి.
నియంత్రణ ప్రశ్నలు
1. ప్రకాశించినప్పుడు సెమీకండక్టర్ల వాహకత పెరుగుదలను ఏది వివరిస్తుంది?
2. గుర్తించదగిన ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ఎందుకు లేదు?
3. ఎక్సిటాన్స్ అంటే ఏమిటి?
4. సెమీకండక్టర్ల ఫోటోకాండక్టివిటీ ఉష్ణోగ్రతతో ఎలా మారుతుంది?
సంబంధించిన సమాచారం.
సెమీకండక్టర్స్ అనేది లోహాల విద్యుత్ వాహకత మరియు మంచి విద్యుద్వాహకత మధ్య పరిధిలో ఉండే నిర్దిష్ట విద్యుత్ వాహకత విలువల ద్వారా వర్గీకరించబడిన విస్తృత తరగతి పదార్థాలు, అనగా, ఈ పదార్ధాలను విద్యుద్వాహకాలుగా వర్గీకరించలేము (అవి మంచి అవాహకాలు కావు కాబట్టి) లేదా లోహాలు (విద్యుత్ ప్రవాహానికి మంచి కండక్టర్లు కాదు). సెమీకండక్టర్లలో, ఉదాహరణకు, జెర్మేనియం, సిలికాన్, సెలీనియం, టెల్లూరియం, అలాగే కొన్ని ఆక్సైడ్లు, సల్ఫైడ్లు మరియు లోహాల మిశ్రమాలు వంటి పదార్థాలు ఉంటాయి.
లక్షణాలు:
1) పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో, సెమీకండక్టర్ల రెసిస్టివిటీ తగ్గుతుంది, లోహాలకు విరుద్ధంగా, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో దీని నిరోధకత పెరుగుతుంది. అంతేకాకుండా, ఒక నియమం వలె, విస్తృత ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో, ఈ పెరుగుదల విపరీతంగా సంభవిస్తుంది. కాంతి లేదా బలమైన ఎలక్ట్రానిక్ క్షేత్రాలకు గురైనప్పుడు సెమీకండక్టర్ స్ఫటికాల నిరోధకత కూడా తగ్గుతుంది.
2) రెండు సెమీకండక్టర్ల పరిచయం యొక్క ఒక-మార్గం వాహకత యొక్క ఆస్తి. ఇది వివిధ సెమీకండక్టర్ పరికరాల సృష్టిలో ఉపయోగించే ఈ ఆస్తి: డయోడ్లు, ట్రాన్సిస్టర్లు, థైరిస్టర్లు మొదలైనవి.
3) లైటింగ్ లేదా తాపన సమయంలో కొన్ని పరిస్థితులలో వివిధ సెమీకండక్టర్ల పరిచయాలు ఫోటో-ఇకి మూలాలు. డి.ఎస్. లేదా, తదనుగుణంగా, థర్మో-ఇ. డి.ఎస్.
సెమీకండక్టర్లు అనేక నిర్దిష్ట లక్షణాలలో ఘనపదార్థాల ఇతర తరగతుల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి, వాటిలో ముఖ్యమైనవి:
1) విద్యుత్ వాహకత యొక్క సానుకూల ఉష్ణోగ్రత గుణకం, అంటే, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో, సెమీకండక్టర్ల విద్యుత్ వాహకత పెరుగుతుంది;
2) సెమీకండక్టర్ల వాహకత లోహాల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, కానీ ఇన్సులేటర్ల కంటే ఎక్కువ;
3) లోహాలతో పోలిస్తే థర్మోఎలెక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్ యొక్క పెద్ద విలువలు;
4) అయోనైజింగ్ రేడియేషన్‌కు సెమీకండక్టర్ల లక్షణాల యొక్క అధిక సున్నితత్వం;
5) మలినాలను అతితక్కువ సాంద్రతల ప్రభావంతో భౌతిక లక్షణాలను పదునుగా మార్చగల సామర్థ్యం;
6) పరిచయాలపై ప్రస్తుత సరిదిద్దే ప్రభావం లేదా నాన్-ఓహ్మిక్ ప్రవర్తన.
3. p-n జంక్షన్లో భౌతిక ప్రక్రియలు.
చాలా సెమీకండక్టర్ పరికరాల యొక్క ప్రధాన మూలకం ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జంక్షన్ ( р-n-జంక్షన్), ఇది సెమీకండక్టర్ యొక్క రెండు ప్రాంతాల మధ్య పరివర్తన పొర, వీటిలో ఒకటి ఎలక్ట్రానిక్ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది మరియు మరొకటి రంధ్రం వాహకతను కలిగి ఉంటుంది.
చదువు p-nపరివర్తన. పి-ఎన్సమతౌల్య స్థితిలో మార్పు
విద్యా ప్రక్రియను నిశితంగా పరిశీలిద్దాం p-nపరివర్తన. బాహ్య వోల్టేజ్ లేనప్పుడు పరివర్తన స్థితిని సమతౌల్యం అంటారు. మనం దానిని గుర్తుచేసుకుందాం ఆర్-ప్రాంతం రెండు రకాల ప్రధాన ఛార్జ్ క్యారియర్లు ఉన్నాయి: అంగీకార అశుద్ధ పరమాణువుల స్థిర ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు మరియు ఉచిత ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన రంధ్రాలు; మరియు లోపల n-ప్రాంతం రెండు రకాల ప్రధాన ఛార్జ్ క్యారియర్లు కూడా ఉన్నాయి: స్థిరమైన ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు అంగీకార అశుద్ధ పరమాణువులు మరియు ఉచిత ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్లు.
సంప్రదించడానికి ముందు pమరియు nప్రాంతాలు, ఎలక్ట్రాన్లు, రంధ్రాలు మరియు మలినం అయాన్లు సమానంగా పంపిణీ చేయబడతాయి. సరిహద్దు వద్ద సంప్రదించిన తర్వాత pమరియు nప్రాంతాలు, ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఏకాగ్రత ప్రవణత మరియు వ్యాప్తి ఏర్పడుతుంది. వ్యాప్తి ప్రభావంతో, నుండి ఎలక్ట్రాన్లు n- ప్రాంతం లోకి వెళుతుంది pమరియు అక్కడ రంధ్రాలతో తిరిగి కలుపుతుంది. నుండి రంధ్రాలు ఆర్- ప్రాంతాలకు వెళ్లండి n-ప్రాంతం మరియు అక్కడ ఎలక్ట్రాన్‌లతో తిరిగి కలపండి. సరిహద్దు ప్రాంతంలో ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఈ కదలిక ఫలితంగా, వాటి ఏకాగ్రత దాదాపు సున్నాకి తగ్గుతుంది మరియు అదే సమయంలో ఆర్ప్రాంతం, అంగీకార అశుద్ధ అయాన్ల యొక్క ప్రతికూల స్పేస్ ఛార్జ్ ఏర్పడుతుంది మరియు ఇన్ n-ప్రాంతం దాత అశుద్ధ అయాన్ల యొక్క సానుకూల ప్రాదేశిక ఛార్జ్ని కలిగి ఉంది. ఈ ఛార్జీల మధ్య సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసం ఏర్పడుతుంది φ నుండిమరియు విద్యుత్ క్షేత్రం ఇ కె, ఇది లోతైన నుండి ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల వ్యాప్తిని నిరోధిస్తుంది R-మరియు n-అంతటా ఉన్న ప్రాంతాలు p-n-పరివర్తన. అందువలన, ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్లు దాని విద్యుత్ క్షేత్రంతో ఏకం చేయబడిన ప్రాంతం అంటారు p-n-పరివర్తన.
పి-ఎన్-పరివర్తన రెండు ప్రధాన పారామితుల ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది:
1. సంభావ్య అవరోధం ఎత్తు. ఇది సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసానికి సమానం φ నుండి. ఇది ఛార్జ్ క్యారియర్ ఏకాగ్రత ప్రవణత వలన ఏర్పడే జంక్షన్లో సంభావ్య వ్యత్యాసం. సంభావ్య అవరోధాన్ని అధిగమించడానికి ఉచిత ఛార్జ్ కలిగి ఉండవలసిన శక్తి ఇది:
ఎక్కడ కె- బోల్ట్జ్మాన్ స్థిరాంకం; ఇ- ఎలక్ట్రాన్ ఛార్జ్; టి- ఉష్ణోగ్రత; N aమరియు ఎన్ డి- రంధ్రం మరియు ఎలక్ట్రాన్ ప్రాంతాలలో వరుసగా అంగీకరించేవారు మరియు దాతల సాంద్రతలు; ఆర్ ఆర్మరియు р n- రంధ్రాల ఏకాగ్రత R-మరియు n-వరుసగా ప్రాంతాలు; n i -అన్‌లిగేటెడ్ సెమీకండక్టర్లో ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల అంతర్గత సాంద్రత, t = kT/e- ఉష్ణోగ్రత సంభావ్యత. ఒక ఉష్ణోగ్రత వద్ద టి=27 0 సి టి=0.025V, జెర్మేనియం జంక్షన్ కోసం వరకు=0.6V, సిలికాన్ జంక్షన్ కోసం వరకు=0.8V.
2. pn జంక్షన్ వెడల్పు(Fig. 1) అనేది ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల నుండి క్షీణించిన సరిహద్దు ప్రాంతం, ఇది ఇక్కడ ఉంది pమరియు nప్రాంతాలు: l p-n = l p + l n:
ఇక్కడనుంచి,
ఎక్కడ ε - సెమీకండక్టర్ పదార్థం యొక్క సాపేక్ష విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం; ε 0 - ఖాళీ స్థలం యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం.
ఎలక్ట్రాన్-హోల్ పరివర్తనాల మందం (0.1-10) µm క్రమాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఉంటే, అప్పుడు మరియు p-n-పరివర్తనను సిమెట్రిక్ అంటారు, అయితే , అప్పుడు మరియు p-n- పరివర్తనను అసమానంగా పిలుస్తారు మరియు ఇది ప్రధానంగా సెమీకండక్టర్ ప్రాంతంలో తక్కువ అశుద్ధ సాంద్రతతో ఉంటుంది.
సమతౌల్య స్థితిలో (బాహ్య వోల్టేజ్ లేకుండా) ద్వారా р-nపరివర్తన, ఛార్జీల యొక్క రెండు కౌంటర్ ప్రవాహాలు కదులుతాయి (రెండు ప్రవాహాల ప్రవాహం). ఇవి మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల డ్రిఫ్ట్ కరెంట్ మరియు మెజారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లతో అనుబంధించబడిన డిఫ్యూజన్ కరెంట్. బాహ్య వోల్టేజ్ లేనందున మరియు బాహ్య సర్క్యూట్‌లో కరెంట్ లేనందున, డ్రిఫ్ట్ కరెంట్ మరియు డిఫ్యూజన్ కరెంట్ పరస్పరం సమతుల్యంగా ఉంటాయి మరియు ఫలితంగా వచ్చే కరెంట్ సున్నా
I dr + I తేడా = 0.
ఈ సంబంధాన్ని వివిక్త (సమతుల్యత)లో వ్యాప్తి మరియు డ్రిఫ్ట్ ప్రక్రియల యొక్క డైనమిక్ సమతౌల్య స్థితి అంటారు. p-n- పరివర్తన.
ఏ పరిచయంపై ఉపరితలం pమరియు nప్రాంతాన్ని మెటలర్జికల్ సరిహద్దు అంటారు. వాస్తవానికి ఇది పరిమిత మందాన్ని కలిగి ఉంటుంది - δ m. ఉంటే δ m<< l p-n , ఆ p-n- పరివర్తనను ఆకస్మిక అంటారు. δ m >> అయితే l p-n, ఆ p-n- పరివర్తనను మృదువైన అంటారు.
Р-nదానికి వర్తించే బాహ్య వోల్టేజ్‌తో పరివర్తన
బాహ్య వోల్టేజ్ ప్రవాహాల యొక్క డైనమిక్ బ్యాలెన్స్‌కు అంతరాయం కలిగిస్తుంది p-n- పరివర్తన. పి-ఎన్- పరివర్తన అసమతుల్య స్థితికి వెళుతుంది. లో ఉన్న ప్రాంతాలకు వర్తించే వోల్టేజ్ యొక్క ధ్రువణతపై ఆధారపడి ఉంటుంది p-n-పరివర్తన, రెండు ఆపరేటింగ్ మోడ్‌లు సాధ్యమే.
1) ఫార్వర్డ్ ఆఫ్‌సెట్p-n పరివర్తన. P-n-విద్యుత్ సరఫరా యొక్క సానుకూల స్తంభానికి అనుసంధానించబడినట్లయితే జంక్షన్ ముందుకు పక్షపాతంగా పరిగణించబడుతుంది ఆర్-ప్రాంతం, మరియు ప్రతికూలంగా n-ప్రాంతాలు (Fig. 1.2)
ఫార్వర్డ్ బయాస్‌తో, వోల్టేజ్‌లు k మరియు U లు దర్శకత్వం వహించబడతాయి, ఫలితంగా వోల్టేజ్ ఉంటుంది p-n-పరివర్తన విలువకు తగ్గుతుంది వరకు - యు. ఇది ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం తగ్గుతుంది మరియు ప్రధాన ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల వ్యాప్తి ప్రక్రియ మళ్లీ ప్రారంభమవుతుంది. అదనంగా, ఫార్వర్డ్ ఆఫ్‌సెట్ వెడల్పును తగ్గిస్తుంది p-nపరివర్తన, ఎందుకంటే l p-n ≈( k – U) 1/2. డిఫ్యూజన్ కరెంట్, మెజారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల కరెంట్, డ్రిఫ్ట్ కరెంట్ కంటే చాలా పెద్దదిగా మారుతుంది. ద్వారా p-n- జంక్షన్ డైరెక్ట్ కరెంట్ ప్రవాహాలు
I r-n = I pr = I diff +I dr నేను భిన్నంగా ఉన్నాను .
డైరెక్ట్ కరెంట్ ప్రవహించినప్పుడు, p-ప్రాంతం యొక్క మెజారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్లు n-ప్రాంతానికి తరలిపోతాయి, అక్కడ అవి మైనారిటీగా మారతాయి. మెజారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లను మైనారిటీ క్యారియర్‌లుగా మార్చే ప్రాంతంలోకి ప్రవేశపెట్టే ప్రక్రియను అంటారు ఇంజక్షన్, మరియు డైరెక్ట్ కరెంట్ అనేది డిఫ్యూజన్ కరెంట్ లేదా ఇంజెక్షన్ కరెంట్. p మరియు n ప్రాంతాలలో సంచితం చేయబడిన మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లను భర్తీ చేయడానికి, బాహ్య సర్క్యూట్‌లోని వోల్టేజ్ మూలం నుండి ఎలక్ట్రానిక్ కరెంట్ పుడుతుంది, అనగా. విద్యుత్ తటస్థత సూత్రం భద్రపరచబడింది.
పెరుగుతున్నప్పుడు యుకరెంట్ తీవ్రంగా పెరుగుతుంది, - ఉష్ణోగ్రత సంభావ్యత, మరియు పెద్ద విలువలను చేరుకోగలదు ఏకాగ్రత ఎక్కువగా ఉన్న ప్రధాన వాహకాలతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
2) రివర్స్ బయాస్, ఎప్పుడు సంభవిస్తుంది ఆర్-ఒక మైనస్ ప్రాంతానికి వర్తించబడుతుంది మరియు కు n- ప్లస్ ప్రాంతం, బాహ్య వోల్టేజ్ మూలం (Fig. 1.3).
అటువంటి బాహ్య ఒత్తిడి యుప్రకారం చేర్చబడింది వరకు. ఇది: విలువకు సంభావ్య అవరోధం యొక్క ఎత్తును పెంచుతుంది వరకు + యు; విద్యుత్ క్షేత్ర బలం పెరుగుతుంది; వెడల్పు p-nపరివర్తన పెరుగుతుంది, ఎందుకంటే l p-n ≈( to + యు) 1/2; వ్యాప్తి ప్రక్రియ పూర్తిగా మరియు తరువాత ఆగిపోతుంది p-nపరివర్తన, డ్రిఫ్ట్ కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది, మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల కరెంట్. ఈ కరెంట్ p-n-పరివర్తనను రివర్స్ అని పిలుస్తారు మరియు ఇది థర్మల్ ఉత్పత్తి కారణంగా ఉత్పన్నమయ్యే మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లతో అనుబంధించబడినందున, దీనిని థర్మల్ కరెంట్ అని పిలుస్తారు మరియు నియమించబడుతుంది - I 0, అనగా
I r-n = I arr = I diff +I dr I dr = I 0.
ఈ కరెంట్ పరిమాణంలో చిన్నది ఎందుకంటే మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లతో అనుబంధించబడింది, వీటిలో ఏకాగ్రత తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ విధంగా, p-nజంక్షన్ వన్-వే వాహకతను కలిగి ఉంది.
రివర్స్ బయాస్ సమయంలో, సమతౌల్య విలువతో పోలిస్తే పరివర్తన సరిహద్దు వద్ద మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఏకాగ్రత కొద్దిగా తగ్గుతుంది. ఇది లోతైన నుండి మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల వ్యాప్తికి దారితీస్తుంది pమరియు n- సరిహద్దు వరకు ప్రాంతాలు p-nపరివర్తన. దానిని చేరుకున్న తర్వాత, మైనారిటీ క్యారియర్లు బలమైన విద్యుత్ క్షేత్రంలోకి ప్రవేశిస్తాయి మరియు వాటి ద్వారా బదిలీ చేయబడతాయి p-nఅవి మెజారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లుగా మారే పరివర్తన. సరిహద్దుకు మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల వ్యాప్తి p-nపరివర్తన మరియు దాని ద్వారా ప్రధాన ఛార్జ్ క్యారియర్‌లుగా మారే ప్రాంతంలోకి వెళ్లడాన్ని అంటారు వెలికితీత. వెలికితీత మరియు రివర్స్ కరెంట్ సృష్టిస్తుంది p-nపరివర్తన అనేది మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల కరెంట్.
రివర్స్ కరెంట్ యొక్క పరిమాణం బలంగా ఆధారపడి ఉంటుంది: పరిసర ఉష్ణోగ్రత, సెమీకండక్టర్ పదార్థం మరియు ప్రాంతం p-nపరివర్తన.
రివర్స్ కరెంట్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం వ్యక్తీకరణ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది , నామమాత్రపు ఉష్ణోగ్రత ఎక్కడ ఉంది, అసలు ఉష్ణోగ్రత, థర్మల్ కరెంట్ యొక్క రెట్టింపు ఉష్ణోగ్రత.
సిలికాన్ జంక్షన్ యొక్క థర్మల్ కరెంట్ జెర్మేనియం-ఆధారిత జంక్షన్ యొక్క థర్మల్ కరెంట్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది (మాగ్నిట్యూడ్ యొక్క 3-4 ఆర్డర్ల ద్వారా). ఇది కనెక్ట్ చేయబడింది వరకుపదార్థం.
జంక్షన్ ప్రాంతం పెరిగేకొద్దీ, దాని వాల్యూమ్ పెరుగుతుంది మరియు అందువల్ల థర్మల్ ఉత్పత్తి మరియు థర్మల్ కరెంట్ ఫలితంగా కనిపించే మైనారిటీ క్యారియర్‌ల సంఖ్య పెరుగుతుంది.
కాబట్టి, ప్రధాన ఆస్తి p-n-పరివర్తన దాని వన్-వే వాహకత.
4. p-n జంక్షన్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణాలు.
మేము p-n జంక్షన్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణాన్ని పొందుతాము. దీన్ని చేయడానికి, మేము సాధారణ రూపంలో కొనసాగింపు సమీకరణాన్ని వ్రాస్తాము:
మేము స్టేషనరీ కేస్ dp/dt = 0ని పరిశీలిస్తాము.
p-n జంక్షన్ (x > 0) యొక్క క్షీణత ప్రాంతానికి కుడి వైపున ఉన్న n-రకం సెమీకండక్టర్ యొక్క పాక్షిక-తటస్థ వాల్యూమ్‌లోని కరెంట్‌ను పరిశీలిద్దాం. క్వాసిన్యూట్రల్ వాల్యూమ్‌లో G యొక్క జనరేషన్ రేటు సున్నా: G = 0. ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ E కూడా సున్నా: E = 0. కరెంట్ యొక్క డ్రిఫ్ట్ భాగం కూడా సున్నా: I E = 0, కాబట్టి, కరెంట్ డిఫ్యూజన్. తక్కువ ఇంజెక్షన్ స్థాయిలో రీకాంబినేషన్ రేటు R సంబంధం ద్వారా వివరించబడింది:
డిఫ్యూజన్ కోఎఫీషియంట్, డిఫ్యూజన్ పొడవు మరియు మైనారిటీ క్యారియర్ జీవితకాలం అనుసంధానించే క్రింది సంబంధాన్ని ఉపయోగిస్తాము: Dτ = L p 2 .
పై అంచనాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, కొనసాగింపు సమీకరణం రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది:
p-n జంక్షన్‌లోని వ్యాప్తి సమీకరణం యొక్క సరిహద్దు పరిస్థితులు రూపాన్ని కలిగి ఉంటాయి:
సరిహద్దు పరిస్థితులతో (*) అవకలన సమీకరణం (2.58) యొక్క పరిష్కారం రూపాన్ని కలిగి ఉంది:
సంబంధం (2.59) ఎలక్ట్రాన్-హోల్ పరివర్తన కోసం n-రకం సెమీకండక్టర్ యొక్క క్వాసిన్యూట్రల్ వాల్యూమ్‌లో ఇంజెక్ట్ చేయబడిన రంధ్రాల పంపిణీ చట్టాన్ని వివరిస్తుంది (Fig. 2.15). pn జంక్షన్ యొక్క క్వాసిన్యూట్రల్ వాల్యూమ్‌తో SCR సరిహద్దును దాటిన అన్ని క్యారియర్లు pn జంక్షన్ కరెంట్‌లో పాల్గొంటాయి. మొత్తం కరెంట్ వ్యాప్తి అయినందున, కరెంట్‌కు వ్యక్తీకరణలో (2.59) ప్రత్యామ్నాయంగా, మేము పొందుతాము (Fig. 2.16):
రిలేషన్ (2.60) pn జంక్షన్ యొక్క హోల్ కరెంట్ యొక్క విస్తరణ భాగాన్ని వివరిస్తుంది, ఇది ఫార్వర్డ్ బయాస్ కింద మైనారిటీ క్యారియర్‌ల ఇంజెక్షన్ సమయంలో ఉత్పన్నమవుతుంది. p-n జంక్షన్ కరెంట్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ భాగం కోసం, మేము అదేవిధంగా పొందుతాము:
V G = 0 వద్ద, డ్రిఫ్ట్ మరియు డిఫ్యూజన్ భాగాలు ఒకదానికొకటి సమతుల్యం చేస్తాయి. అందుకే, .
మొత్తం p-n జంక్షన్ కరెంట్ అనేది p-n జంక్షన్ కరెంట్ యొక్క మొత్తం నాలుగు భాగాల మొత్తం:
కుండలీకరణాల్లోని వ్యక్తీకరణ pn జంక్షన్ యొక్క రివర్స్ కరెంట్ యొక్క భౌతిక అర్థాన్ని కలిగి ఉంటుంది. నిజానికి, ప్రతికూల వోల్టేజీల వద్ద V G< 0 ток дрейфовый и обусловлен неосновными носителями. Все эти носители уходят из цилиндра длиной L n со скоростью L n /τ p . Тогда для дрейфовой компоненты тока получаем:
అన్నం. 2.15 p-n జంక్షన్ బేస్ యొక్క క్వాసిన్యుట్రల్ వాల్యూమ్‌పై ఉద్గారిణి నుండి ఇంజెక్ట్ చేయబడిన నాన్‌క్విలిబ్రియం క్యారియర్‌ల పంపిణీ
ఈ సంబంధం కొనసాగింపు సమీకరణం యొక్క విశ్లేషణలో ముందుగా పొందిన దానికి సమానమైనదని చూడటం సులభం.
వన్-సైడ్ ఇంజెక్షన్ (ఉదాహరణకు, హోల్ ఇంజెక్షన్ మాత్రమే) యొక్క పరిస్థితిని అమలు చేయాల్సిన అవసరం ఉంటే, అప్పుడు సంబంధం (2.61) నుండి p-లో మైనారిటీ క్యారియర్ ఏకాగ్రత n p0 యొక్క చిన్న విలువను ఎంచుకోవడం అవసరం అని అనుసరిస్తుంది. ప్రాంతం. n-రకం సెమీకండక్టర్‌తో పోలిస్తే p-రకం సెమీకండక్టర్‌ను భారీగా డోప్ చేయాలి: N A >> N D . ఈ సందర్భంలో, pn జంక్షన్ కరెంట్ రంధ్రం భాగం (Fig. 2.16) ద్వారా ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది.
అన్నం. 2.16 ఫార్వర్డ్ బయాస్‌తో అసమాన p-n జంక్షన్‌లోని ప్రవాహాలు
అందువలన, p-n జంక్షన్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణం రూపాన్ని కలిగి ఉంది:
సంతృప్త కరెంట్ సాంద్రత J లు దీనికి సమానం:
p-n జంక్షన్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణం, సంబంధం (2.62) ద్వారా వివరించబడింది, ఇది మూర్తి 2.17లో చూపబడింది.
అన్నం. 2.17 ఆదర్శ p-n జంక్షన్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణం
సంబంధం (2.16) మరియు మూర్తి 2.17 నుండి క్రింది విధంగా, ఒక ఆదర్శ pn జంక్షన్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణం ఉచ్ఛరించబడిన అసమాన రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఫార్వర్డ్ వోల్టేజీల ప్రాంతంలో, p-n జంక్షన్ కరెంట్ వ్యాప్తి చెందుతుంది మరియు పెరుగుతున్న అప్లైడ్ వోల్టేజ్‌తో విపరీతంగా పెరుగుతుంది. ప్రతికూల వోల్టేజీల ప్రాంతంలో, p-n జంక్షన్ కరెంట్ డ్రిఫ్ట్ మరియు అనువర్తిత వోల్టేజ్‌పై ఆధారపడదు.
5. p-n జంక్షన్ యొక్క కెపాసిటెన్స్.
సంభావ్య φ మార్పులు కెపాసిటెన్స్ కలిగి ఉన్నప్పుడు విద్యుత్ ఛార్జ్ Q మారే ఏదైనా సిస్టమ్. కెపాసిటెన్స్ C విలువ నిష్పత్తి ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది: .
ఒక p-n జంక్షన్ కోసం, రెండు రకాల ఛార్జీలను వేరు చేయవచ్చు: అయనీకరణం చేయబడిన దాతలు మరియు అంగీకరించే Q B యొక్క స్పేస్ ఛార్జ్ ప్రాంతంలోని ఛార్జ్ మరియు ఉద్గారిణి Q p నుండి బేస్‌లోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడిన క్యారియర్‌ల ఛార్జ్. pn జంక్షన్ వద్ద వివిధ పక్షపాతాల వద్ద, కెపాసిటెన్స్‌ను లెక్కించేటప్పుడు ఒక ఛార్జ్ లేదా మరొకటి ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది. ఈ విషయంలో, p-n జంక్షన్ కెపాసిటెన్స్ కోసం, అవరోధ కెపాసిటెన్స్ C B మరియు డిఫ్యూజన్ కెపాసిటెన్స్ C D ప్రత్యేకించబడ్డాయి.
బారియర్ కెపాసిటెన్స్ C B అనేది రివర్స్ బయాస్ V G వద్ద p-n జంక్షన్ యొక్క కెపాసిటెన్స్< 0, обусловленная изменением заряда ионизованных доноров в области пространственного заряда.
అసమాన p-n జంక్షన్ కోసం యూనిట్ ప్రాంతానికి అయనీకరణం చేయబడిన దాతలు మరియు అంగీకరించేవారి Q B యొక్క ఛార్జ్ విలువ దీనికి సమానంగా ఉంటుంది:
భేదాత్మక వ్యక్తీకరణ (2.65), మేము పొందుతాము:
సమీకరణం (2.66) నుండి, అవరోధం కెపాసిటెన్స్ C B అనేది ఫ్లాట్ కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ అని అనుసరిస్తుంది, దీని ప్లేట్ల మధ్య దూరం స్పేస్ ఛార్జ్ ప్రాంతం W యొక్క వెడల్పుకు సమానం. SCR యొక్క వెడల్పు దరఖాస్తు వోల్టేజ్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది కాబట్టి. V G , అవరోధం కెపాసిటెన్స్ అనువర్తిత వోల్టేజ్‌పై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది. అవరోధ కెపాసిటెన్స్ యొక్క సంఖ్యాపరమైన అంచనాలు దాని విలువ పదుల లేదా వందల పికోఫారడ్‌లు అని చూపిస్తుంది.
డిఫ్యూజన్ కెపాసిటెన్స్ C D అనేది ఫార్వర్డ్ బయాస్ V G > 0 వద్ద p-n జంక్షన్ యొక్క కెపాసిటెన్స్, ఇది ఉద్గారిణి Q p నుండి బేస్‌లోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడిన క్యారియర్‌ల ఛార్జ్ Q pలో మార్పు వలన ఏర్పడుతుంది.
అనువర్తిత రివర్స్ వోల్టేజ్ V Gపై అవరోధ కెపాసిటెన్స్ C B యొక్క ఆధారపడటం వాయిద్య అమలు కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ ఆధారపడటాన్ని అమలు చేసే సెమీకండక్టర్ డయోడ్‌ను వరికాప్ అంటారు. వరికాప్ దాని గరిష్ట కెపాసిటెన్స్ విలువను సున్నా వోల్టేజ్ V G వద్ద కలిగి ఉంటుంది. రివర్స్ బయాస్ పెరిగినప్పుడు, వరికాప్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ తగ్గుతుంది. వోల్టేజ్‌పై వరికాప్ కెపాసిటెన్స్ యొక్క ఫంక్షనల్ డిపెండెన్స్, వరికాప్ బేస్ యొక్క డోపింగ్ ప్రొఫైల్ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. ఏకరీతి డోపింగ్ విషయంలో, కెపాసిటెన్స్ అప్లైడ్ వోల్టేజ్ V G యొక్క మూలానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. వరికాప్ N D (x) యొక్క బేస్‌లో డోపింగ్ ప్రొఫైల్‌ను సెట్ చేయడం ద్వారా, వోల్టేజ్ C(V G)పై వరికాప్ కెపాసిటెన్స్ యొక్క వివిధ డిపెండెన్స్‌లను పొందడం సాధ్యమవుతుంది - సరళంగా తగ్గడం, విపరీతంగా తగ్గడం.
6. సెమీకండక్టర్ డయోడ్లు: వర్గీకరణ, డిజైన్ లక్షణాలు, చిహ్నాలు మరియు గుర్తులు.
సెమీకండక్టర్ డయోడ్- ఒక ఎలక్ట్రికల్ జంక్షన్ మరియు రెండు టెర్మినల్స్ (ఎలక్ట్రోడ్లు) కలిగిన సెమీకండక్టర్ పరికరం. ఇతర రకాల డయోడ్‌ల వలె కాకుండా, సెమీకండక్టర్ డయోడ్ యొక్క ఆపరేటింగ్ సూత్రం దృగ్విషయం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది p-n- పరివర్తన.
ఘనపదార్థంలో పరమాణువు యొక్క వివిక్త స్థాయిలు ఎల్లప్పుడూ నిషేధించబడిన మండలాలచే వేరు చేయబడిన అనుమతించబడిన మండలాల యొక్క వివిక్త వ్యవస్థకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. నియమం ప్రకారం, ఎలక్ట్రాన్లు పరమాణువు లేదా అణువులో పూర్తి సమూహాన్ని ఏర్పరుచుకుంటే, అవి ఘన లేదా ద్రవ శరీరంలోకి కలిసినప్పుడు, జోన్లు సృష్టించబడతాయి, వీటిలో అన్ని స్థాయిలు నిండి ఉంటాయి, కాబట్టి అటువంటి పదార్థాలు సంపూర్ణ సున్నా వద్ద అవాహకాల లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. . వీటిలో నోబుల్ గ్యాస్ లాటిస్‌లు, సంతృప్త బంధాలతో కూడిన సమ్మేళనాల పరమాణు మరియు అయానిక్ లాటిస్‌లు ఉన్నాయి. డైమండ్, సిలికాన్, జెర్మేనియం, ఎ-టిన్, రకం AIIIBV, AIIBVI, CSi సమ్మేళనాల లాటిస్‌లలో, ప్రతి అణువు నాలుగు సమీప పొరుగువారితో ఒకే వాలెన్స్ బంధాల ద్వారా అనుసంధానించబడి ఉంటుంది, తద్వారా దాని చుట్టూ పూర్తి ఎలక్ట్రాన్ల సమూహం ఏర్పడుతుంది. లు 2p 6, మరియు వాలెన్స్ బ్యాండ్ నిండి ఉంది.
జోన్ల నిర్మాణ వివరాల జోలికి వెళ్లకుండా, మేము దానిని నొక్కి చెబుతున్నాము సెమీకండక్టర్లు మరియు విద్యుద్వాహకాలు లోహాల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి, వాటి వాలెన్స్ బ్యాండ్టి»0°K ఎల్లప్పుడూ పూర్తిగా ఎలక్ట్రాన్‌లతో నిండి ఉంటుంది మరియు సమీప ఫ్రీ బ్యాండ్ (కండక్షన్ బ్యాండ్) నిషేధించబడిన రాష్ట్రాల వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి వేరు చేయబడుతుంది బ్యాండ్‌గ్యాప్ వెడల్పుడి సెమీకండక్టర్లలో ఇ- ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్లలో పదవ వంతు నుండి 3 ev(షరతులతో కూడినది), మరియు విద్యుద్వాహకములకు- నుండి 3 ముందు 5 ev(షరతులతో).సెమీకండక్టర్స్ మరియు డైలెక్ట్రిక్స్ మధ్య పరిమాణాత్మక వ్యత్యాసం మాత్రమే ఉంటే, అప్పుడు లోహాల నుండి వాటి వ్యత్యాసం గుణాత్మకంగా ఉంటుంది. లోహంలో కరెంట్ ప్రవహించాలంటే, ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క అప్లికేషన్ తప్ప మరే ఇతర చర్య అవసరం లేదు, ఎందుకంటే మెటల్‌లోని వాలెన్స్ బ్యాండ్ నింపబడదు లేదా కండక్షన్ బ్యాండ్‌తో అతివ్యాప్తి చెందుతుంది (Fig. 20, a).
అంజీర్లో. మూర్తి 20 ప్రాథమిక సెమీకండక్టర్ యొక్క అటామిక్ లాటిస్‌లో రంధ్రం యొక్క రూపాన్ని మరియు ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్ యొక్క రూపాన్ని చూపుతుంది.
అన్నం. 20. శక్తి మండలాల పథకం: ఎ- మెటల్ లో; బి- సెమీకండక్టర్లో; వి- విద్యుద్వాహకములో; డి ఇ - బ్యాండ్ గ్యాప్
సెమీకండక్టర్ (Fig. 20, b) లో వాహకతను ఉత్తేజపరిచేందుకు, నిషిద్ధ రాష్ట్రాల బ్యాండ్‌ను అధిగమించడానికి తగినంత శక్తితో నిండిన వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌ను సరఫరా చేయడం అవసరం. D కంటే తక్కువ శక్తిని గ్రహించినప్పుడు మాత్రమే E,ఒక ఎలక్ట్రాన్ వాలెన్స్ బ్యాండ్ ఎగువ అంచు నుండి ఫ్రీ బ్యాండ్ (కండక్షన్ బ్యాండ్)కి బదిలీ చేయబడుతుంది. ఈ శక్తి పరిమితిని అధిగమించినట్లయితే, స్వచ్ఛమైన (వాస్తవానికి) సెమీకండక్టర్ ఎలక్ట్రానిక్ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. చిన్న బ్యాండ్ గ్యాప్ D ఇ, ఇచ్చిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఎక్కువ వాహకత. విద్యుద్వాహకములకు D ఉన్నందున ఇచాలా పెద్దది, అప్పుడు వారి వాహకత చాలా చిన్నది (Fig. 20, b).
సంపూర్ణ సున్నా సమీపించే కొద్దీ, థర్మల్ ఉత్తేజితం సరిపోదు మరియు సెమీకండక్టర్లు అవాహకాలుగా మారతాయి మరియు లోహాలు సూపర్ కండక్టర్లుగా మారతాయి. అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు మరింత తీవ్రంగా సెమీకండక్టర్ శక్తితో క్వాంటా ద్వారా వికిరణం చేయబడుతుంది hv D కంటే తక్కువ కాదు E,వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి కండక్షన్ బ్యాండ్‌కు బదిలీ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య పెరుగుతుంది కాబట్టి, సెమీకండక్టర్ యొక్క వాహకత ఎక్కువగా ఉంటుంది.
స్వచ్ఛమైన సెమీకండక్టర్ల కోసం, ఇన్సిడెంట్ లైట్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ తగ్గుతుంది, ఒక నిర్దిష్ట విలువ వద్ద శోషణ గుణకం vతీవ్రంగా పడిపోతుంది, మరియు పదార్థం తక్కువ పౌనఃపున్యాలతో కిరణాలకు పారదర్శకంగా మారుతుంది. వేగవంతమైన శోషణ క్షయం యొక్క ఈ ప్రాంతాన్ని అంతర్గత శోషణ అంచు అంటారు. తరంగదైర్ఘ్యం Xమరియు ఫ్రీక్వెన్సీ v, దాని స్వంత శోషణ యొక్క అంచుకు అనుగుణంగా, సుమారుగా షరతుల ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి:
ఎక్కడ డి ఇఆప్టికల్ బ్యాండ్ గ్యాప్ అని పిలుస్తారు.
కనిపించే కాంతి క్వాంటా యొక్క శక్తి 1.5-3.0 పరిధిలో ఉంటుంది ev, ఆ. సాధారణంగా ప్రసరణ ఉత్తేజిత శక్తిని మించిపోతుంది (AE).సెమీకండక్టర్ నిర్దిష్ట మొత్తంలో మలినాలను కలిగి ఉంటే, అది అతినీలలోహిత నుండి రేడియో పౌనఃపున్యాల వరకు విస్తృత శ్రేణి పౌనఃపున్యాల ద్వారా అపారదర్శకంగా మారుతుంది.
లోహాలు, కాంతితో వికిరణం చేసినప్పుడు, ఆచరణాత్మకంగా వాటి వాహకతను మార్చవు, ఎందుకంటే వాటిలో ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య మారదు. స్ఫటికాల నిర్మాణంలో లోపాలు మరియు కూర్పు అవాంతరాలకు సెమీకండక్టర్ల యొక్క గొప్ప సున్నితత్వం యొక్క కారణాలపై మేము తరువాత నివసిస్తాము, దీనిలో అవి లోహాల నుండి చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి.
సెమీకండక్టర్ యొక్క వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి కండక్షన్ బ్యాండ్‌కు ఎలక్ట్రాన్ నిష్క్రమణ ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఛార్జ్‌కు సమానమైన ధనాత్మక చార్జ్‌తో వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో ఖాళీ స్థలాన్ని (రంధ్రం) వదిలివేస్తుంది.ఈ విధంగా, రంధ్రం అనేది సెమీకండక్టర్ యొక్క పొరుగు పరమాణువులను కలిపే విరిగిన సమయోజనీయ బంధం ప్రాంతంలోని ఎలక్ట్రాన్ నుండి విముక్తి పొందిన ప్రదేశం, ఇది ఒకే సానుకూల చార్జ్ కలిగి ఉంటుంది.
ఇంటర్‌స్టీషియల్ సైట్‌లో కనిపించే ఎలక్ట్రాన్ మొబైల్ ఛార్జ్ క్యారియర్. అటువంటి ఎలక్ట్రాన్లు, రంధ్రాల వలె, క్రిస్టల్ (డిఫ్యూజ్) అంతటా స్వేచ్ఛగా కదలగలవు. మీరు ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌లో ఒక క్రిస్టల్‌ను ఉంచినట్లయితే, వోల్టేజ్ కుడి నుండి ఎడమకు పడిపోతుంది, అప్పుడు "ఫ్రీ" ఎలక్ట్రాన్ ఫీల్డ్ (కుడివైపు) వ్యతిరేకంగా ఒక నిర్దేశిత కదలికను పొందుతుంది. అదనంగా, రంధ్రం యొక్క ఎడమ వైపున ఉన్న పొరుగు బంధంలో కొంత స్థలం నుండి ఫలిత రంధ్రం (+) యొక్క స్థానం ఎలక్ట్రాన్ ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది. అందువలన, పాత రంధ్రంకు బదులుగా కొత్త రంధ్రం ఏర్పడుతుంది. పర్యవసానంగా, అంజీర్లో చూపిన విధంగా ఎలక్ట్రాన్లు వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో ఎడమ నుండి కుడికి దూకినప్పుడు రంధ్రం ఫీల్డ్ దిశలో (ఎడమవైపు) కదులుతుంది. 21 (బాణాలు). వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా ఛార్జ్ బదిలీని హోల్ ట్రాన్స్‌ఫర్ అంటారు. అందువలన, అంతర్గత సెమీకండక్టర్లలో రెండు ప్రసరణ విధానాలు ఉన్నాయి: ఎలక్ట్రానిక్ మరియు రంధ్రం. సెమీకండక్టర్ యొక్క విద్యుత్ వాహకత సాధారణంగా సమీకరణం ద్వారా వ్యక్తీకరించబడుతుంది:
ఎక్కడ: SPమరియు ఇఆర్- వరుసగా ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల కదలిక; n మరియు p వాటి సాంద్రతలు.
అన్నం. 21. వాలెన్స్ బంధాన్ని విచ్ఛిన్నం చేసే పథకం మరియు ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ మరియు రంధ్రాన్ని ఛార్జ్ క్యారియర్‌లుగా చూపడం: ఎ- ఒక ఫ్లాట్ చిత్రంలో; b - బ్యాండ్ శక్తి రేఖాచిత్రంలో; A - సిలికాన్ లేదా జెర్మేనియం అణువులు; (:) - పొరుగు అణువులను బంధించే వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు; (+) - రంధ్రం; (-) - ఉచిత ఎలక్ట్రాన్; ఈయు- ఫ్రీ జోన్ యొక్క దిగువ స్థాయి; EV- వాలెన్స్ బ్యాండ్ ఎగువ స్థాయి
దాని స్వంత సెమీకండక్టర్లో
ఎక్కడ: కె- బోల్ట్జ్మాన్ స్థిరాంకం 1.38 × 10-16కి సమానం erg/deg,లేదా 0.863 × 10-4 ev/deg; ఎసమయోజనీయ బంధాలు కలిగిన సెమీకండక్టర్లకు (ఉదాహరణకు, సిలికాన్ మరియు జెర్మేనియం) అనుపాతంలో ఉంటుంది టి 1.5, మరియు ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల చలనశీలత అనుపాతంలో ఉంటుంది టి-1.5, కాబట్టి ఎక్కువ లోపం లేకుండా మనం వ్రాయవచ్చు
ఇచ్చిన సెమీకండక్టర్ కోసం s0 స్థిరమైన విలువగా పరిగణించబడుతుంది. లాగరిథమ్‌లను తీసుకుంటే, మనకు లభిస్తుంది:
ఇది s = లో సరళ రేఖ యొక్క సమీకరణం fకోణీయ గుణకం tg j = . ఇక్కడనుంచి: 
ఇక్కడ j అనేది సరళ రేఖ మరియు అక్షం 1 యొక్క సానుకూల దిశ మధ్య కోణం /టి.
ఈ కోణం ఎల్లప్పుడూ మందంగా ఉంటుంది కాబట్టి, tgj< 0, а Dఇ> 0. ఇక్కడ డి ఇథర్మల్ బ్యాండ్ గ్యాప్ అని పిలుస్తారు, అనగా, వాహకత యొక్క ఉష్ణోగ్రత ప్రవర్తన నుండి లెక్కించబడుతుంది.
సాధారణంగా నిండిన బంధం (NS) ఉల్లంఘన కారణంగా ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జత రూపాన్ని రివర్సిబుల్ రియాక్షన్ NS + D సమీకరణ రూపంలో వ్రాయవచ్చు. E ↔+ (ఎక్కడ - ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్, - రంధ్రం). ఇచ్చిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద, డైనమిక్ సమతుల్యత ఏర్పడుతుంది. ఎడమ నుండి కుడికి వెళ్లే ప్రక్రియ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల ఉత్పత్తి, మరియు రివర్స్ ప్రక్రియను ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల పునఃసంయోగం అంటారు. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, లే చాటెలియర్ సూత్రానికి అనుగుణంగా, ఈ సమతుల్యత కుడివైపుకి మారుతుంది. ఇచ్చిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద, ద్రవ్యరాశి చర్య యొక్క చట్టం ప్రకారం, సమతౌల్య స్థిరాంకం క్రింది విధంగా వ్రాయబడుతుంది: TO.= మొదలైనవి/ [NZ]. ఆచరణాత్మకంగా చాలా పెద్ద విలువ [NZ] స్థిరంగా ఉంటుంది, ఇది అనుసరిస్తుంది
1లో కనెక్షన్‌లు ఉన్నందున సాధారణంగా నింపిన కనెక్షన్‌లు దాదాపు చాలా ఉన్నాయి cm3.ఉదాహరణకు, 1 వద్ద cm3జెర్మేనియం బంధాలు (6.02 × 1023 × 5.32/72.59) × 2 = 9.0 × 1022 (ఇక్కడ 5.32 జెర్మేనియం సాంద్రత, జి/ cm3; 72.59 దాని పరమాణు ద్రవ్యరాశి). భిన్నం 1లోని జెర్మేనియం పరమాణువుల సంఖ్యను సూచిస్తుంది cm3, 2 ద్వారా గుణించబడుతుంది ఎందుకంటే ప్రతి అణువు పొరుగు అణువులతో 4 బంధాలను కలిగి ఉంటుంది, కానీ ప్రతి బంధం రెండు అణువులను కలుపుతుంది.
స్వచ్ఛమైన సెమీకండక్టర్ కోసం పి= ఆర్= పిi(పిi- పదం నుండి అంతర్గతమైన- సొంత); కాబట్టి మునుపటి సమీకరణాన్ని ఇలా సూచించవచ్చు:
దీని అర్ధం: స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద సెమీకండక్టర్‌లోని కండక్షన్ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల సాంద్రతల ఉత్పత్తి స్థిరంగా ఉంటుంది, అదే ఉష్ణోగ్రత వద్ద దాని స్వంత సెమీకండక్టర్‌లోని వాటి సాంద్రతల ఉత్పత్తికి సమానంగా ఉంటుంది మరియు అది కలిగి ఉన్న మలినాలను స్వభావం మరియు మొత్తంపై ఆధారపడి ఉండదు.జెర్మేనియం కోసం 300o K మొదలైనవి - 6.25 × 1026. అందువల్ల స్వచ్ఛమైన జెర్మేనియంలో ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల సాంద్రత పి= ఆర్= పిi= 2.5 × 113 సెం.మీ-3.సిలికాన్ కోసం నిమాగ్నిట్యూడ్ యొక్క మూడు ఆర్డర్లు తక్కువ.
కికోయిన్ ఎ.కె. డైలెక్ట్రిక్స్, సెమీకండక్టర్స్, సెమీమెటల్స్, మెటల్స్ // క్వాంటం. - 1984. - నం. 2. - పి. 25-29.
"క్వాంట్" పత్రిక సంపాదకీయ బోర్డు మరియు సంపాదకులతో ప్రత్యేక ఒప్పందం ద్వారా
శాస్త్రీయ భౌతిక శాస్త్రంలో, అన్ని పదార్ధాలను వాటి విద్యుత్ లక్షణాల ప్రకారం కండక్టర్లు మరియు విద్యుద్వాహకాలుగా విభజించడం ఆచారం ("భౌతికశాస్త్రం 9", §§44 మరియు 46). ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రం మరో రెండు ఇంటర్మీడియట్ స్థితులను వేరు చేస్తుంది - సెమీకండక్టర్స్ ("ఫిజిక్స్ 9", § 78) మరియు సెమీమెటల్స్. క్వాంటం మెకానిక్స్ రాకతో మాత్రమే ఈ అన్ని రకాల పదార్థాల మధ్య తేడాలు ఏమిటో స్పష్టమైంది. ఈ గమనికలో ఘనపదార్థాల విద్యుత్ లక్షణాలను వివరించే ఆధునిక క్వాంటం మెకానికల్ సిద్ధాంతం యొక్క సారాంశాన్ని క్లుప్తంగా వివరించడానికి ప్రయత్నిస్తాము.
ఒక ఘనపదార్థం ఒక స్ఫటిక లాటిస్‌ను ఏర్పరిచే అణువులతో రూపొందించబడింది. విద్యుత్ చార్జ్ చేయబడిన పరమాణు కణాల పరస్పర చర్య ద్వారా అణువులు లాటిస్‌లో ఉంచబడతాయి - ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన న్యూక్లియైలు మరియు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్లు. స్ఫటికంలో విద్యుత్ ప్రవాహం అనేది ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక, ఇది క్వాంటం మెకానిక్స్ నియమాలకు కట్టుబడి ఉంటుంది. ఈ చట్టాల ప్రకారం, ఒక వ్యక్తిగత పరమాణువు మరియు క్రిస్టల్‌లోని ఎలక్ట్రాన్లు నిర్దిష్ట (అనుమతించబడిన) శక్తి విలువలను మాత్రమే కలిగి ఉంటాయి లేదా మరో మాటలో చెప్పాలంటే, నిర్దిష్టంగా ఉంటాయి. శక్తి స్థాయిలు. అధిక స్థాయి, అది మరింత శక్తికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
ఒక అణువులో, ఈ స్థాయిలు ఒకదానికొకటి చాలా దూరంలో ఉన్నాయి - స్థాయిలు ఒక వివిక్త శక్తి స్పెక్ట్రమ్‌ను ఏర్పరుస్తాయని చెప్పడం ఆచారం (Fig. 1). కొన్ని పరిస్థితులలో, ఎలక్ట్రాన్లు ఒక స్థాయి నుండి మరొక స్థాయికి, అనుమతించబడిన, స్థాయికి కదలగలవు. ఇచ్చిన శక్తితో కూడిన ఎలక్ట్రాన్ కేంద్రకం చుట్టూ మూసి ఉన్న పథం - కక్ష్య - వెంట మాత్రమే కదులుతుంది.
అణువులు కలిసి క్రిస్టల్‌గా ఏర్పడినప్పుడు, కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఇప్పటికీ వాటి పరమాణు కక్ష్యల్లోనే ఉంటాయి, అయితే కేంద్రకం నుండి దూరంగా ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు పొరుగు పరమాణువుల బాహ్య కక్ష్యల అతివ్యాప్తి కారణంగా క్రిస్టల్ అంతటా కదలగలవు. దీనర్థం మునుపు వ్యక్తిగత పరమాణువులకు చెందిన శక్తి స్థాయిలు మొత్తం క్రిస్టల్‌కు "సాధారణం" అవుతాయి. క్రిస్టల్‌లో వివిక్త స్థాయిలకు బదులుగా, శక్తి మండలాలు, చాలా దగ్గరగా ఉండే స్థాయిలను కలిగి ఉంటుంది. ఈ "సామాజిక" స్థాయిలలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు అంటారు వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు.
వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు కక్ష్యలలో కదులుతాయి, ఇవి మొత్తం క్రిస్టల్‌ను విస్తరించి విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని నిర్వహించగలవు. అయితే, ప్రతిదీ చాలా సరళంగా ఉంటే, అన్ని ఘనపదార్థాలు మంచి కండక్టర్లుగా (లోహాలు) ఉంటాయి. క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క నియమాలు చిత్రాన్ని మరింత క్లిష్టంగా మరియు విభిన్నంగా చేస్తాయి.
మొదట, శక్తి మండలాలు ఒకే శక్తి స్థాయి లేని ఖాళీల ద్వారా వేరు చేయబడతాయి. ఈ విరామాలను అంటారు నిషేధిత ప్రాంతాలు. రెండవది, ఎలక్ట్రాన్లు పౌలీ సూత్రం అని పిలవబడే దానికి కట్టుబడి ఉంటాయి, దీని ప్రకారం ప్రతి స్థాయిలో ఒక ఎలక్ట్రాన్ మాత్రమే ఇచ్చిన స్థితిలో ఉంటుంది. సాధ్యమైనంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద (సంపూర్ణ సున్నాకి సమానం), శక్తి స్థాయిలు క్రింది నుండి పైకి (అంటే, అత్యల్ప శక్తి విలువలతో ప్రారంభించి) పౌలీ సూత్రానికి అనుగుణంగా ఎలక్ట్రాన్‌లతో నిండి ఉంటాయి మరియు అధిక శక్తులతో స్థాయిలు స్వేచ్ఛగా ఉంటాయి. ఎనర్జీ బ్యాండ్‌ల పూరకం యొక్క వివిధ డిగ్రీలు, అలాగే వాటి సాపేక్ష ప్రదేశంలో తేడాలు, అన్ని ఘనపదార్థాలను విద్యుద్వాహకములు, సెమీకండక్టర్లు, సెమీమెటల్స్ మరియు లోహాలుగా విభజించడం సాధ్యపడుతుంది.
విద్యుద్వాహకములు.
వద్ద టి= 0 వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు అనే అత్యల్ప బ్యాండ్‌ని పూర్తిగా నింపుతాయి వాలెన్స్ బ్యాండ్(Fig. 2). దీనిలో ఉచిత స్థాయిలు లేవు మరియు తదుపరి అనుమతించబడిన జోన్ ప్రసరణ బ్యాండ్- విస్తృత బ్యాండ్ గ్యాప్ ద్వారా దాని నుండి వేరు చేయబడింది. అటువంటి నమూనాకు విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని వర్తింపజేస్తే, అది ఎలక్ట్రాన్లను వేగవంతం చేయదు, అంటే విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని సృష్టించదు, ఎందుకంటే ఎలక్ట్రాన్‌ను వేగవంతం చేయడం అంటే దానికి అదనపు శక్తిని ఇవ్వడం మరియు క్వాంటం మెకానిక్స్ చట్టాల ప్రకారం, ఇది దానిని అధిక శక్తి స్థాయికి బదిలీ చేయడం ద్వారా మాత్రమే చేయవచ్చు. కానీ పౌలీ సూత్రం ఇప్పటికే ఆక్రమిత స్థాయిలను ఆక్రమించకుండా ఎలక్ట్రాన్లను నిషేధిస్తుంది మరియు అవి పూర్తిగా ఖాళీగా ఉన్న తదుపరి అనుమతించబడిన బ్యాండ్‌లోకి ప్రవేశించలేవు, ఎందుకంటే విద్యుత్ క్షేత్రం నుండి పొందిన శక్తి బ్యాండ్ గ్యాప్ యొక్క వెడల్పు Δ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.
సున్నా కాకుండా ఇతర ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, ఎలక్ట్రాన్లు, సూత్రప్రాయంగా, కండక్షన్ బ్యాండ్‌లోకి వెళ్లి విద్యుత్ ప్రవాహానికి వాహకాలుగా మారవచ్చు. అయితే, ఈ జోన్‌కు బదిలీ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య తగినంత పెద్దదిగా ఉండాలంటే, విద్యుద్వాహకము అటువంటి అధిక ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేయబడాలి, కరెంట్ కొలవగల విలువను చేరుకోవడానికి ముందు అది కరిగిపోతుంది. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద, విద్యుద్వాహకములో ఆచరణాత్మకంగా కరెంట్ ప్రవహించదు.
సెమీకండక్టర్స్.
సెమీకండక్టర్ విద్యుద్వాహకము నుండి వేరుగా ఉంటుంది, దానిలో మాత్రమే బ్యాండ్ గ్యాప్ యొక్క వెడల్పు Δ కండక్షన్ బ్యాండ్ నుండి వాలెన్స్ బ్యాండ్‌ను వేరు చేస్తుంది (పదుల సార్లు). వద్ద టి= 0, సెమీకండక్టర్‌లోని వాలెన్స్ బ్యాండ్, డీఎలెక్ట్రిక్‌లో వలె, పూర్తిగా నిండి ఉంటుంది మరియు కరెంట్ నమూనా ద్వారా ప్రవహించదు. కానీ శక్తి Δ తక్కువగా ఉండటం వలన, ఉష్ణోగ్రతలో స్వల్ప పెరుగుదలతో కూడా, కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ప్రసరణ బ్యాండ్ (Fig. 3) లోకి తరలించవచ్చు. అప్పుడు పదార్థంలో విద్యుత్ ప్రవాహం సాధ్యమవుతుంది మరియు ఒకేసారి రెండు “ఛానెల్స్” ద్వారా.
మొదట, కండక్షన్ బ్యాండ్‌లో, ఎలక్ట్రాన్లు, ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌లో శక్తిని పొందడం, అధిక శక్తి స్థాయిలకు కదులుతాయి. రెండవది, కండక్షన్ బ్యాండ్‌కి వెళ్ళిన ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో మిగిలి ఉన్న ఖాళీ స్థాయిల నుండి విద్యుత్ ప్రవాహానికి సహకారం వస్తుంది. నిజానికి, పౌలీ సూత్రం ఏదైనా ఎలక్ట్రాన్ వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో ఖాళీ స్థాయిని ఆక్రమించడానికి అనుమతిస్తుంది. కానీ, ఈ స్థాయిని ఆక్రమించిన తర్వాత, అది దాని స్వంత స్థాయిని ఉచితంగా వదిలివేస్తుంది. శాస్త్రీయ నామాన్ని కలిగి ఉంటాయి రంధ్రాలు, ప్రస్తుత వాహకాలుగా కూడా మారతాయి. రంధ్రాల సంఖ్య స్పష్టంగా కండక్షన్ బ్యాండ్‌లోకి వెళ్ళిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యకు సమానంగా ఉంటుంది (అని పిలవబడేది ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్లు), కానీ రంధ్రాలు ధనాత్మక చార్జ్‌ను కలిగి ఉంటాయి ఎందుకంటే ఒక రంధ్రం తప్పిపోయిన ఎలక్ట్రాన్.
ఈ విధంగా, సెమీకండక్టర్లో, ఎలెక్ట్రిక్ కరెంట్ అనేది కండక్షన్ బ్యాండ్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ల కరెంట్ మరియు వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లోని రంధ్రాలు. సెమీకండక్టర్ యొక్క ఈ వాహకతను అంటారు స్వంతం.
ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు, ఒక క్రిస్టల్ ద్వారా కదులుతున్నప్పుడు, క్రిస్టల్ లాటిస్ యొక్క అణువులతో సంకర్షణ చెందుతాయి, వాటి శక్తిని కోల్పోతాయి. ఈ నష్టాలు పదార్ధం యొక్క విద్యుత్ నిరోధకతతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, శక్తి నష్టాలు పెరుగుతాయి, కాబట్టి సెమీకండక్టర్ యొక్క నిరోధకత కూడా పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పెరుగుతుంది. కానీ ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ సంఖ్య పెరుగుతుంది ఎలక్ట్రాన్లు, కండక్షన్ బ్యాండ్‌లోకి వెళుతుంది మరియు అందువల్ల వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లోని రంధ్రాల సంఖ్య r. దీని అర్థం ప్రస్తుత క్యారియర్‌ల మొత్తం సంఖ్య పెరుగుతోంది (మరియు చాలా త్వరగా). దీని కారణంగా, సెమీకండక్టర్ యొక్క నిరోధకత పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పెరగదు, కానీ తగ్గుతుంది. సెమీకండక్టర్‌ని ఇలా నిర్వచించవచ్చు సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఆచరణాత్మకంగా విద్యుత్తును నిర్వహించని పదార్ధం, కానీ పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో దీని నిరోధకత బాగా తగ్గుతుంది.
ప్రకృతిలో, అయితే, వారి స్వంత వాహకతతో సెమీకండక్టర్స్ ఉనికిలో లేవు: అవి ఎల్లప్పుడూ ఇతర పదార్ధాల మలినాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి వాటి విద్యుత్ లక్షణాలను నిర్ణయిస్తాయి. మలినాలను ఉనికిని సెమీకండక్టర్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్లో అదనపు శక్తి స్థాయిల రూపానికి దారితీస్తుంది, దాని నుండి లేదా ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనాలు కూడా సాధ్యమే. సాంకేతిక నిపుణులు సెమీకండక్టర్లలోని మలినాలను నియంత్రించడం మరియు వాటి వాహకతను వారి స్వంత అభీష్టానుసారం చేయడం నేర్చుకున్న తర్వాత మాత్రమే సాంకేతికతలో సెమీకండక్టర్ల విస్తృత ఉపయోగం సాధ్యమైంది ( అశుద్ధ వాహకత) దాదాపు పూర్తిగా ఎలక్ట్రానిక్ లేదా పూర్తిగా రంధ్రం.
పరమాణువులు సులభంగా ఎలక్ట్రాన్లను వదులుకునే మలినాలను ఎంచుకోవడం సాధ్యమవుతుందని ఇది మారుతుంది. ఈ సందర్భంలో విడుదల చేయబడిన అదనపు శక్తి స్థాయిలు దాని ఎగువ అంచు (Fig. 4a) సమీపంలో సెమీకండక్టర్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ లోపల ఉన్నాయి. అటువంటి మలినాలను అంటారు దాత మలినాలను, మరియు స్థాయిలు దాత స్థాయిలు. మూర్తి 4 నుండి, వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి ఎలక్ట్రాన్ల కంటే అదే ఉష్ణోగ్రత వద్ద అటువంటి స్థాయిల నుండి ఎలక్ట్రాన్లు కండక్షన్ బ్యాండ్‌కి వెళ్లడం చాలా సులభం అని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది, కాబట్టి అశుద్ధ స్థాయిలు కండక్షన్ బ్యాండ్‌కు ఎలక్ట్రాన్ల ప్రధాన సరఫరాదారులుగా మారతాయి. . కానీ ఈ సందర్భంలో, వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో రంధ్రాలు కనిపించవు మరియు సెమీకండక్టర్ యొక్క వాహకత దాదాపు పూర్తిగా ఎలక్ట్రానిక్ అవుతుంది. ఇటువంటి సెమీకండక్టర్లను సెమీకండక్టర్స్ అంటారు n-రకం.
పరమాణువులు సులభంగా తమతో ఎలక్ట్రాన్లను అటాచ్ చేసుకునే మలినాలు కూడా ఉన్నాయి ( అంగీకరించే మలినాలను) వాటి ఎలక్ట్రాన్ల అదనపు స్థాయిలు (అంగీకార స్థాయిలు) కూడా సెమీకండక్టర్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ లోపల ఉన్నాయి, కానీ దాని దిగువన (Fig. 4, b). ఈ సందర్భంలో, వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి ఎలక్ట్రాన్లు కండక్షన్ బ్యాండ్ కంటే అశుద్ధతను అంగీకరించే స్థాయిలకు తరలించడం సులభం. అప్పుడు కండక్షన్ బ్యాండ్‌లో ఎలక్ట్రాన్లు కనిపించకుండా వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో రంధ్రాలు కనిపిస్తాయి. ఫలితంగా దాదాపు పూర్తిగా రంధ్ర వాహకత కలిగిన సెమీకండక్టర్ లేదా సెమీకండక్టర్ p-రకం. 
లోహాలలోని ఎలక్ట్రాన్లు చివరకు వాటి పరమాణు మూలాన్ని "మరచిపోతాయి", వాటి స్థాయిలు చాలా విస్తృత జోన్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. ఇది ఎల్లప్పుడూ పాక్షికంగా మాత్రమే నిండి ఉంటుంది (ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య స్థాయిల సంఖ్య కంటే తక్కువగా ఉంటుంది) అందువలన కండక్షన్ బ్యాండ్ (Fig. 6) అని పిలుస్తారు. అన్నది స్పష్టం లోహాలలో, కరెంట్ సున్నా ఉష్ణోగ్రత వద్ద కూడా ప్రవహిస్తుంది. అంతేకాకుండా, క్వాంటం మెకానిక్స్ ఉపయోగించి అది నిరూపించబడుతుంది ఆదర్శ మెటల్(దీని యొక్క జాలక ఎటువంటి లోపాలు లేని) వద్ద టి= 0 కరెంట్ ప్రతిఘటన లేకుండా ప్రవహించాలి!
దురదృష్టవశాత్తూ, ఆదర్శ స్ఫటికాలు లేవు మరియు సున్నా ఉష్ణోగ్రతను సాధించడం సాధ్యం కాదు. వాస్తవానికి, వైబ్రేటింగ్ లాటిస్ అణువులతో సంకర్షణ చెందడం ద్వారా ఎలక్ట్రాన్లు శక్తిని కోల్పోతాయి నిజమైన మెటల్ యొక్క నిరోధకత ఉష్ణోగ్రతతో పెరుగుతుంది(సెమీకండక్టర్ నిరోధకతకు విరుద్ధంగా). కానీ చాలా ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, ఏదైనా ఉష్ణోగ్రత వద్ద లోహం యొక్క విద్యుత్ వాహకత సెమీకండక్టర్ యొక్క విద్యుత్ వాహకత కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే లోహం విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని నిర్వహించగల అనేక ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటుంది.