p-n जंक्शन और बैंड बेंडिंग

p-प्रकार और n-प्रकार के अर्धचालकों को जोड़ने से उनके फर्मी स्तर संरेखित होते हैं, जिससे बैंड झुकते हैं और एक अंतर्निर्मित क्षेत्र बनता है जो धारा को केवल एक दिशा में आसानी से प्रवाहित होने देता है, जो डायोड का सार है।

Definition

एक p-n जंक्शन p-प्रकार और n-प्रकार के अर्धचालक के बीच का इंटरफ़ेस है; संतुलन में वाहक विसरण एक आवेश-क्षीण क्षेत्र बनाता है जिसमें एक अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र होता है जो बैंड को मोड़ता है ताकि फर्मी स्तर स्थिर रहे, और एक अनुप्रयुक्त बायस इस क्षेत्र को असंतुलित करता है जिससे दिष्टकारी धारा प्रवाह होता है।

Scope

यह विषय p-n जंक्शन के भौतिकी को शामिल करता है: धातुकर्म जंक्शन के पार वाहकों का विसरण, परिणामी अवक्षय क्षेत्र और अंतर्निर्मित विभव, फर्मी स्तर को बराबर करने वाला बैंड बेंडिंग, और फॉरवर्ड और रिवर्स बायस के तहत दिष्टकारी धारा-वोल्टेज विशेषता। यह शॉकली डायोड समीकरण, अवक्षय-परत की चौड़ाई और धारिता, और भंजन का वर्णन करता है, जो डायोड, ट्रांजिस्टर और सौर कोशिकाओं के लिए मूलभूत निर्माण खंड प्रदान करता है।

Core questions

• p-प्रकार और n-प्रकार की सामग्री को जोड़ने से अवक्षय क्षेत्र और अंतर्निर्मित विभव क्यों बनता है?
• बैंड बेंडिंग संतुलन में जंक्शन के पार फर्मी स्तर को स्थिर कैसे रखता है?
• जंक्शन फॉरवर्ड बायस के तहत आसानी से चालन क्यों करता है लेकिन रिवर्स बायस को क्यों रोकता है?
• अवक्षय-परत की चौड़ाई, जंक्शन धारिता और भंजन वोल्टेज को क्या निर्धारित करता है?

Key concepts

• अवक्षय क्षेत्र और अंतर्निर्मित विभव
• बैंड बेंडिंग और फर्मी-स्तर संरेखण
• फॉरवर्ड और रिवर्स बायस
• शॉकली डायोड समीकरण और दिष्टकरण
• जंक्शन धारिता और भंजन

Key theories

शॉकली डायोड सिद्धांत

शॉकली ने अवक्षय क्षेत्र के पार अल्पसंख्यक वाहकों के विसरण से एक आदर्श p-n जंक्शन के घातीय धारा-वोल्टेज संबंध को व्युत्पन्न किया, दिष्टकरण की व्याख्या की और डायोड और द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के अंतर्निहित मात्रात्मक मॉडल प्रदान किए।

Clinical relevance

p-n जंक्शन अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स का प्राथमिक निर्माण खंड है: दिष्टकारी और सिग्नल डायोड, प्रकाश उत्सर्जक डायोड, फोटोडायोड और सौर सेल जंक्शन होते हैं, और द्विध्रुवी और क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर उनके संयोजनों से निर्मित होते हैं।

History

ओहल ने 1939 में सिलिकॉन p-n सीमा पर दिष्टकरण की पहचान की, और शॉकली के 1949 के जंक्शन के सिद्धांत ने इसके संचालन की व्याख्या की और सीधे जंक्शन ट्रांजिस्टर को जन्म दिया, यह मूलभूत कार्य 1956 के नोबेल पुरस्कार द्वारा मान्यता प्राप्त है जिसे बार्डीन और ब्रैटन के साथ साझा किया गया था।

Key figures

• William Shockley
• Russell Ohl
• John Bardeen

Seminal works

• shockley1949
• sze2007

Frequently asked questions

एक p-n जंक्शन केवल एक दिशा में चालन क्यों करता है?

फॉरवर्ड बायस अंतर्निर्मित बाधा को कम करता है जिससे बहुसंख्यक वाहक तेजी से प्रवाहित होते हैं और धारा तेजी से बढ़ती है; रिवर्स बायस बाधा को बढ़ाता है, जिससे केवल एक छोटी अल्पसंख्यक-वाहक धारा बचती है, इसलिए जंक्शन धारा के लिए एक-तरफ़ा वाल्व के रूप में कार्य करता है।

बैंड बेंडिंग क्या है?

जंक्शन के पास अवक्षय क्षेत्र का अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र स्थानीय ऊर्जा बैंड को स्थिति के साथ ऊपर या नीचे स्थानांतरित करता है; यह बेंडिंग ठीक वही है जो संतुलन में उपकरण के पार फर्मी स्तर को सपाट रखता है, जैसा कि कोई शुद्ध धारा न होने के लिए आवश्यक है।