अर्धचालक भौतिकी
अर्धचालक ऐसे पदार्थ होते हैं जिनका मामूली बैंड गैप उनकी चालकता को तापमान, डोपिंग और लगाए गए क्षेत्रों द्वारा ट्यून करने की अनुमति देता है, जिससे वे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की भौतिक नींव बन जाते हैं।
Definition
अर्धचालक भौतिकी इलेक्ट्रॉनिक बैंड सिद्धांत का उन पदार्थों पर अनुप्रयोग है जिनमें बैंड गैप इतना छोटा होता है कि तापीय उत्तेजना और डोपिंग चालन बैंड और संयोजकता बैंड को गतिशील इलेक्ट्रॉनों और होलों से भर देते हैं, जिनकी सांद्रता और गति को इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बनाने के लिए नियंत्रित किया जा सकता है।
Scope
यह क्षेत्र अर्धचालक ठोस पदार्थों की भौतिकी को शामिल करता है: आंतरिक और बाह्य (डोप्ड) व्यवहार, इलेक्ट्रॉन और होल वाहक सांख्यिकी, फर्मी स्तर की स्थिति, p-n जंक्शनों का निर्माण और इंटरफेस पर बैंड बेंडिंग, और ऑप्टिकल अवशोषण और परिवहन गुण जो उपकरणों को नियंत्रित करते हैं। यह छोटे गैप वाले पदार्थों पर बैंड सिद्धांत लागू करता है और सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक संरचना को डायोड, ट्रांजिस्टर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के संचालन से जोड़ता है, जबकि डिवाइस इंजीनियरिंग विवरण को अनुप्रयुक्त क्षेत्रों के लिए छोड़ देता है।
Sub-topics
Core questions
- एक अर्धचालक का छोटा बैंड गैप उसकी वाहक सांद्रता को तापमान और डोपिंग के प्रति संवेदनशील कैसे बनाता है?
- होल्स की क्या भूमिका है, और दाता और स्वीकर्ता अशुद्धियाँ n-प्रकार और p-प्रकार सामग्री कैसे बनाती हैं?
- एक p-n जंक्शन बैंड बेंडिंग और एक अंतर्निहित क्षमता के माध्यम से धारा को कैसे सुधारता है?
- अर्धचालक उपकरणों को नियंत्रित करने वाले ऑप्टिकल अवशोषण और वाहक गतिशीलता को क्या निर्धारित करता है?
Key concepts
- बैंड गैप, चालन बैंड और संयोजकता बैंड
- आवेश वाहक के रूप में इलेक्ट्रॉन और होल
- दाता और स्वीकर्ता डोपिंग (n-प्रकार और p-प्रकार)
- फर्मी स्तर और वाहक सांख्यिकी
- p-n जंक्शन, अंतर्निहित क्षमता और सुधार
Key theories
- वाहक सांख्यिकी और द्रव्यमान क्रिया का नियम
- संतुलन इलेक्ट्रॉन और होल सांद्रता घनत्व अवस्थाओं और फर्मी-डिराक सांख्यिकी से प्राप्त होती है; उनका गुणनफल एक दिए गए तापमान पर निश्चित होता है, इसलिए डोपिंग जो एक वाहक को बढ़ाती है वह दूसरे को दबा देती है।
- p-n जंक्शन सुधार
- p-प्रकार और n-प्रकार सामग्री को जोड़ने से फर्मी स्तर संरेखित होता है, बैंड झुकते हैं और एक अंतर्निहित क्षेत्र के साथ एक रिक्तीकरण क्षेत्र बनता है जो धारा को केवल एक दिशा में आसानी से प्रवाहित करने की अनुमति देता है, जो डायोड का आधार है।
Clinical relevance
अर्धचालक भौतिकी संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना-प्रौद्योगिकी उद्योग की नींव है: डायोड, ट्रांजिस्टर, एकीकृत परिपथ, सौर सेल, प्रकाश उत्सर्जक डायोड, लेजर और फोटोडिटेक्टर सभी यहां विकसित वाहक और जंक्शन भौतिकी पर आधारित हैं।
History
बैंड के क्वांटम सिद्धांत ने 1930 के दशक में अर्धचालक व्यवहार की व्याख्या की, और 1947-1948 में बेल लैब्स में बार्डीन, ब्रैटन और शॉकली द्वारा पॉइंट-कॉन्टैक्ट और जंक्शन ट्रांजिस्टर के आविष्कार ने अर्धचालक भौतिकी को आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और बाद की माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स क्रांति का आधार बना दिया।
Key figures
- William Shockley
- John Bardeen
- Walter Brattain
Related topics
Seminal works
- sze2007
- ashcroft1976
Frequently asked questions
- होल क्या है?
- होल अन्यथा भरे हुए संयोजकता बैंड में एक इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति है; यह एक धनावेशित गतिशील वाहक की तरह व्यवहार करता है, और होलों को ट्रैक करना उन कई इलेक्ट्रॉनों को ट्रैक करने की तुलना में कहीं अधिक सरल है जो उन्हें भरने के लिए चलते हैं।
- अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा जोड़ने से चालकता इतनी नाटकीय रूप से क्यों बदल जाती है?
- दाता या स्वीकर्ता परमाणु गैप के ठीक अंदर ऊर्जा स्तरों को प्रस्तुत करते हैं जो कमरे के तापमान पर आसानी से आयनित हो जाते हैं, इसलिए प्रति मिलियन भागों में डोपिंग भी मुक्त-वाहक सांद्रता को कई परिमाण के क्रम से बदल सकती है।