जीईई तैयारी (कक्षा 11 और 12 के एनसीईआरटी संदर्भ) में सेमीकंडक्टर में डोपिंग पर विस्तृत नोट

1. सेमीकंडक्टर की मूलभूत बातें:

• मुख्य बिंदु:

• सेमीकंडक्टर ऐसे तत्व हैं जिनकी इकाईय चालकता चालक और अचालक के बीच की होती है।

• उनमें आंशिक रूप से भरी हुई वेलेंस बैंड और खाली निर्णायक बैंड होता है।

• बैंडगैप ऊर्जा सेमीकंडक्टर के प्रकार का निर्धारण करता है।

• एनसीईआरटी संदर्भ: अध्याय 14, सेमीकंडक्टर (कक्षा 11)

2. डोपिंग के प्रकार:

• मुख्य बिंदु:

• डोपिंग उस क्रिया को कहते हैं जिसमें एक सेमीकंडक्टर में अशुद्धियों को लाने के लिए इसकी विद्युतीय गुणधर्मों को संशोधित किया जाता है।

• एन-प्रकार सेमीकंडक्टर सूजक पदार्थों के साथ डोपिंग करके बनाए जाते हैं, जिनमें उनकी बाहरी सतह (जैसे फॉस्फोरस) में एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होता है।

• पी-प्रकार सेमीकंडक्टर सूजक पदार्थों के साथ डोपिंग करके बनाए जाते हैं, जिनमें उनकी बाहरी सतह (जैसे बोरॉन) में एक कम इलेक्ट्रॉन होता है।

• एनसीईआरटी संदर्भ: अध्याय 14, सेमीकंडक्टर (कक्षा 11)

3. डोपेंट सामग्री और तंत्र:

• मुख्य बिंदु:

• सामान्य एन-प्रकार डोपेंट: फॉस्फोरस, आर्सेनिक, एंटीमनी

• सामान्य पी-प्रकार डोपेंट: बोरॉन, गैलियम, इंडियम

• स्थानांतरित डोपिंग: डोपेंट धातुओं को रेखा जाल में सेमीकंडक्टर अणुओं के स्थान पर स्थानान्तरित करते हैं।

• अंतरालय डोपिंग: डोपेंट धातुओं को सेमीकंडक्टर अणुओं के बीच के स्थानों पर जगह बनाते हैं।

• एनसीईआरटी संदर्भ: अध्याय 14, सेमीकंडक्टर (कक्षा 11)

4. ऊर्जा स्तर और बैंड आरेख:

• मुख्य बिंदु:

• डोपेंट धातुओं ने सेमीकंडक्टर के बैंडगैप में कणतशक्ति ऊर्जा स्तर बनाए हैं

• एन-प्रकार सेमीकंडक्टरों में निर्धारक स्तर निर्धारित की है जो संचरणीय बैंड के नीचे होता है।

• पी-प्रकार सेमीकंडक्टरों में स्वीकारक स्तर निर्धारित की गई है, जो समश्रोणी बैंड के ऊपर होता है।

• फेर्मी स्तर एन-प्रकार सेमीकंडक्टरों में संचरणीय बैंड की ओर और पी-प्रकार सेमीकंडक्टरों में समबंधी स्तर की ओर स्थानांतरित होता है।

• एनसीईआरटी संदर्भ: अध्याय 14, सेमीकंडक्टर (कक्षा 11)

5. डोपिंग के प्रभाव पर चालकता:

• मुख्य बिंदु:

• डोपिंग सेमीकंडक्टरों की विद्युतीय चालकता को बढ़ाकर चालकों की संख्या (एन-प्रकार में इलेक्ट्रॉन और पी-प्रकार में छिद्र) को बढ़ाता है।

• सेमीकंडक्टर की चालकता डोपेंट सांख्यिकी और तापमान पर निर्भर करती है।

• एनसीईआरटी संदर्भ: अध्याय 14, सेमीकंडक्टर (कक्षा 11)

6. पी-एन जंक्शन का गठन:

• मुख्य बिंदु:

• एक पी-एन जंक्शन पी-प्रकार सेमीकंडक्टर को एक एन-प्रकार सेमीकंडक्टर के साथ जोड़कर बनाया जाता है।

• जंक्शन के पास क्षेत्र को नष्टित क्षेत्र कहा जाता है।

• नष्टित क्षेत्र के अधीन प्रचाल धारक को भव्य-इन पोषण कहा जाता है।

• एनसीईआरटी संदर्भ: अध्याय 14, सेमीकंडक्टर (कक्षा 11)

7. डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ:

• मुख्य बिंदु:

• डायोड एक सेमीकंडक्टर उपकरण है जिसमें दो टर्मिनल होते हैं (एनोड और कैथोड)।

• फॉरवर्ड बायस के तहत, विद्युत धारा वोल्टेज बढ़ते समय गहराई में बढ़ती है (न्यूनतम प्रतिरोध की स्थिति)।

• रिवर्स बायस के तहत, विद्युत धारा बहुत ही छोटी होती है (उच्च प्रतिरोध की स्थिति)।

• डायोड की आई-वोल्टेज विशेषताएँ गैर-सरल होती हैं।

• एनसीईआरटी संदर्भ: अध्याय 14, सेमीकंडक्टर (कक्षा 11)

8. संशोधित अर्धचालकों के अनुप्रयोग:

• महत्वपूर्ण बिंदु:

• संशोधित अर्धचालकों का उपयोग विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है, जिनमें विद्युत प्रवाह यंत्र, ट्रांजिस्टर, सौर ऊर्जा सेल और प्रकाश उत्पादक यंत्र (LED) शामिल हैं।

• विद्युत प्रवाह यंत्र परिवर्तित विद्युत् (AC) को सीधा विद्युत् (DC) में रैक्‍टीफाई करने, सर्किट को ओवरवोल्टेज से सुरक्षित करने और रेडियो संकेतों का पता लगाने के लिए प्रयोग होते हैं।

• ट्रांजिस्टर विद्युत संकेतों को वृद्धि करने, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्‍स को स्विच करने और डिजिटल सूचना संग्रहीत करने के लिए प्रयोग होते हैं।

• सौर ऊर्जा सेल प्रकाश को विद्युतीय ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।

• LED विद्युतीय धारा उनसे गुजरने पर प्रकाश उत्पन्न करते हैं।

• NCERT संदर्भ: अध्याय 14, अर्धचालक (कक्षा 11), अध्याय 15, संचार प्रणालियाँ (कक्षा 12)

9. यंत्र निर्माण तकनीकें:

• महत्वपूर्ण बिंदु:

• अर्धचालक यंत्र निर्माण में कई कदम शामिल होते हैं, जिनमें क्रिस्टल विकास, आरोपण, लिथोग्राफी और विलक्षणिकरण शामिल होते हैं।

• क्रिस्टल विकास विधियां: चोज़राल्स्की विधि, ब्रिजमैन विधि, क्षेत्र संशोधन।

• आरोपण तकनीकें: भौतिक विषाणु आरोपण (PVD), रासायनिक विषाणु आरोपण (CVD)।

• लिथोग्राफी: तस्वीर बना सेमीकंडक्‍टर सतह पर उपयोग करके पैटर्न बनाने की प्रक्रिया।

• विलक्षणिकरण: रासायनिक एटिंट से सेमीकंडक्‍टर सतह से अनचाही सामग्री को हटाने की प्रक्रिया।

• NCERT संदर्भ: अध्याय 14, अर्धचालक (कक्षा 11), अध्याय 16, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण (कक्षा 12)

10. उभरते हुए सामग्री:

• महत्वपूर्ण बिंदु:

• गैलियम नाइट्राइड (GaN) और सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) जैसे वाइड-बैंडगैप अर्धचालकों को अर्धचालक संशोधन और यंत्र अनुप्रयोगों में महत्व मिल रहा है।

• ये सामग्री साधारण सिलिकॉन जैसे अर्धचालकों से अधिक विघटन वोल्टेज, अधिक थर्मल चालकता और अधिक इलेक्ट्रॉन जीर्णशीलता रखती हैं।

• इन्हें ऊच्‍च प्रवाह विद्युत् उपकरणों, उच्च तापमान वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रयोग किया जाता है।

• NCERT संदर्भ: NCERT में विशेष रूप से कवर नहीं हुआ है, लेकिन पूरक सामग्रीयों और शोध लेखों का संदर्भ लिया जा सकता है।