सेमीकंडक्टर मूल बातें
अवलोकन
अर्धचालक नामक सामग्रियों की एक वर्ग के लिए आधुनिक तकनीक संभव हो गई है। सभी सक्रिय घटक, एकीकृत सर्किट, माइक्रोचिप्स, ट्रांजिस्टर, साथ ही कई सेंसर सेमीकंडक्टर सामग्री के साथ बनाए जाते हैं। जबकि सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग की जाने वाली सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली अर्धचालक सामग्री है, जबकि अर्धचालक की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग जर्मनियम, गैलियम आर्सेनाइड, सिलिकॉन कार्बाइड, साथ ही जैविक अर्धचालक सहित किया जाता है। प्रत्येक सामग्री तालिका में कुछ फायदे लाती है जैसे लागत / प्रदर्शन अनुपात, उच्च गति संचालन, उच्च तापमान, या सिग्नल के लिए वांछित प्रतिक्रिया।
अर्धचालक
अर्धचालक को इतना उपयोगी बनाता है कि विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान उनके विद्युत गुणों और व्यवहार को सही ढंग से नियंत्रित करने की क्षमता क्या है। सेमिकंडक्टर गुणों को अर्धचालक में कम मात्रा में अशुद्धियों को जोड़कर नियंत्रित किया जाता है, जिसे डोपिंग कहा जाता है, विभिन्न अशुद्धियों और विभिन्न प्रभावों का उत्पादन करने वाले सांद्रता के साथ। डोपिंग को नियंत्रित करके, जिस तरह से एक विद्युत प्रवाह अर्धचालक के माध्यम से चलता है उसे नियंत्रित किया जा सकता है।
एक ठेठ कंडक्टर में, तांबा की तरह, इलेक्ट्रॉनों को वर्तमान ले जाते हैं और चार्ज वाहक के रूप में कार्य करते हैं। अर्धचालक दोनों इलेक्ट्रॉनों और 'छेद', इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति, चार्ज वाहक के रूप में कार्य करते हैं। अर्धचालक के डोपिंग को नियंत्रित करके, चालकता, और चार्ज वाहक को इलेक्ट्रॉन या छेद के आधार पर बनाया जा सकता है।
दो प्रकार के डोपिंग, एन-टाइप, और पी-प्रकार हैं। एन-टाइप डोपेंट्स, आमतौर पर फॉस्फोरस या आर्सेनिक, में पांच इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो अर्धचालक में जोड़े जाने पर अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं। चूंकि इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक शुल्क होता है, इसलिए इस तरह से डूबे जाने वाली सामग्री को एन-टाइप कहा जाता है। पी-प्रकार डोपेंट, जैसे कि बोरॉन और गैलियम, केवल तीन इलेक्ट्रॉन होते हैं जिसके परिणामस्वरूप सेमीकंडक्टर क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति होती है, जो प्रभावी रूप से छेद या सकारात्मक चार्ज बनाते हैं, इसलिए नाम पी-प्रकार। एन-टाइप और पी-टाइप डोपेंट्स, यहां तक कि मिनटों में भी, अर्धचालक एक सभ्य कंडक्टर बना देगा। हालांकि, एन-टाइप और पी-प्रकार अर्धचालक स्वयं ही बहुत अच्छे नहीं हैं, केवल सभ्य कंडक्टर हैं। हालांकि, जब आप उन्हें एक दूसरे के संपर्क में रखते हैं, तो पीएन जंक्शन बनाते हैं, तो आपको कुछ बहुत ही अलग और बहुत उपयोगी व्यवहार मिलते हैं।
पीएन जंक्शन डायोड
एक पीएन जंक्शन, प्रत्येक सामग्री के विपरीत अलग से, एक कंडक्टर की तरह कार्य नहीं करता है। किसी भी दिशा में प्रवाह को प्रवाह करने की बजाय, एक पीएन जंक्शन केवल एक दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देता है, जिससे मूल डायोड बनता है। आगे की दिशा में एक पीएन जंक्शन में एक वोल्टेज लगाने (आगे पूर्वाग्रह) एन-प्रकार क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों को पी-प्रकार क्षेत्र में छेद के साथ गठबंधन करने में मदद करता है। डायोड के माध्यम से वर्तमान (रिवर्स पूर्वाग्रह) के प्रवाह को दूर करने का प्रयास इलेक्ट्रॉनों और छेदों को अलग करता है जो वर्तमान में जंक्शन में बहने से रोकते हैं। पीएन जंक्शनों को अन्य तरीकों से जोड़ना ट्रांजिस्टर जैसे अन्य अर्धचालक घटकों के दरवाजे खोलता है।
ट्रांजिस्टर
एक डायोड में इस्तेमाल किए गए दो की बजाय तीन एन-प्रकार और पी-प्रकार सामग्री के जंक्शन के संयोजन से एक मूल ट्रांजिस्टर बनाया जाता है। इन सामग्रियों का संयोजन एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर पैदा करता है जिन्हें द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर या बीजेटी के रूप में जाना जाता है। केंद्र, या आधार, क्षेत्र बीजेटी ट्रांजिस्टर को स्विच या एम्पलीफायर के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है।
जबकि एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर दो डायोड की तरह वापस देख सकते हैं, जो सभी मौजूदा दिशाओं को किसी भी दिशा में बहने से रोक देगा। जब केंद्र परत आगे पक्षपातपूर्ण होती है ताकि केंद्र परत के माध्यम से एक छोटा प्रवाह बहता है, केंद्र परत के साथ गठित डायोड के गुण पूरे डिवाइस में बहने के लिए बहुत अधिक वर्तमान प्रवाह की अनुमति देते हैं। यह व्यवहार ट्रांजिस्टर को छोटी धाराओं को बढ़ाने और मौजूदा स्रोत को चालू या बंद करने के स्विच के रूप में कार्य करने की क्षमता प्रदान करता है।
विभिन्न प्रकार के ट्रांजिस्टर और अन्य अर्धचालक उपकरणों को उन्नत, विशेष कार्य ट्रांजिस्टर से नियंत्रित डायोड तक, कई तरीकों से पीएन जंक्शनों के संयोजन से बनाया जा सकता है। निम्नलिखित पीएन जंक्शनों के सावधान संयोजन से बने घटकों में से कुछ हैं।
- डीआईएसी
- लेज़र डायोड
- लाइट उत्सर्जक डायोड (एलईडी)
- ज़ेनर डायोड
- डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर
- एमओएसएफईटी सहित फील्ड-प्रभाव ट्रांजिस्टर
- आईजीबीटी ट्रांजिस्टर
- सिलिकॉन नियंत्रित सुधारक (एससीआर)
- एकीकृत सर्किट (आईसीएस)
- माइक्रोप्रोसेसर
- डिजिटल मेमोरी - रैम और रॉम
सेंसर
मौजूदा नियंत्रण के अलावा अर्धचालक अनुमति देते हैं, उनके पास गुण भी होते हैं जो प्रभावी सेंसर के लिए बनाते हैं। उन्हें तापमान, दबाव और प्रकाश में बदलावों के प्रति संवेदनशील होने के लिए बनाया जा सकता है। प्रतिरोध में एक बदलाव अर्ध-प्रवाहकीय सेंसर के लिए प्रतिक्रिया का सबसे आम प्रकार है। सेमीकंडक्टर गुणों द्वारा किए गए सेंसर के कुछ प्रकार नीचे सूचीबद्ध हैं।
- हॉल प्रभाव सेंसर (चुंबकीय क्षेत्र सेंसर)
- थर्मामीटर (प्रतिरोधी तापमान संवेदक)
- सीसीडी / सीएमओएस (छवि सेंसर)
- फोटोोडीड (प्रकाश संवेदक)
- फोटोरिस्टर (प्रकाश संवेदक)
- पायज़ोरेसिस्टिव (दबाव / तनाव सेंसर)