बहुसंख्यक आवेश वाहक

Majority Charge Carriers

अर्धचालक पदार्थों में, आवेश वाहक वे कण होते हैं जो स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं और विद्युत चालकता में योगदान कर सकते हैं। अर्धचालकों में दो प्रकार के आवेश वाहक होते हैं: इलेक्ट्रॉन और छिद्र। इलेक्ट्रॉन नकारात्मक रूप से आवेशित कण होते हैं, जबकि छेद वैलेंस बैंड में सकारात्मक रूप से आवेशित रिक्त स्थान होते हैं।

एक शुद्ध अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या बराबर होती है, और पदार्थ एक इन्सुलेटर होती है। हालाँकि, जब अर्धचालक में थोड़ी मात्रा में अशुद्धता परमाणु जोड़ा जाता है, तो चार्ज वाहक की संख्या बढ़ जाती है, और पदार्थ एक कंडक्टर बन जाती है। इस प्रक्रिया को डोपिंग कहा जाता है.

जब एक अर्धचालक को एक इलेक्ट्रॉन दाता के साथ डोप किया जाता है, जो एक अशुद्धता परमाणु है जो चालन बैंड को एक इलेक्ट्रॉन दान करता है, तो परिणामी पदार्थको $n$(एन)-प्रकार अर्धचालक कहा जाता है। $n$-प्रकार के अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉन बहुसंख्यक आवेश वाहक होते हैं, और छेद अल्पसंख्यक आवेश वाहक होते हैं।

इसके विपरीत, जब एक अर्धचालक को एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के साथ मिलाया जाता है, जो एक अशुद्धता परमाणु है जो वैलेंस बैंड से एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है, तो परिणामी पदार्थ को $p$(पी)-प्रकार अर्धचालक कहा जाता है। $p$-प्रकार के अर्धचालक में, छेद बहुसंख्यक आवेश वाहक होते हैं, और इलेक्ट्रॉन अल्पसंख्यक आवेश वाहक होते हैं।

गणितीय समीकरण

निम्नलिखित गणितीय समीकरण अर्धचालक में बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता का वर्णन करता है:

$n=N_{D}+n_{i},$

जहाँ:

•    $n$ बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता है ($n$-प्रकार में इलेक्ट्रॉन और $p$-प्रकार में छिद्र)
•    $N_{D}$ डोपिंग सांद्रण है ($n$-प्रकार में दाता परमाणुओं की संख्या और $p$-प्रकार में स्वीकर्ता परमाणुओं की संख्या)
•    $n_{i}$आंतरिक वाहक सांद्रता है (शुद्ध अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या)

यह समीकरण इंगित करता है कि बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता डोपिंग सांद्रता और आंतरिक वाहक सांद्रता द्वारा निर्धारित होती है।

आंतरिक वाहक सांद्रता आम तौर पर बहुत छोटी होती है, इसलिए बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता लगभग डोपिंग सांद्रता के बराबर होती है।

निम्नलिखित गणितीय समीकरण अर्धचालक में अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता का वर्णन करता है:

$p={\frac {{n_{i}}^{2}}{n}},$

जहाँ:

•    $p$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता है ($n$-प्रकार में छेद और $p$-प्रकार में इलेक्ट्रॉन)
•   $n_{i}$आंतरिक वाहक सांद्रता है (शुद्ध अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या)

यह समीकरण इंगित करता है कि अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

रेखांकन

निम्नलिखित ग्राफ बहुसंख्यक आवेश वाहक सांद्रता और अर्धचालक में डोपिंग सांद्रता के बीच संबंध दिखाता है:

ग्राफ से पता चलता है कि बहुसंख्यक आवेश वाहक सांद्रता डोपिंग सांद्रता के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है।

निम्नलिखित ग्राफ़ अर्धचालक में अल्पसंख्यक चार्ज वाहक एकाग्रता और बहुसंख्यक चार्ज वाहक एकाग्रता के बीच संबंध दिखाता है:

वह ग्राफ दिखाता है कि अल्पसंख्यक चार्ज वाहक एकाग्रता बहुसंख्यक चार्ज वाहक एकाग्रता के साथ तेजी से घट जाती है।

बहुसंख्यक चार्ज कैरियर के अनुप्रयोग

डायोड, ट्रांजिस्टर और एकीकृत सर्किट जैसे अर्धचालक उपकरणों के संचालन को समझने के लिए बहुसंख्यक चार्ज वाहक की अवधारणा आवश्यक है। अधिकांश आवेश वाहक अर्धचालक उपकरणों में धारा के प्रवाह के लिए उत्तरदायी होते हैं, और उनकी सांद्रता उपकरण के विद्युत गुणों को निर्धारित करती है।

संक्षेप में

बहुसंख्यक चार्ज वाहक अर्धचालक भौतिकी में एक मौलिक अवधारणा है, जो अर्धचालक उपकरणों के संचालन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सेमीकंडक्टर सर्किट को डिजाइन और विश्लेषण करने के लिए बहुसंख्यक चार्ज वाहक की अवधारणा को समझना आवश्यक है।