आंतरिक अर्धचालक

जो अर्धचालक रासायनिक रूप से शुद्ध होते हैं, या जो अर्धचालक अशुद्धियों से मुक्त होते हैं उन्हें आंतरिक अर्धचालक कहा जाता है। इसलिए छिद्रों और इलेक्ट्रॉनों की संख्या अशुद्धियों के बजाय सामग्री के गुणों से निर्धारित होती है। आंतरिक अर्धचालकों में, उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या छिद्रों की संख्या के बराबर होती है।

जैसे

यदि N = P होता है तो उसे अनडोप्ड अर्धचालक या आई-टाइप अर्धचालक भी कहा जाता है। सिलिकॉन और जर्मेनियम आई-टाइप अर्धचालक के उदाहरण हैं। ये तत्व आवर्त सारणी के चतुर्थ समूह से संबंधित हैं और इनकी परमाणु संख्या क्रमशः 14 और 32 है। अर्धचालक एक ऐसा पदार्थ है जिसकी विद्युत चालकता एक कंडक्टर और एक इन्सुलेटर के बीच होती है। शुद्धता के आधार पर, अर्धचालकों को आंतरिक और बाह्य अर्धचालकों में वर्गीकृत किया जाता है।

सिलिकॉन और जर्मेनियम का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

Si = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²

Gr = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p²

दोनों तत्वों के इलेक्ट्रॉन विन्यास देखने पर पता चलता है कि उनके वाह्यतम कोश या संयोजकता कोश में चार इलेक्ट्रॉन हैं। जैसे-जैसे अर्धचालक का तापमान बढ़ता है, इलेक्ट्रॉन अधिक तापीय ऊर्जा प्राप्त करते हैं और इस प्रकार अपने कोश से मुक्त हो जाते हैं।

जब किसी आंतरिक अर्धचालक का तापमान T=0 K होता है, तो यह एक इन्सुलेटर की तरह व्यवहार करता है। जब तापमान और अधिक बढ़ जाता है, (T>0), तो इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाते हैं और वैलेंस बैंड से चालन बैंड की ओर चले जाते हैं। ये इलेक्ट्रॉन चालन बैंड पर आंशिक रूप से कब्जा कर लेते हैं, जिससे वैलेंस बैंड में समान संख्या में रिक्त स्थान रह जाते हैं। क्रिस्टल जालक में परमाणुओं के आयनीकरण की प्रक्रिया परमाणुओं के बीच के बंध में एक रिक्तता उत्पन्न करती है। जिस स्थान से इलेक्ट्रॉन विस्थापित होता है उसमें एक छिद्र उत्पन्न हो जाता है जो प्रभावी धनात्मक आवेश के बराबर होता है। जिससे रिक्त स्थान पर एक मुक्त इलेक्ट्रॉन आ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बाद वाले खाली स्थान पर एक रिक्तिका उत्पन्न हो जाती है और पहला वाला स्थान उदासीन हो जाता  है। इस प्रकार रिक्तिका या प्रभावी धनात्मक आवेश एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित हो जाता है। एक आंतरिक अर्धचालक में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या छिद्रों की संख्या के बराबर होती है।

इसे गणितीय रूप में कुछ इस प्रकार दर्शया जा सकता है:

n_e = n_h = n_i

यहां, ni कुल आंतरिक वाहक सांद्रता की संख्या देता है जो छिद्रों की कुल संख्या या इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या के बराबर है।

अभ्यास प्रश्न

• आंतरिक अर्धचालक से क्या तात्पर्य है ?
• इन्सुलेटर और अर्धचालक में क्या अंतर है ?
• कमरे के तापमान पर संचालन के लिए आंतरिक अर्धचालकों द्वारा क्या उपयोग किया जाता है?