इलेक्ट्रॉन छिद्र

एक इलेक्ट्रॉन रिक्ति के लिए, एक खाली स्थान या शून्य बनाया जाता है। उस खाली स्थान को भरने के लिए, विद्युत उदासीनता बनाए रखने के लिए, समान परिमाण लेकिन विपरीत ध्रुवता वाले आवेश वाहक को उस स्थान पर आ जाना चाहिए। ऐसे आवेशित कण को छिद्र या रिक्तिका कहते हैं। ठोस-अवस्था भौतिकी में, एक इलेक्ट्रॉन रिक्तिका, जिसे "होल" के रूप में भी जाना जाता है, एक क्रिस्टलीय जालक के भीतर एक स्थान को संदर्भित करता है जहां एक इलेक्ट्रॉन एक भरे हुए ऊर्जा स्तर से अनुपस्थित होता है। अर्धचालकों के व्यवहार को समझने में यह अवधारणा महत्वपूर्ण है।

एक आदर्श क्रिस्टल जालक में, प्रत्येक परमाणु समग्र इलेक्ट्रॉन बादल में एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों का योगदान देता है, जिससे ऊर्जा बैंड बनते हैं। ये बैंड सामग्री के भीतर इलेक्ट्रॉनों के लिए अनुमत ऊर्जा स्तरों का प्रतिनिधित्व करते हैं। पूर्ण शून्य तापमान (0 केल्विन) पर, सभी इलेक्ट्रॉन निम्नतम उपलब्ध ऊर्जा अवस्थाओं पर कब्जा कर लेते हैं, इन बैंडों को नीचे से भरते हैं। हालाँकि, जब तापीय ऊर्जा का उपलब्ध कराया जाता है (तापमान बढ़ने पर), तो कुछ इलेक्ट्रॉन निम्न ऊर्जा स्तरों में छिद्रों को पीछे छोड़ते हुए, निम्न से उच्च ऊर्जा स्तरों की ओर जाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं।

ये छिद्र धनात्मक आवेशित कणों (जिन्हें "अर्ध-कण" कहा जाता है) की तरह व्यवहार करते हैं, प्रभावी ढंग से क्रिस्टल जालक के माध्यम से घूमते हैं जैसे कि वे धनात्मक आवेश वाले कण हों। जब एक इलेक्ट्रॉन एक छेद में जाता है, तो यह अपनी मूल स्थिति में एक और छेद छोड़ देता है, प्रभावी ढंग से छेद को जालक के माध्यम से घुमाता है।

रिक्तिका दोष

जब कोई परमाणु अपने जालक स्थलों पर उपस्थित नहीं होता है, तो वह जालक स्थल रिक्त होता है और यह रिक्तिका दोष उत्पन्न करता है। इससे किसी पदार्थ का घनत्व कम हो जाता है। यह एक प्रकार का नॉन-स्टोइकोमेट्रिक दोष है। इस प्रकार के बिंदु दोष में किसी ठोस के धनात्मक और ऋणात्मक आयनों (स्टोइकोमेट्रिक) का अनुपात और विद्युत उदासीनता बराबर नहीं होती है।

धातु आधिक्य दोष

धातु आधिक्य दोष क्रिस्टल में पाया जाने वाला एक प्रकार का दोष है जिसमें धातु की अधिकता हो जाती है। ऋणआयनिक रिक्तिका के कारण उत्पन्न दोष को रिक्तिका दोष कहते हैं। विभिन्न क्षारीय हैलाइड, जैसे NaCl और KCl इस प्रकार का दोष प्रदर्शित करते हैं। जब क्रिस्टल को सोडियम वाष्प के साथ गर्म किया जाता है तो सोडियम परमाणु Na क्रिस्टल की सतह पर जम जाते हैं और Cl^- क्रिस्टल की सतह से विसरित हो जाते हैं।

आयनिक रिक्तियों के कारण धातु अतिरिक्त दोष

इस प्रकार के दोष में, ऋणात्मक आयन अपने जालक स्थान से गायब हो जाता है जिससे एक रिक्त स्थान बन जाता है जो विद्युत उदासीनता बनाए रखने के लिए एक इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। जब सोडियम क्लोराइड क्रिस्टल को सोडियम के वाष्प के साथ गर्म किया जाता है, सोडियम आयन क्रिस्टल की सतह पर जमा हो जाते हैं। अब क्लोराइड आयन सोडियम आयनों के साथ संयुक्त होने के लिए सतह पर पर जाते हैं वह जालक जहां से क्लोराइड आयन विस्थापित होते हैं, अब वह स्थान खाली हो जाता है, जिस पर सोडियम परमाणु सोडियम (Na⁺) आयनों में परिवर्तित हो जाते हैं। परिणाम स्वरुप क्रिस्टल में सोडियम का आधिक्य हो जाता है। अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों द्वारा भरी हुई ऋणायनिक रिक्तिकाओं को F केंद्र कहते हैं। ये क्रिस्टलों को पीला रंग प्रदान करते हैं। यह रंग, इन इलेक्ट्रॉनों द्वारा क्रिस्टल पर पड़ने वाले प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करता है। ठीक इसी प्रकार लीथियम का आधिक्य LiCl क्रिस्टल को गुलाबी बनाता है और पोटेशियम का आधिक्य KCl को बैंगनी बनाता है।

अंतरालीय स्थलों पर अतिरिक्त धनायनों की उपस्थिति के कारण धातु आधिक्य दोष

इस दोष में यौगिक को गर्म करने पर अतिरिक्त धनायन निकलते हैं। ये धनायन अंतरालीय स्थलों पर कब्जा कर लेते हैं।

उदाहरण के लिए:

जब सफेद जिंक ऑक्साइड को गर्म किया जाता है तो इसको गर्म करने पर ऑक्सीजन गैस निकलती है और यह पीला हो जाता है।

${\ce {2ZnO ->[heat] 2Zn++ + O2 + 4e}}$

इस प्रकार क्रिस्टल में ज़िंक का आधिक्य होता है और इसका सूत्र Zn_1+x बन जाता है आधिक्य में उपस्थित Zn⁺² आयन अंतराकशी स्थलों में, और इलेक्ट्रान निकटवर्ती अंतराकशी स्थलों में चले जाते हैं।

धातु न्यूनता दोष

इसमें वर्णित स्टोइकियोमेट्रिक अनुपात के सापेक्ष ठोसों में धातुओं की संख्या कम होती है। यह एक प्रकार का दोष है जो जालक स्थल से धनायनों की अनुपस्थिति के कारण उत्पन्न होता है। यह दोष तब उत्पन्न होता है जब धातु की संयोजकता परिवर्तनशील होती है।

धातु न्यूनता दोष के प्रकार

ये दो प्रकार के होते हैं

धनायन रिक्तियों के कारण

• जब एक धनात्मक आयन अपने जालक स्थल से गायब होता है, तो अतिरिक्त ऋणात्मक आवेश एक के अतिरिक्त दो धनात्मक आवेश प्राप्त करके संतुलित हो जाता है। इस प्रकार का दोष परिवर्तनशील ऑक्सीकरण अवस्था वाले यौगिकों में सामान्य है। उदाहरणों में फेरस ऑक्साइड और निकल ऑक्साइड शामिल हैं।
• अतिरिक्त आयन अंतरालीय स्थलों पर उपस्थित होते हैं, और दूसरे अंतरालीय स्थलों पर आसन्न आयन विद्युत उदासीनता बनाए रखते हैं। इस प्रकार का दोष केवल कुछ ही जगह पाया जाता है।

अभ्यास प्रश्न

• रिक्तिका दोष से आप क्या समझते हैं ?
• रिक्तिका दोष के क्या कारण हैं ?
• फ्रेंकल दोष को प्रभावित करने कारक बताइये।
• धातु आधिक्य दोष से आप क्या समझते हैं ?
• धातु न्यूनता दोष के उदाहरण बताइए।
• शॉटकी दोष के लक्षण क्या हैं ?