विभिन्न वातावरणों में विद्युत प्रवाह। अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह। अर्धचालक डायोड। अर्धचालक अर्धचालकों में विद्युत धारा किसे कहते हैं

विद्युत प्रतिरोधकता के मूल्य के अनुसार अर्धचालकपर कब्जा कंडक्टर और डाइलेक्ट्रिक्स के बीच मध्यवर्ती स्थान। अर्धचालकों में कई रासायनिक तत्व (जर्मेनियम, सिलिकॉन, सेलेनियम, टेल्यूरियम, आर्सेनिक, आदि), बड़ी संख्या में मिश्र धातु और रासायनिक यौगिक शामिल हैं।

अर्धचालकों और धातुओं के बीच गुणात्मक अंतर मुख्य रूप से तापमान पर प्रतिरोधकता की निर्भरता में प्रकट होता है। घटते तापमान के साथ धातुओं का प्रतिरोध घटता है। अर्धचालकों में, इसके विपरीत, घटते तापमान के साथ, प्रतिरोध बढ़ता है और पूर्ण शून्य के करीब वे व्यावहारिक रूप से इन्सुलेटर बन जाते हैं।

पूर्ण तापमान के एक समारोह के रूप में एक शुद्ध अर्धचालक की प्रतिरोधकता ρ टी.

अर्धचालकचीजें कहलाती हैं प्रतिरोधकताजो बढ़ते तापमान के साथ घटता है।

निर्भरता का ऐसा व्यवहार ρ(टी) से पता चलता है कि अर्धचालकों में मुक्त आवेश वाहकों की सांद्रता स्थिर नहीं रहती है, बल्कि बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है। अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह के तंत्र को मुक्त इलेक्ट्रॉन गैस मॉडल के भीतर नहीं समझाया जा सकता है। क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के आधार पर कंडक्टरों में देखी गई घटनाओं की व्याख्या संभव है। आइए एक उदाहरण के रूप में जर्मेनियम (Ge) का उपयोग करके अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह के तंत्र पर गुणात्मक रूप से विचार करें।

जर्मेनियम परमाणुओं के बाहरी आवरण में चार ढीले-ढाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। वे कहते हैं अणु की संयोजन क्षमता. एक क्रिस्टल जाली में, प्रत्येक परमाणु चार निकटतम पड़ोसियों से घिरा होता है। जर्मेनियम क्रिस्टल में परमाणुओं के बीच बंधन होता है सहसंयोजक, जो वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के जोड़े द्वारा किया जाता है। प्रत्येक वैलेंस इलेक्ट्रॉन दो परमाणुओं से संबंधित होता है।

जर्मेनियम क्रिस्टल में वैलेंस इलेक्ट्रॉन धातुओं की तुलना में परमाणुओं से अधिक मजबूती से बंधे होते हैं; इसलिए, अर्धचालकों में कमरे के तापमान पर चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता धातुओं की तुलना में कम परिमाण के कई क्रम हैं। एक जर्मेनियम क्रिस्टल में पूर्ण शून्य तापमान के पास, सभी इलेक्ट्रॉन बांड के निर्माण में लगे हुए हैं। ऐसा क्रिस्टल बिजली का संचालन नहीं करता है। जैसे ही तापमान बढ़ता है, कुछ वैलेंस इलेक्ट्रॉन सहसंयोजक बंधनों को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। तब क्रिस्टल होगामुक्त इलेक्ट्रॉन(चालन इलेक्ट्रॉन)। इसी समय, बंधन टूटने के स्थलों पर रिक्तियां बनती हैं जो इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा नहीं की जाती हैं।

वे रिक्तियां जो इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा नहीं की जाती हैं, कहलाती हैं छेद.

एक खाली जगह पर एक पड़ोसी जोड़ी से वैलेंस इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा किया जा सकता है, फिर छेद क्रिस्टल में एक नए स्थान पर चला जाएगा। एक दिए गए अर्धचालक तापमान पर, एक निश्चित मात्रा में इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े.

इसी समय, विपरीत प्रक्रिया चल रही है - जब एक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक छेद से मिलता है, तो जर्मेनियम परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनिक बंधन बहाल हो जाता है। यह प्रक्रिया कहलाती है पुनर्संयोजन.

पुनर्संयोजन -परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनिक बंधन की बहाली।

विद्युत-चुंबकीय विकिरण की ऊर्जा के कारण एक अर्धचालक को प्रकाशित करने पर इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े भी उत्पन्न हो सकते हैं।

एक विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में, चालन इलेक्ट्रॉन और छिद्र अराजक तापीय गति में भाग लेते हैं।

यदि एक अर्धचालक में रखा गया है विद्युत क्षेत्र, तब न केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन आदेशित गति में शामिल होते हैं, बल्कि छिद्र भी होते हैं, जो धनात्मक आवेशित कणों की तरह व्यवहार करते हैं। इसलिए, वर्तमान मैंएक अर्धचालक में एक इलेक्ट्रॉनिक से बना होता है मेंऔर छेद आईपीधाराएं: मैं = में + आईपी

अर्धचालकों में विद्युत प्रवाहइलेक्ट्रॉनों के निर्देशित आंदोलन को सकारात्मक ध्रुव कहा जाता है, और छेद को नकारात्मक कहा जाता है।

अर्धचालक में चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता छिद्रों की सांद्रता के बराबर होती है: एन एन = एनपी. चालन का इलेक्ट्रॉन-छेद तंत्र केवल शुद्ध (अर्थात् अशुद्धियों के बिना) अर्धचालकों में प्रकट होता है। यह कहा जाता है खुद की विद्युत चालकताअर्धचालक।

खुद की विद्युत चालकता अर्धचालकों को इलेक्ट्रॉन-छिद्र चालकता तंत्र कहा जाता है, जो केवल शुद्ध (अर्थात अशुद्धियों के बिना) अर्धचालकों में ही प्रकट होता है।

अशुद्धियों की उपस्थिति में, अर्धचालकों की विद्युत चालकता बहुत बदल जाती है।

अशुद्धता चालकताअशुद्धियों की उपस्थिति में अर्धचालकों की चालकता कहलाती है।

अशुद्धियों की शुरूआत पर एक अर्धचालक की प्रतिरोधकता में तेज कमी के लिए एक आवश्यक शर्त अशुद्धता परमाणुओं की वैलेंस और क्रिस्टल के मुख्य परमाणुओं की वैलेंस के बीच का अंतर है।

अशुद्धि चालन दो प्रकार के होते हैं - इलेक्ट्रोनिकऔर छेदचालकता।

1. इलेक्ट्रॉनिक चालकतातब होता है जब एक अर्धचालक क्रिस्टल इंजेक्ट किया जाता है एक उच्च संयोजकता के साथ एक मिश्रण।

उदाहरण के लिए, पेंटावैलेंट आर्सेनिक परमाणु, जैसे, को टेट्रावेलेंट परमाणुओं वाले जर्मेनियम क्रिस्टल में पेश किया जाता है।

यह आंकड़ा जर्मेनियम की जाली साइट में पेंटावेलेंट आर्सेनिक परमाणु दिखाता है। आर्सेनिक परमाणु के चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन चार पड़ोसी जर्मेनियम परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधों के निर्माण में शामिल होते हैं। पाँचवाँ संयोजी इलेक्ट्रॉन अतिश्योक्तिपूर्ण निकला; यह आर्सेनिक परमाणु से आसानी से अलग हो जाता है और मुक्त हो जाता है। एक परमाणु जिसने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है, क्रिस्टल जाली में एक साइट पर स्थित एक सकारात्मक आयन में बदल जाता है।

दाता अशुद्धता- सेमीकंडक्टर क्रिस्टल के मुख्य परमाणुओं की वैधता से अधिक की वैधता वाले परमाणुओं की अशुद्धता कहलाती है।

इसकी शुरूआत के परिणामस्वरूप, क्रिस्टल में एक महत्वपूर्ण संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं। इससे सेमीकंडक्टर की प्रतिरोधकता में तेज कमी आती है - हजारों या लाखों बार। अशुद्धियों की एक उच्च सामग्री वाले कंडक्टर की प्रतिरोधकता धातु कंडक्टर की प्रतिरोधकता तक पहुंच सकती है।

एक आर्सेनिक अशुद्धता वाले जर्मेनियम क्रिस्टल में, क्रिस्टल की आंतरिक चालकता के लिए जिम्मेदार इलेक्ट्रॉन और छिद्र होते हैं। लेकिन मुख्य प्रकार के मुक्त आवेश वाहक आर्सेनिक परमाणुओं से अलग इलेक्ट्रॉन हैं। ऐसे क्रिस्टल में एन एन >> एनपी.

चालकता जिसमें बहुसंख्यक मुक्त आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, कहलाती है इलेक्ट्रोनिक।

एक अर्धचालक जो इलेक्ट्रॉनिक चालकता प्रदर्शित करता है, कहलाता है एन-टाइप सेमीकंडक्टर.

1. छेद चालनतब होता है जब एक अशुद्धता के साथ कम संयोजकता।

उदाहरण के लिए, त्रिसंयोजक परमाणुओं को एक जर्मेनियम क्रिस्टल में पेश किया जाता है।

यह आंकड़ा एक इंडियम परमाणु को दिखाता है जिसने अपने वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके केवल तीन पड़ोसी जर्मेनियम परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन बनाए हैं। इंडियम परमाणु में चौथे जर्मेनियम परमाणु के साथ बंधन बनाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन नहीं होता है। इस लापता इलेक्ट्रॉन को पड़ोसी जर्मेनियम परमाणुओं के सहसंयोजक बंधन से इंडियम परमाणु द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है। इस मामले में, इंडियम परमाणु क्रिस्टल जाली के स्थान पर स्थित एक नकारात्मक आयन में बदल जाता है, और पड़ोसी परमाणुओं के सहसंयोजक बंधन में एक रिक्ति बन जाती है।

स्वीकर्ता अशुद्धता -पी कहा जाता हैइलेक्ट्रॉनों को पकड़ने में सक्षम सेमीकंडक्टर क्रिस्टल के मुख्य परमाणुओं की वैलेंस से कम वैलेंस वाले परमाणुओं का मिश्रण।

क्रिस्टल में एक स्वीकर्ता अशुद्धता की शुरूआत के परिणामस्वरूप, कई सहसंयोजक बंधन टूट जाते हैं और रिक्त स्थान (छिद्र) बन जाते हैं। इलेक्ट्रॉन इन स्थानों पर पड़ोसी सहसंयोजक बंधों से कूद सकते हैं, जिससे क्रिस्टल के चारों ओर छिद्रों का बेतरतीब भटकना होता है।

बड़ी संख्या में मुक्त छिद्रों की उपस्थिति के कारण एक स्वीकर्ता अशुद्धता की उपस्थिति तेजी से अर्धचालक की प्रतिरोधकता को कम कर देती है। एक स्वीकर्ता अशुद्धता के साथ एक अर्धचालक में छेद की एकाग्रता अर्धचालक की आंतरिक विद्युत चालकता के तंत्र के कारण उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता से काफी अधिक है: एनपी >> एन एन.

चालकता जिसमें छिद्र मुक्त आवेश के बहुसंख्यक वाहक होते हैं, कहलाता है छेद चालकता.

छेद चालकता वाले अर्धचालक को कहा जाता है पी-प्रकार अर्धचालक.

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि छिद्र चालकता वास्तव में एक जर्मेनियम परमाणु से दूसरे में रिक्तियों के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण होती है, जो एक सहसंयोजक बंधन करती है।

तापमान और रोशनी पर अर्धचालकों की विद्युत चालकता की निर्भरता

1. बढ़ते तापमान वाले अर्धचालकों के लिएइलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की गतिशीलता कम हो जाती है, लेकिन यह एक महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाता है, क्योंकि जब अर्धचालक को गर्म किया जाता है, गतिजवैलेंस इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा बढ़ जाती है और व्यक्तिगत बंधन टूट जाते हैं, जिससे मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि होती है, अर्थात विद्युत चालकता में वृद्धि होती है।

1. जब रोशन सेमीकंडक्टर, इसमें अतिरिक्त वाहक दिखाई देते हैं, जोइसकी विद्युत चालकता में वृद्धि की ओर जाता है।यह इस तथ्य के परिणामस्वरूप होता है कि प्रकाश एक परमाणु से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है और उसी समय इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या बढ़ जाती है।

अर्धचालक विद्युत प्रवाह के कंडक्टर और गैर-चालक के बीच विद्युत चालकता में एक मध्यवर्ती स्थान पर कब्जा कर लेते हैं। अर्धचालकों के समूह में कंडक्टरों और गैर-चालकों के समूहों की तुलना में बहुत अधिक पदार्थ शामिल हैं। अर्धचालकों के सबसे विशिष्ट प्रतिनिधि जो पाए गए हैं प्रायोगिक उपयोगप्रौद्योगिकी में, जर्मेनियम, सिलिकॉन, सेलेनियम, टेल्यूरियम, आर्सेनिक, क्यूप्रस ऑक्साइड और बड़ी संख्या में मिश्र धातु और रासायनिक यौगिक हैं। हमारे आसपास की दुनिया के लगभग सभी अकार्बनिक पदार्थ अर्धचालक हैं। प्रकृति में सबसे आम अर्धचालक सिलिकॉन है, जो पृथ्वी की पपड़ी का लगभग 30% बनाता है।

अर्धचालकों और धातुओं के बीच गुणात्मक अंतर मुख्य रूप से तापमान पर प्रतिरोधकता की निर्भरता में प्रकट होता है। घटते तापमान के साथ धातुओं का प्रतिरोध घटता है। अर्धचालकों में, इसके विपरीत, घटते तापमान के साथ, प्रतिरोध बढ़ता है और पूर्ण शून्य के करीब वे व्यावहारिक रूप से इन्सुलेटर बन जाते हैं।

अर्धचालकों में, बढ़ते तापमान के साथ मुक्त आवेश वाहकों की सांद्रता बढ़ती है। अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह के तंत्र को मुक्त इलेक्ट्रॉन गैस मॉडल के भीतर नहीं समझाया जा सकता है।

जर्मेनियम परमाणुओं के बाहरी आवरण में चार ढीले-ढाले इलेक्ट्रॉन होते हैं।उन्हें वैलेंस इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। एक क्रिस्टल जाली में, प्रत्येक परमाणु चार निकटतम पड़ोसियों से घिरा होता है। एक जर्मेनियम क्रिस्टल में परमाणुओं के बीच का बंधन सहसंयोजक होता है, अर्थात यह वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के जोड़े द्वारा किया जाता है। प्रत्येक वैलेंस इलेक्ट्रॉन दो परमाणुओं से संबंधित होता है। जर्मेनियम क्रिस्टल में वैलेंस इलेक्ट्रॉन धातुओं की तुलना में परमाणुओं से अधिक मजबूती से बंधे होते हैं; इसलिए, अर्धचालकों में कमरे के तापमान पर चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता धातुओं की तुलना में कम परिमाण के कई क्रम हैं। एक जर्मेनियम क्रिस्टल में पूर्ण शून्य तापमान के पास, सभी इलेक्ट्रॉन बांड के निर्माण में लगे हुए हैं। ऐसा क्रिस्टल बिजली का संचालन नहीं करता है।

जैसे ही तापमान बढ़ता है, कुछ वैलेंस इलेक्ट्रॉन सहसंयोजक बंधनों को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। तब मुक्त इलेक्ट्रॉन (चालन इलेक्ट्रॉन) क्रिस्टल में दिखाई देंगे। इसी समय, बंधन टूटने के स्थलों पर रिक्तियां बनती हैं जो इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा नहीं की जाती हैं। इन रिक्तियों को "छिद्र" कहा जाता है।

किसी दिए गए अर्धचालक तापमान पर, एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े प्रति यूनिट समय में बनते हैं। इसी समय, विपरीत प्रक्रिया चल रही है - जब एक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक छेद से मिलता है, तो जर्मेनियम परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनिक बंधन बहाल हो जाता है। इस प्रक्रिया को पुनर्संयोजन कहा जाता है। विद्युत-चुंबकीय विकिरण की ऊर्जा के कारण एक अर्धचालक को प्रकाशित करने पर इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े भी उत्पन्न हो सकते हैं।

यदि एक अर्धचालक को एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो न केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन आदेशित गति में शामिल होते हैं, बल्कि छिद्र भी होते हैं, जो धनात्मक आवेशित कणों की तरह व्यवहार करते हैं। इसलिए, अर्धचालक में वर्तमान I इलेक्ट्रॉनिक I n और छेद I p धाराओं का योग है: मैं = मैं एन + मैं पी.

अर्धचालक में चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता छिद्रों की सांद्रता के बराबर होती है: n n = n p। चालन का इलेक्ट्रॉन-छिद्र तंत्र केवल शुद्ध (अर्थात अशुद्धियों के बिना) अर्धचालकों में प्रकट होता है। इसे अर्धचालकों की आंतरिक विद्युत चालकता कहा जाता है।

अशुद्धियों की उपस्थिति में, अर्धचालकों की विद्युत चालकता बहुत बदल जाती है। उदाहरण के लिए, अशुद्धियों को जोड़ना फास्फोरसक्रिस्टल में सिलिकॉन 0.001 परमाणु प्रतिशत की मात्रा में परिमाण के पाँच से अधिक आदेशों से प्रतिरोधकता कम हो जाती है।

एक अर्धचालक जिसमें एक अशुद्धता पेश की जाती है (अर्थात एक प्रकार के परमाणुओं का हिस्सा दूसरे प्रकार के परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है) कहलाता है डोप या डोप किया हुआ।

अशुद्धता चालन, इलेक्ट्रॉन और छिद्र चालन दो प्रकार के होते हैं।

इस प्रकार, जब चार-वैलेंट डोपिंग करते हैं जर्मेनियम (Ge) या सिलिकॉन (Si) पेंटावैलेंट - फास्फोरस (पी), सुरमा (एसबी), आर्सेनिक (एएस) अशुद्धता परमाणु के स्थान पर एक अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन दिखाई देता है। इस मामले में, अशुद्धता कहा जाता है दाता .

डोपिंग करते समय चार संयोजी जर्मेनियम (Ge) या सिलिकॉन (Si) त्रिसंयोजी - एल्युमिनियम (Al), इंडियम (Jn), बोरॉन (B), गैलियम (Ga) - एक लाइन होल है। ऐसी अशुद्धियाँ कहलाती हैं हुंडी सकारनेवाला .

अर्धचालक सामग्री के एक ही नमूने में, एक खंड में पी-चालकता हो सकती है, और दूसरे में एन-चालकता हो सकती है। ऐसे उपकरण को सेमीकंडक्टर डायोड कहा जाता है।

"डायोड" शब्द में उपसर्ग "डी" का अर्थ "दो" है, यह इंगित करता है कि डिवाइस में दो मुख्य "विवरण" हैं, दो अर्धचालक क्रिस्टल एक दूसरे के निकट हैं: एक पी-चालकता के साथ (यह क्षेत्र है आर),दूसरा - n - चालकता के साथ (यह ज़ोन है पी)।वास्तव में, एक अर्धचालक डायोड एक क्रिस्टल होता है, जिसके एक हिस्से में एक दाता अशुद्धता पेश की जाती है (ज़ोन पी),दूसरे में - स्वीकर्ता (ज़ोन आर)।

यदि बैटरी से डायोड "प्लस" ज़ोन में एक निरंतर वोल्टेज लगाया जाता है आरऔर ज़ोन के लिए "माइनस" पी, फिर मुक्त शुल्क - इलेक्ट्रॉनों और छेद - सीमा पर पहुंचेंगे, पीएन जंक्शन पर पहुंचेंगे। यहां वे एक-दूसरे को बेअसर कर देंगे, नए चार्ज सीमा तक पहुंच जाएंगे, और डायोड सर्किट में एक डायरेक्ट करंट स्थापित हो जाएगा। यह डायोड का तथाकथित सीधा कनेक्शन है - चार्ज इसके माध्यम से तीव्रता से चलते हैं, सर्किट में एक अपेक्षाकृत बड़ा करंट प्रवाहित होता है।

अब हम डायोड पर वोल्टेज की ध्रुवीयता को बदल देंगे, हम करेंगे, जैसा कि वे कहते हैं, इसका उल्टा समावेशन - हम बैटरी के "प्लस" को ज़ोन से जोड़ेंगे पी,"माइनस" - ज़ोन को आर।नि: शुल्क शुल्क सीमा से दूर खींचे जाएंगे, इलेक्ट्रॉन "प्लस", छेद - "माइनस" में जाएंगे और परिणामस्वरूप, पीएन-जंक्शन एक शुद्ध इन्सुलेटर में मुक्त शुल्क के बिना एक क्षेत्र में बदल जाएगा। इसका मतलब है कि सर्किट टूट जाएगा, उसमें करंट रुक जाएगा।

डायोड के माध्यम से अभी भी एक बड़ा रिवर्स करंट नहीं जाएगा। क्योंकि, मुख्य मुक्त आवेशों (आवेश वाहक) के अलावा - इलेक्ट्रॉन, क्षेत्र में पी, और पी ज़ोन में छेद - प्रत्येक ज़ोन में विपरीत चिन्ह के आवेशों की एक नगण्य मात्रा भी होती है। ये अपने स्वयं के लघु आवेश वाहक हैं, वे किसी भी अर्धचालक में मौजूद हैं, परमाणुओं के थर्मल आंदोलनों के कारण इसमें दिखाई देते हैं, और यह वे हैं जो डायोड के माध्यम से रिवर्स करंट बनाते हैं। इनमें से अपेक्षाकृत कम शुल्क हैं, और रिवर्स करंट प्रत्यक्ष की तुलना में कई गुना कम है। रिवर्स करंट का परिमाण अत्यधिक निर्भर है: तापमान पर्यावरण, अर्धचालक सामग्री और क्षेत्र पीएनसंक्रमण। संक्रमण क्षेत्र में वृद्धि के साथ, इसकी मात्रा बढ़ जाती है, और इसके परिणामस्वरूप, थर्मल उत्पादन और थर्मल वर्तमान वृद्धि के परिणामस्वरूप दिखाई देने वाले अल्पसंख्यक वाहकों की संख्या। स्पष्टता के लिए अक्सर सीवीसी को रेखांकन के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।

सेमीकंडक्टर ऐसे पदार्थ होते हैं जो अच्छे कंडक्टर और अच्छे इंसुलेटर (डाइइलेक्ट्रिक्स) के बीच विद्युत चालकता के मामले में एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं।

अर्धचालक रासायनिक तत्व भी हैं (जर्मेनियम जीई, सिलिकॉन सी, सेलेनियम से, टेल्यूरियम टी), और यौगिक रासायनिक तत्व(पीबीएस, सीडीएस, आदि)।

विभिन्न अर्धचालकों में धारा वाहकों की प्रकृति भिन्न होती है। उनमें से कुछ में आवेश वाहक आयन होते हैं; दूसरों में, आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं।

अर्धचालकों की आंतरिक चालकता

सेमीकंडक्टर्स में दो प्रकार के इंट्रिन्सिक कंडक्शन होते हैं: सेमीकंडक्टर्स में इलेक्ट्रॉनिक कंडक्शन और होल कंडक्शन।

1. अर्धचालकों की इलेक्ट्रॉनिक चालकता।

इलेक्ट्रॉनिक चालकता मुक्त इलेक्ट्रॉनों के अंतर-परमाणु स्थान में निर्देशित गति द्वारा की जाती है जो बाहरी प्रभावों के परिणामस्वरूप परमाणु के वैलेंस शेल को छोड़ देते हैं।

2. अर्धचालकों की छिद्र चालकता।

जोड़ी-इलेक्ट्रॉन बांड - छिद्रों में रिक्त स्थानों पर वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के निर्देशित आंदोलन के साथ छेद चालन किया जाता है। एक सकारात्मक आयन (छेद) के निकट स्थित एक तटस्थ परमाणु का वैलेंस इलेक्ट्रॉन छेद की ओर आकर्षित होता है और उसमें कूद जाता है। इस मामले में, एक तटस्थ परमाणु के स्थान पर एक सकारात्मक आयन (छेद) बनता है, और एक सकारात्मक आयन (छेद) के स्थान पर एक तटस्थ परमाणु बनता है।

किसी भी विदेशी अशुद्धियों के बिना एक आदर्श शुद्ध अर्धचालक में, प्रत्येक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक छेद के गठन से मेल खाता है, अर्थात। करंट के निर्माण में शामिल इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या समान होती है।

वह चालकता जिस पर समान संख्या में आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन और छिद्र) होते हैं, अर्धचालकों की आंतरिक चालकता कहलाती है।

अर्धचालकों की आंतरिक चालकता आमतौर पर छोटी होती है, क्योंकि मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या कम होती है। अशुद्धियों के थोड़े से निशान मौलिक रूप से अर्धचालकों के गुणों को बदल देते हैं।

अशुद्धियों की उपस्थिति में अर्धचालकों की विद्युत चालकता

एक अर्धचालक में अशुद्धता विदेशी रासायनिक तत्वों के परमाणु होते हैं जो मुख्य अर्धचालक में निहित नहीं होते हैं।

अशुद्धता चालकता- यह उनके क्रिस्टल लैटिस में अशुद्धियों की शुरूआत के कारण अर्धचालकों की चालकता है।

कुछ मामलों में, अशुद्धियों का प्रभाव इस तथ्य में प्रकट होता है कि चालन का "छेद" तंत्र व्यावहारिक रूप से असंभव हो जाता है, और अर्धचालक में वर्तमान मुख्य रूप से मुक्त इलेक्ट्रॉनों के संचलन द्वारा किया जाता है। ऐसे अर्धचालक कहलाते हैं इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालकया एन-प्रकार अर्धचालक(लैटिन शब्द नेगेटिवस से - नकारात्मक)। मुख्य चार्ज वाहक इलेक्ट्रॉन हैं, और मुख्य छेद नहीं हैं। n-प्रकार के अर्धचालक दाता अशुद्धियों वाले अर्धचालक होते हैं।

1. दाता अशुद्धियाँ।

दाता अशुद्धियाँ वे हैं जो आसानी से इलेक्ट्रॉनों का दान करते हैं और फलस्वरूप, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि करते हैं। दाता अशुद्धियाँ समान छिद्रों की उपस्थिति के बिना चालन इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति करती हैं।

टेट्रावैलेंट जर्मेनियम जीई में डोनर अशुद्धता का एक विशिष्ट उदाहरण पेंटावैलेंट आर्सेनिक परमाणु हैं।

अन्य मामलों में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों का संचलन व्यावहारिक रूप से असंभव हो जाता है, और वर्तमान केवल छिद्रों के संचलन द्वारा किया जाता है। ये अर्धचालक कहलाते हैं छेद अर्धचालकया पी-प्रकार अर्धचालक(लैटिन शब्द पॉज़िटिवस से - सकारात्मक)। मुख्य चार्ज वाहक छेद हैं, न कि मुख्य - इलेक्ट्रॉन। . पी-प्रकार के अर्धचालक ग्राही अशुद्धियों वाले अर्धचालक होते हैं।

स्वीकर्ता अशुद्धियाँ ऐसी अशुद्धियाँ हैं जिनमें सामान्य जोड़ी-इलेक्ट्रॉन बांड बनाने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं।

जर्मेनियम जीई में एक स्वीकार्य अशुद्धता का एक उदाहरण त्रिसंयोजी गैलियम परमाणु गा हैं

बिजलीपी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स के संपर्क के माध्यम से पी-एन जंक्शन- यह पी-टाइप और एन-टाइप के दो अशुद्ध अर्धचालकों की एक संपर्क परत है; पी-एन जंक्शन एक ही एकल क्रिस्टल में छेद (पी) चालन और इलेक्ट्रॉनिक (एन) चालन वाले क्षेत्रों को अलग करने वाली सीमा है।

प्रत्यक्ष पीएन जंक्शन

यदि n-अर्धचालक शक्ति स्रोत के ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ा है, और शक्ति स्रोत का धनात्मक ध्रुव p-अर्धचालक से जुड़ा है, तो एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, n-अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन और पी-सेमीकंडक्टर में छेद एक दूसरे की ओर सेमीकंडक्टर इंटरफ़ेस की ओर बढ़ेंगे। इलेक्ट्रॉनों, सीमा को पार करते हुए, "भरें" छेद, पीएन जंक्शन के माध्यम से वर्तमान मुख्य चार्ज वाहक द्वारा किया जाता है। नतीजतन, पूरे नमूने की चालकता बढ़ जाती है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की ऐसी सीधी (थ्रुपुट) दिशा के साथ, बाधा परत की मोटाई और इसका प्रतिरोध कम हो जाता है।

इस दिशा में करंट दो अर्धचालकों की सीमा से होकर गुजरता है।

रिवर्स पीएन जंक्शन

यदि n-अर्धचालक शक्ति स्रोत के धनात्मक ध्रुव से जुड़ा है, और p-अर्धचालक शक्ति स्रोत के ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ा है, तो क्रिया के तहत n-अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन और p-अर्धचालक में छेद अंतरापृष्ठ से विपरीत दिशाओं में विद्युत क्षेत्र गति करेगा, p-n-संक्रमण के माध्यम से धारा लघु आवेश वाहकों द्वारा प्रवाहित की जाती है। इससे बाधा परत का मोटा होना और इसके प्रतिरोध में वृद्धि होती है। नतीजतन, नमूने की चालकता महत्वहीन हो जाती है, और प्रतिरोध बड़ा होता है।

एक तथाकथित बाधा परत बनती है। बाहरी क्षेत्र की इस दिशा के साथ, विद्युत प्रवाह व्यावहारिक रूप से पी- और एन-सेमीकंडक्टर्स के संपर्क से नहीं गुजरता है।

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन-छिद्र संक्रमण में एक तरफा चालन होता है।

वोल्टेज - वोल्ट - एम्पीयर पर वर्तमान शक्ति की निर्भरता विशेषता पी-एनसंक्रमण चित्र में दिखाया गया है (वोल्टेज - वर्तमान विशेषता सीधे पी-एनसंक्रमण एक ठोस रेखा, वोल्ट - एम्पीयर विशेषता द्वारा दिखाया गया है रिवर्स पीएनसंक्रमण को बिंदीदार रेखा के रूप में दिखाया गया है)।

अर्धचालक:

सेमीकंडक्टर डायोड - प्रत्यावर्ती धारा को सुधारने के लिए, यह विभिन्न प्रतिरोधों के साथ एक p - n - जंक्शन का उपयोग करता है: आगे की दिशा में, p - n - जंक्शन का प्रतिरोध विपरीत दिशा की तुलना में बहुत कम होता है।

Photoresistors - कमजोर प्रकाश प्रवाह के पंजीकरण और माप के लिए। उनकी मदद से, सतहों की गुणवत्ता निर्धारित करें, उत्पादों के आयामों को नियंत्रित करें।

थर्मिस्टर्स - दूरस्थ तापमान माप, आग अलार्म के लिए।

पाठ संख्या 41-169 अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह। अर्धचालक डायोड। अर्धचालक उपकरण।

एक अर्धचालक एक पदार्थ है जिसकी प्रतिरोधकता एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकती है और बढ़ते तापमान के साथ बहुत तेज़ी से घट जाती है, जिसका अर्थ है कि विद्युत चालकता बढ़ जाती है। यह सिलिकॉन, जर्मेनियम, सेलेनियम और कुछ यौगिकों में देखा जाता है।

अर्धचालकों में चालन तंत्र

सेमीकंडक्टर क्रिस्टल में एक परमाणु क्रिस्टल जाली होती है, जहां बाहरी इलेक्ट्रॉन सहसंयोजक बंधों द्वारा पड़ोसी परमाणुओं से बंधे होते हैं। कम तापमान पर, शुद्ध अर्धचालकों में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होता है और यह एक परावैद्युत की तरह व्यवहार करता है। यदि अर्धचालक शुद्ध (अशुद्धियों के बिना) है, तो इसकी अपनी चालकता (छोटा) है।

आंतरिक चालन दो प्रकार के होते हैं:

1) इलेक्ट्रॉनिक (चालकता " पी"-प्रकार) अर्धचालकों में कम तापमान पर, सभी इलेक्ट्रॉन नाभिक से जुड़े होते हैं और प्रतिरोध बड़ा होता है; जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कणों की गतिज ऊर्जा बढ़ती है, बंधन टूटते हैं और मुक्त इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं - प्रतिरोध कम हो जाता है।

मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र वेक्टर के विपरीत चलते हैं। अर्धचालकों की इलेक्ट्रॉनिक चालकता मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण होती है।

2) छेद (पी-प्रकार चालकता)। तापमान में वृद्धि के साथ, परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन नष्ट हो जाते हैं, वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा किए जाते हैं, और लापता इलेक्ट्रॉन वाले स्थान बनते हैं - एक "छेद"। यह पूरे क्रिस्टल में घूम सकता है, क्योंकि। इसके स्थान को वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। एक "छिद्र" को हिलाना एक सकारात्मक चार्ज को स्थानांतरित करने के बराबर है। छेद विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर की दिशा में चलता है।

सहसंयोजक बंधनों का टूटना और अर्धचालकों की आंतरिक चालकता की उपस्थिति हीटिंग, प्रकाश (फोटोकंडक्टिविटी) और मजबूत विद्युत क्षेत्रों की क्रिया के कारण हो सकती है।

निर्भरता आर (टी): थर्मास्टर

- दूरस्थ माप टी;

- फायर अलार्म

शुद्ध अर्धचालक की कुल चालकता "पी" और "एन" प्रकार की चालकता का योग है और इसे इलेक्ट्रॉन-छिद्र चालकता कहा जाता है।

अशुद्धियों की उपस्थिति में अर्धचालक

उनकी अपनी और अशुद्धता चालकता है। अशुद्धियों की उपस्थिति चालकता को बहुत बढ़ा देती है। जब अशुद्धता की सघनता में परिवर्तन होता है, तो विद्युत धारा वाहकों-इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों-की संख्या में परिवर्तन होता है। वर्तमान को नियंत्रित करने की क्षमता अर्धचालकों के व्यापक उपयोग को रेखांकित करती है। निम्नलिखित अशुद्धियाँ हैं:

1) दाता अशुद्धियाँ (दान करना) - अतिरिक्त हैं

सेमीकंडक्टर क्रिस्टल के इलेक्ट्रॉनों के आपूर्तिकर्ता, आसानी से इलेक्ट्रॉनों का दान करते हैं और सेमीकंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि करते हैं। ये कंडक्टर "एन" हैं - प्रकार, यानी। दाता अशुद्धियों के साथ अर्धचालक, जहां मुख्य आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, और अल्पसंख्यक छिद्र होते हैं। ऐसे अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनिक अशुद्धता चालकता होती है (एक उदाहरण आर्सेनिक है)।

2) स्वीकर्ता अशुद्धियाँ (प्राप्त करना) "छेद" बनाते हैं, इलेक्ट्रॉनों को अपने आप में ले लेते हैं। ये अर्धचालक "पी" हैं - प्रकार, यानी। स्वीकर्ता अशुद्धियों के साथ अर्धचालक, जहां मुख्य चार्ज वाहक है

छेद, और अल्पसंख्यक इलेक्ट्रॉन। ऐसा अर्धचालक है

छेद अशुद्धता चालकता (एक उदाहरण ईण्डीयुम है)।

विद्युत गुण "पी-एन » संक्रमण।

"पीएन" संक्रमण (या इलेक्ट्रॉन-छिद्र संक्रमण) - दो अर्धचालकों का संपर्क क्षेत्र, जहां चालकता इलेक्ट्रॉनिक से छेद (या इसके विपरीत) में बदलती है।

एक अर्धचालक क्रिस्टल में, अशुद्धियों को शामिल करके ऐसे क्षेत्रों का निर्माण किया जा सकता है। विभिन्न चालकता वाले दो अर्धचालकों के संपर्क क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का पारस्परिक प्रसार होगा और एक अवरोधक अवरोध बनेगा।

विद्युत परत। बाधा परत का विद्युत क्षेत्र रोकता है

सीमा के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का और संक्रमण। सेमीकंडक्टर के अन्य क्षेत्रों की तुलना में बाधा परत में प्रतिरोध में वृद्धि हुई है।

एक बाहरी विद्युत क्षेत्र बाधा परत के प्रतिरोध को प्रभावित करता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की प्रत्यक्ष (संचरण) दिशा में, वर्तमान दो अर्धचालकों की सीमा से होकर गुजरता है। क्योंकि इलेक्ट्रॉन और छिद्र एक दूसरे की ओर इंटरफ़ेस की ओर बढ़ते हैं, फिर इलेक्ट्रॉन,

सीमा पार कर, गड्ढों को भरो। अवरोधक परत की मोटाई और उसका प्रतिरोध लगातार कम हो रहा है।

एक अवरुद्ध (बाहरी विद्युत क्षेत्र की विपरीत दिशा) के साथ, वर्तमान दो अर्धचालकों के संपर्क क्षेत्र से नहीं गुजरेगा। क्योंकि इलेक्ट्रॉन और छिद्र सीमा से विपरीत दिशाओं में चलते हैं, फिर अवरोधक परत

गाढ़ा हो जाता है, इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है।

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन-छिद्र संक्रमण में एक तरफा चालन होता है।

अर्धचालक डायोड- एक "आरएन" जंक्शन के साथ एक अर्धचालक।

सेमीकंडक्टर डायोड एसी रेक्टीफायर्स के मुख्य तत्व हैं।

जब एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है: एक दिशा में अर्धचालक का प्रतिरोध अधिक होता है, विपरीत दिशा में प्रतिरोध कम होता है।

ट्रांजिस्टर।(से अंग्रेजी के शब्दस्थानांतरण - स्थानांतरण, रोकनेवाला - प्रतिरोध)

दाता और स्वीकर्ता अशुद्धियों के साथ जर्मेनियम या सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के प्रकारों में से एक पर विचार करें। अशुद्धियों का वितरण ऐसा है कि एक बहुत पतली (कई माइक्रोमीटर के क्रम की) एन-प्रकार अर्धचालक परत दो पी-प्रकार अर्धचालक परतों (चित्र देखें) के बीच बनाई गई है।

यह पतली परत कहलाती है आधारया आधार।क्रिस्टल में दो होते हैं आर-n -संक्रमण, जिसकी सीधी दिशाएँ विपरीत हैं। क्षेत्रों से तीन पिन विभिन्न प्रकार केचालकता आपको चित्र में दिखाए गए सर्किट में एक ट्रांजिस्टर शामिल करने की अनुमति देती है। पर यह समावेशनबाएं आर-एन-कूद है प्रत्यक्षऔर बेस को पी-टाइप क्षेत्र से अलग करता है जिसे कहा जाता है उत्सर्जक।अगर अधिकार नहीं होता आर-n -संक्रमण, एमिटर - बेस सर्किट में स्रोतों (बैटरी) के वोल्टेज के आधार पर एक करंट होगा बी 1और एक एसी वोल्टेज स्रोत) और सर्किट प्रतिरोध, प्रत्यक्ष उत्सर्जक-बेस जंक्शन के कम प्रतिरोध सहित।

बैटरी बी 2चालू किया ताकि सही आर-एन -सर्किट में संक्रमण (अंजीर देखें।) है उलटना।यह आधार को सही पी-टाइप क्षेत्र से अलग करता है जिसे कहा जाता है एकत्र करनेवाला।अगर नहीं बचा था आर-n -जंक्शन, कलेक्टर सर्किट में करंट शून्य के करीब होगा, क्योंकि

उत्क्रमण प्रतिरोध बहुत अधिक है। बाईं ओर करंट की उपस्थिति में आर-n -ट्रांजिशन करंट कलेक्टर सर्किट में दिखाई देता है, और कलेक्टर में करंट की ताकत थोड़ी ही होती है कम शक्तिएमिटर में करंट (यदि एमिटर पर नेगेटिव वोल्टेज लगाया जाता है, तो लेफ्ट आर-एन-संक्रमण उलट जाएगा और एमिटर सर्किट में करंट और कलेक्टर सर्किट में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित होगा)। जब एमिटर और बेस के बीच एक वोल्टेज बनाया जाता है, तो पी-टाइप सेमीकंडक्टर के मुख्य वाहक - छेद बेस में घुस जाते हैं, जहां वे पहले से ही छोटे वाहक होते हैं। चूंकि आधार की मोटाई बहुत कम है और इसमें बहुसंख्यक वाहक (इलेक्ट्रॉनों) की संख्या कम है, जो छिद्र इसमें गिरे हैं वे आधार इलेक्ट्रॉनों के साथ मुश्किल से जुड़ते हैं (पुन: संयोजित नहीं होते हैं) और विसरण के कारण संग्राहक में प्रवेश करते हैं। सही आर-n -संक्रमण आधार के मुख्य आवेश वाहकों - इलेक्ट्रॉनों के लिए बंद है, लेकिन छिद्रों के लिए नहीं। कलेक्टर में, छेद विद्युत क्षेत्र द्वारा दूर किए जाते हैं और सर्किट को बंद कर देते हैं। बेस से एमिटर सर्किट में करंट ब्रांचिंग की ताकत बहुत कम है, क्योंकि क्षैतिज में बेस का क्रॉस-सेक्शनल एरिया (चित्र देखें। ऊपर) प्लेन में क्रॉस-सेक्शन की तुलना में बहुत छोटा है। ऊर्ध्वाधर तल।

कलेक्टर में करंट, जो एमिटर में करंट के लगभग बराबर होता है, एमिटर में करंट के साथ बदलता है। प्रतिरोध प्रतिरोध आर कलेक्टर में करंट पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, और इस प्रतिरोध को पर्याप्त रूप से बड़ा बनाया जा सकता है। इसके सर्किट में शामिल एसी वोल्टेज स्रोत के साथ एमिटर करंट को नियंत्रित करके, हम प्रतिरोधक आर में वोल्टेज में एक तुल्यकालिक परिवर्तन प्राप्त करते हैं .

रोकनेवाला के एक बड़े प्रतिरोध के साथ, इसके पार वोल्टेज परिवर्तन उत्सर्जक सर्किट में सिग्नल वोल्टेज परिवर्तन से हजारों गुना अधिक हो सकता है। यानी बढ़ा हुआ वोल्टेज। इसलिए, भार पर आर ऐसे विद्युत संकेत प्राप्त करना संभव है जिनकी शक्ति उत्सर्जक परिपथ में प्रवेश करने वाली शक्ति से कई गुना अधिक है।

ट्रांजिस्टर का अनुप्रयोगगुण आरसेमीकंडक्टर्स में -n-जंक्शन का उपयोग विद्युत दोलनों को बढ़ाने और उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

अर्धचालक पदार्थों का एक वर्ग है जिसमें बढ़ते तापमान के साथ चालकता बढ़ती है और विद्युत प्रतिरोध घटता है। यह अर्धचालक मूल रूप से धातुओं से भिन्न होते हैं।

विशिष्ट अर्धचालक जर्मेनियम और सिलिकॉन के क्रिस्टल होते हैं, जिनमें परमाणु एक सहसंयोजक बंधन द्वारा एकजुट होते हैं। अर्धचालकों में किसी भी तापमान पर मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत मुक्त इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल में स्थानांतरित हो सकते हैं, जिससे एक इलेक्ट्रॉनिक चालन धारा बन सकती है। क्रिस्टल जाली के परमाणुओं में से एक के बाहरी आवरण से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने से इस परमाणु का सकारात्मक आयन में परिवर्तन होता है। पड़ोसी परमाणुओं में से एक से एक इलेक्ट्रॉन को पकड़कर इस आयन को बेअसर किया जा सकता है। इसके अलावा, परमाणुओं से सकारात्मक आयनों में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के परिणामस्वरूप, लापता इलेक्ट्रॉन के साथ जगह के क्रिस्टल में अराजक आंदोलन की प्रक्रिया होती है। बाहरी रूप से, इस प्रक्रिया को सकारात्मक आंदोलन के रूप में माना जाता है बिजली का आवेशबुलाया छेद.

जब एक क्रिस्टल को एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो छिद्रों की एक क्रमबद्ध गति होती है - एक छिद्र चालन धारा।

एक आदर्श अर्धचालक क्रिस्टल में, समान संख्या में नकारात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक रूप से आवेशित छिद्रों के संचलन द्वारा एक विद्युत प्रवाह बनाया जाता है। आदर्श अर्धचालकों में चालकता को आंतरिक चालकता कहा जाता है।

अर्धचालकों के गुण अशुद्धियों की सामग्री पर अत्यधिक निर्भर हैं। अशुद्धियाँ दो प्रकार की होती हैं - दाता और ग्राही।

वे अशुद्धियाँ जो इलेक्ट्रॉन दान करती हैं और इलेक्ट्रॉनिक चालकता बनाती हैं, कहलाती हैं दाता(मुख्य अर्धचालक की तुलना में अधिक वैलेंस वाली अशुद्धियाँ)। वे अर्धचालक जिनमें इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता छिद्रों की सांद्रता से अधिक होती है, n-प्रकार के अर्धचालक कहलाते हैं।

ऐसी अशुद्धियाँ जो इलेक्ट्रॉनों को पकड़ती हैं और इस तरह चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि किए बिना मोबाइल छेद बनाती हैं, कहलाती हैं हुंडी सकारनेवाला(मुख्य अर्धचालक की तुलना में कम वैलेंस वाली अशुद्धियाँ)।

कम तापमान पर, छेद एक अर्धचालक क्रिस्टल में एक स्वीकर्ता अशुद्धता के साथ मुख्य वर्तमान वाहक होते हैं, और इलेक्ट्रॉन मुख्य वाहक नहीं होते हैं। ऐसे अर्धचालक जिनमें छिद्रों की सांद्रता चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता से अधिक होती है, उन्हें छिद्र अर्धचालक या पी-प्रकार अर्धचालक कहा जाता है। विभिन्न प्रकार की चालकता वाले दो अर्धचालकों के संपर्क पर विचार करें।

बहुसंख्यक वाहकों का पारस्परिक प्रसार इन अर्धचालकों की सीमा के माध्यम से होता है: इलेक्ट्रॉन n-अर्धचालक से p-अर्धचालक में फैलते हैं, और p-अर्धचालक से n-अर्धचालक में छिद्र होते हैं। नतीजतन, संपर्क से सटे एन-सेमीकंडक्टर का खंड इलेक्ट्रॉनों में समाप्त हो जाएगा, और नंगे अशुद्धता आयनों की उपस्थिति के कारण इसमें एक अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज बनेगा। पी-सेमीकंडक्टर से एन-सेमीकंडक्टर तक छिद्रों की गति से पी-सेमीकंडक्टर के सीमा क्षेत्र में एक अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज की उपस्थिति होती है। नतीजतन, एक दोहरी विद्युत परत बनती है, और एक संपर्क विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो मुख्य आवेश वाहकों के आगे प्रसार को रोकता है। यह परत कहलाती है ताला.

एक बाहरी विद्युत क्षेत्र बाधा परत की विद्युत चालकता को प्रभावित करता है। यदि अर्धचालक स्रोत से जुड़े हैं जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 55, फिर एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मुख्य चार्ज वाहक - एन-सेमीकंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉन और पी-सेमीकंडक्टर में छेद - अर्धचालकों के इंटरफ़ेस की ओर एक दूसरे की ओर बढ़ेंगे, जबकि पी-एन की मोटाई जंक्शन घटता है, इसलिए इसका प्रतिरोध घटता है। इस मामले में, वर्तमान ताकत बाहरी प्रतिरोध से सीमित है। बाह्य विद्युत क्षेत्र की इस दिशा को प्रत्यक्ष कहा जाता है। पी-एन-जंक्शन का सीधा कनेक्शन वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर खंड 1 से मेल खाता है (चित्र 57 देखें)।

विभिन्न मीडिया में विद्युत प्रवाह वाहक और वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को तालिका में संक्षेपित किया गया है। 1.

यदि अर्धचालक स्रोत से जुड़े हैं जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 56, तो एन-सेमीकंडक्टर में इलेक्ट्रॉन और पी-सेमीकंडक्टर में छेद विपरीत दिशाओं में सीमा से बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत आगे बढ़ेंगे। बाधा परत की मोटाई और इसलिए इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की इस दिशा के साथ - रिवर्स (ब्लॉकिंग) केवल मामूली चार्ज वाहक इंटरफ़ेस से गुजरते हैं, जिनमें से एकाग्रता मुख्य से बहुत कम है, और वर्तमान व्यावहारिक रूप से शून्य है। पीएन जंक्शन का रिवर्स समावेशन वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (चित्र 57) पर खंड 2 से मेल खाता है।