सेमीकंडक्टर डिवाइस एक ऐसी सामग्री से बना है जो न तो एक अच्छा कंडक्टर है और न ही एक अच्छा इन्सुलेटर है, इसे अर्धचालक कहा जाता है। इस तरह के उपकरणों ने अपनी विश्वसनीयता, कॉम्पैक्टनेस और कम लागत के कारण व्यापक अनुप्रयोगों की स्थापना की है। ये असतत घटक होते हैं जिनका उपयोग बिजली के उपकरणों, कॉम्पैक्टनेस ऑप्टिकल सेंसर और प्रकाश उत्सर्जक में किया जाता है, जिसमें सॉलिड-स्टेट लेजर शामिल होते हैं। उनके पास वर्तमान और वोल्टेज हैंडलिंग क्षमताओं की एक विस्तृत श्रृंखला है, जिसमें वर्तमान रेटिंग 5,000 से अधिक एम्पीयर और वोल्टेज रेटिंग 100,000 से अधिक वोल्ट है। अधिक महत्वपूर्ण बात, अर्धचालक उपकरण खुद को जटिल लेकिन आसानी से निर्मित माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सर्किट में एकीकरण के लिए उधार दें। वे संभावित भविष्य, डेटा-प्रोसेसिंग, उपभोक्ता और औद्योगिक-नियंत्रण उपकरणों के साथ संचार सहित इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के बहुमत के प्रमुख तत्व हैं।
सेमीकंडक्टर डिवाइस क्या हैं?
सेमीकंडक्टर डिवाइस कुछ और नहीं हैं बिजली के उपकरण सिलिकॉन, जर्मेनियम और गैलियम आर्सेनाइड जैसे कार्बनिक अर्धचालकों जैसे अर्धचालक पदार्थों के इलेक्ट्रॉनिक गुणों का फायदा उठाते हैं। सेमीकंडक्टर उपकरणों ने कई अनुप्रयोगों में वैक्यूम ट्यूबों को बदल दिया है। वे एक उच्च निर्वात में थर्मियोनिक उत्सर्जन के विपरीत ठोस अवस्था में इलेक्ट्रॉनिक चालन का उपयोग करते हैं। अर्धचालक उपकरण असतत उपकरणों और दोनों के लिए निर्मित होते हैं एकीकृत सर्किट , जो एक अर्धचालक सब्सट्रेट या वेफर पर निर्मित और एक दूसरे से जुड़े अरबों उपकरणों से कुछ से मिलकर बनता है।
अर्धचालक उपकरण
अर्धचालक पदार्थ उनके व्यवहार से उपयोगी होते हैं जिन्हें अशुद्धियों के अलावा आसानी से हेरफेर किया जा सकता है। अर्धचालक चालकता को विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र द्वारा, प्रकाश या ऊष्मा के संपर्क में, या एक डोप्ड मोनो क्रिस्टलीय ग्रिड के यांत्रिक विरूपण द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, इस प्रकार अर्धचालक उत्कृष्ट सेंसर बना सकते हैं। एक अर्धचालक में वर्तमान चालन इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों से मुक्त होता है, जिसे सामूहिक रूप से चार्ज वाहक के रूप में जाना जाता है। सिलिकॉन की डोपिंग अशुद्धता परमाणुओं की एक छोटी मात्रा को जोड़कर की जाती है और फॉस्फोरस या बोरॉन के लिए भी अर्धचालक के भीतर इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों की संख्या में काफी वृद्धि होती है।
जब एक डोप किए गए सेमीकंडक्टर में अतिरिक्त छेद होते हैं तो इसे 'पी-टाइप' (छेदों के लिए सकारात्मक) सेमीकंडक्टर कहा जाता है, और जब इसमें कुछ मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अधिकता होती है, तो इसे 'एन-टाइप' (इलेक्ट्रॉनों के लिए नकारात्मक) सेमीकंडक्टर के रूप में जाना जाता है। बहुसंख्यक मोबाइल प्रभारी वाहकों के प्रभार का चिन्ह। जिन जंक्शनों का गठन एन-टाइप और पी-टाइप सेमीकंडक्टर्स को एक साथ मिलाया जाता है, उन्हें पी-एन जंक्शन कहा जाता है।
डायोड
एक अर्धचालक डायोड एक उपकरण है आम तौर पर एक एकल p-n जंक्शन से बना होता है। पी-प्रकार और एन-टाइप सेमीकंडक्टर का जंक्शन एक कमी क्षेत्र बनाता है जहां वर्तमान चालन मोबाइल चार्ज वाहक की कमी से आरक्षित होता है। जब डिवाइस को पक्षपाती किया जाता है, तो यह कमी क्षेत्र कम हो जाता है, महत्वपूर्ण चालन की अनुमति देता है, जब डायोड रिवर्स बायस्ड होता है, केवल कम वर्तमान प्राप्त किया जा सकता है और कमी क्षेत्र बढ़ाया जा सकता है। सेमीकंडक्टर को प्रकाश में लाने से इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े उत्पन्न हो सकते हैं, जो मुक्त वाहक की संख्या को बढ़ाता है और जिससे चालकता होती है। इस घटना का लाभ उठाने के लिए अनुकूलित डायोड को फोटोडियोड्स के रूप में जाना जाता है। यौगिक अर्धचालक डायोड का उपयोग प्रकाश, प्रकाश उत्सर्जक डायोड और लेजर डायोड उत्पन्न करने के लिए भी किया जा रहा है।
डायोड
ट्रांजिस्टर
द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर दो पी-एन जंक्शनों द्वारा गठित होते हैं, या तो पी-एन-पी या एन-पी-एन कॉन्फ़िगरेशन में। मध्य या आधार, जंक्शनों के बीच का क्षेत्र आमतौर पर बहुत संकीर्ण होता है। अन्य क्षेत्रों और उनके संबंधित टर्मिनलों को एमिटर और कलेक्टर के रूप में जाना जाता है। आधार और एमिटर के बीच जंक्शन के माध्यम से इंजेक्ट किया गया एक छोटा सा वर्तमान बेस कलेक्टर जंक्शन के गुणों को बदल देता है, इसलिए यह रिवर्स बायस्ड होने पर भी वर्तमान का संचालन कर सकता है। यह कलेक्टर और एमिटर के बीच एक बड़ा करंट बनाता है और बेस-एमिटर करंट द्वारा नियंत्रित होता है।
ट्रांजिस्टर
एक अन्य प्रकार का ट्रांजिस्टर जिसका नाम है फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर , यह इस सिद्धांत पर संचालित होता है कि अर्धचालक चालकता विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति से बढ़ या घट सकती है। एक विद्युत क्षेत्र एक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या बढ़ा सकता है, इस प्रकार इसकी चालकता बदल सकती है। विद्युत क्षेत्र को रिवर्स-बायस्ड पी-एन जंक्शन द्वारा लागू किया जा सकता है, और यह एक जंक्शन क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (जेएफईटी) बनाता है या एक ऑक्साइड परत द्वारा बल्क सामग्री से अछूता इलेक्ट्रोड द्वारा, और यह एक फार्म बनाता है धातु-ऑक्साइड अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (मोसेट)।
अब MOSFET में एक दिन का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है, एक ठोस राज्य उपकरण और अर्धचालक उपकरण। गेट इलेक्ट्रोड को एक विद्युत क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए चार्ज किया जाता है जो दो टर्मिनलों के बीच 'चैनल' की चालकता को नियंत्रित कर सकता है, इसे स्रोत और नाली कहा जाता है। चैनल में वाहक के प्रकार के आधार पर, डिवाइस n- चैनल (इलेक्ट्रॉनों के लिए) या पी-चैनल (छेद के लिए) MOSFET हो सकता है।
सेमीकंडक्टर डिवाइस सामग्री
सेमीकंडक्टर उपकरणों में सिलिकॉन (Si) सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री है। इसमें कम कच्चे माल की लागत और अपेक्षाकृत सरल प्रक्रिया है। इसकी उपयोगी तापमान सीमा इसे वर्तमान में विभिन्न प्रतिस्पर्धी सामग्रियों के बीच सबसे अच्छा समझौता बनाती है। सेमीकंडक्टर उपकरण निर्माण में उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन को वर्तमान में कटोरे में गढ़ा जाता है जो कि व्यास में काफी बड़ा होता है ताकि 300 (12 इंच) वेफर्स के निर्माण की अनुमति मिल सके।
जर्मेनियम (जीई) प्रारंभिक अर्धचालक सामग्री में व्यापक रूप से इस्तेमाल किया गया था, लेकिन इसकी थर्मल संवेदनशीलता सिलिकॉन की तुलना में कम उपयोगी है। आजकल, जर्मेनियम को अक्सर (सी) सिलिकॉन के साथ बहुत ही उच्च गति वाले सीजी उपकरणों में उपयोग के लिए रखा जाता है, आईबीएम ऐसे उपकरणों का एक मुख्य उत्पादक है।
गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) भी उच्च गति वाले उपकरणों के साथ व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन अभी तक, इस सामग्री के बड़े-व्यास के कटोरे बनाना मुश्किल हो गया है, वेफर व्यास के आकार को सिलिकॉन वेफर्स की तुलना में काफी छोटा होता है, जिससे गैलियम आर्सेनाइड का बड़े पैमाने पर उत्पादन होता है। (GaAs) उपकरण सिलिकॉन की तुलना में काफी अधिक महंगे हैं।
सामान्य अर्धचालक उपकरणों की सूची
आम अर्धचालक उपकरणों की सूची में मुख्य रूप से दो टर्मिनल, तीन टर्मिनल और चार टर्मिनल डिवाइस शामिल हैं।
आम सेमीकंडक्टर उपकरण
दो-टर्मिनल डिवाइस हैं
- डायोड (शुद्ध डायोड)
- गन डायोड
- प्रभाव डायोड
- लेज़र डायोड
- ज़ेनर डायोड
- Schottky डायोड
- पिन डायोड
- टनल डायोड
- प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी)
- फोटो ट्रांजिस्टर
- photocell
- सौर सेल
- क्षणिक-वोल्टेज-दमन डायोड
- वीसीएसईएल
तीन-टर्मिनल डिवाइस हैं
- द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर
- फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर
- डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर
- इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGBT)
- ट्रांजिस्टर ट्रांजिस्टर
- सिलिकॉन नियंत्रित शुद्धि कारक
- thyristor
- triac
चार-टर्मिनल डिवाइस हैं
- फोटो युग्मक (Optocoupler)
- हॉल प्रभाव सेंसर (चुंबकीय क्षेत्र सेंसर)
सेमीकंडक्टर डिवाइस अनुप्रयोग
सभी प्रकार के ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जा सकता है तर्क फाटकों के निर्माण खंड , जो डिजिटल सर्किट के डिजाइन के लिए उपयोगी है। माइक्रोप्रोसेसरों, ट्रांजिस्टर जैसे डिजिटल सर्किट में जो कि MOSFET में एक स्विच (ऑन-ऑफ) के रूप में कार्य कर रहा है, उदाहरण के लिए, गेट पर लागू वोल्टेज निर्धारित करता है कि स्विच चालू है या बंद।
ट्रांजिस्टर का उपयोग एनालॉग सर्किट के लिए किया जाता है जो अपेक्षाकृत स्विच (ऑन-ऑफ) के रूप में कार्य नहीं करते हैं, वे आउटपुट की एक निरंतर श्रेणी के साथ इनपुट की एक निरंतर श्रेणी का जवाब देते हैं। सामान्य एनालॉग सर्किट में ऑसिलेटर और एम्पलीफायर शामिल हैं। सर्किट जो एनालॉग सर्किट और डिजिटल सर्किट के बीच इंटरफ़ेस या अनुवाद करते हैं, उन्हें मिश्रित-सिग्नल सर्किट के रूप में जाना जाता है।
सेमीकंडक्टर उपकरणों के लाभ
- चूंकि अर्धचालक उपकरणों में कोई तंतु नहीं होता है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनने के लिए उन्हें गर्म करने के लिए किसी शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है।
- चूंकि कोई हीटिंग आवश्यक नहीं है, इसलिए सर्किट चालू होते ही सेमीकंडक्टर डिवाइस को ऑपरेशन में सेट किया जाता है।
- ऑपरेशन के दौरान, अर्धचालक उपकरण किसी भी गुनगुनाने वाले शोर का उत्पादन नहीं करते हैं।
- वैक्यूम ट्यूबों की तुलना में अर्धचालक उपकरणों को कम वोल्टेज संचालन की आवश्यकता होती है।
- उनके छोटे आकार के कारण, अर्धचालक उपकरणों से जुड़े सर्किट बहुत कॉम्पैक्ट होते हैं।
- सेमीकंडक्टर डिवाइस शॉक प्रूफ हैं।
- वैक्यूम ट्यूब की तुलना में सेमीकंडक्टर डिवाइस सस्ते होते हैं।
- सेमीकंडक्टर उपकरणों में लगभग असीमित जीवन होता है।
- चूंकि अर्धचालक उपकरणों में कोई वैक्यूम नहीं बनाया जाना है, इसलिए उन्हें कोई वैक्यूम खराब होने की समस्या नहीं है।
सेमीकंडक्टर उपकरणों का नुकसान
- वैक्यूम ट्यूबों में इसकी तुलना में अर्धचालक उपकरणों में शोर का स्तर अधिक होता है।
- साधारण अर्धचालक ट्यूब जितना कर सकते हैं उतना साधारण अर्धचालक उपकरण नहीं संभाल सकते।
- उच्च आवृत्ति रेंज में, उनके पास खराब उत्तरदाता है।
इस प्रकार, यह सभी विभिन्न प्रकार के अर्धचालक उपकरणों में दो टर्मिनल, तीन टर्मिनल और चार टर्मिनल डिवाइस शामिल हैं। हमें उम्मीद है कि आपको इस अवधारणा की बेहतर समझ मिल गई होगी। इसके अलावा, इस अवधारणा या बिजली और इलेक्ट्रॉनिक परियोजनाओं के बारे में कोई संदेह, कृपया नीचे टिप्पणी अनुभाग में टिप्पणी करके अपनी प्रतिक्रिया दें। यहां आपके लिए एक प्रश्न है, अर्धचालक उपकरणों के अनुप्रयोग क्या हैं?
फ़ोटो क्रेडिट:
- डायोड आश्चर्य है
- अर्धचालक उपकरण सामग्री Wonderwhizkids
- अर्धचालक उपकरणों के प्रकार विकिमीडिया
