বিশুদ্ধ সিলিকন কেলাসের সাথে কোন অপদ্রব্য যোগ করলে উহা p-টাইপ অর্ধপরিবাহী হবে?

p-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর (p-type semiconductor)

কোনো বিশুদ্ধ সেমিকন্ডাক্টরে সামান্য পরিমাণ ত্রিযোজী অর্থাৎ পর্যায় সারণির তৃতীয় সারির মৌল অপদ্রব্য হিসেবে মেশানো হলে, তাকে p-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর বলে।

  জার্মেনিয়াম বা সিলিকনের পরমাণুতে যদি উপযুক্ত মাত্রায় (প্রায় এক কোটিতে একটি) কোনো ত্রিযোজী মৌল (অর্থাৎ যার পরমাণুতে তিনটি যোজন ইলেক্ট্রন আছে যেমন গ্যালিয়াম, অ্যালুমিনিয়াম ইত্যাদি) মেশানো হয় তাহলে ঐ কেলাসের গঠনের কোনোরূপ পরিবর্তন হয় না কিন্তু পার্শ্ববর্তী চতুর্থোজী ধাতুর সাথে সহযোজী বন্ধন গঠন করতে এর একটি ইলেকট্রন ঘাটতি পড়ে। ফলে কেলাসে একটি ধনাত্মক হোল সৃষ্টি হয় (চিত্র : ১০:১০)। এই জাতীয় অপদ্রব্য মিশ্রণে সৃষ্ট হোল পূরণ করতে অন্য একটি ইলেকট্রনের প্রয়োজন হয়। ত্রিযোজী অপদ্রব্য ইলেকট্রন গ্রহণ করে বলে এদেরকে বলা হয় গ্রাহক (acceptor) পরমাণু। জার্মেনিয়াম বা সিলিকনে প্রতিটি গ্যালিয়াম বা অ্যালুমিনিয়াম পরমাণু একটি করে হোল সৃষ্টি করে। ফলে সামান্য পরিমাণ গ্যালিয়াম বা অ্যালুমিনিয়াম লক্ষ লক্ষ হোল সৃষ্টি করে। গ্রাহক পরমাণুর বহিখোলকে সাতটি যোজন ইলেকট্রন ও একটি হোল থাকে। হোলটি একটি ইলেকট্রন দ্বারা পূর্ণ হলে পরমাণুটির খোলকের গঠন স্থিতিশীল হয়। ধনাত্মক হোল ইলেকট্রনকে গ্রহণ করে ফলে ইলেকট্রন জার্মেনিয়াম বা সিলিকনের মধ্যে গতিশীল বা চলমান থাকে। এভাবে ইলেকট্রন পরমাণু থেকে পরমাণুতে গমন করে। যে ইলেকট্রনটি হোলে চলে যায় তা যে পরমাণু থেকে এটি আসে তাতে একটি হোল সৃষ্টি করে আসে। সেই হোলকে দখল করার জন্য অন্য একটি ইলেকট্রন আসে। এই ইলেকট্রনটিও রেখে আসে আরেকটি ধনাত্মক হোল। যেন মনে হয় ধনাত্মক হোল পদার্থের মধ্যে ইলেকট্রনের গতির দিকের বিপরীত দিকে গতিশীল বা চলমান । এখানে গরিষ্ঠ আধান বাহক হলো হোল। এই ধরনের পদার্থের নাম p-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর পদার্থ ।

   p-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে পরিবহন ঘটে প্রধানত ধনাত্মক আধান বা হোলের দরুন। এখানে ঋণাত্মক আধান বা ইলেকট্রন হলো লঘিষ্ঠ আধান বাহক।

n-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর (n-type semiconductor)

কোনো বিশুদ্ধ সেমিকন্ডাক্টরে সামান্য পরিমাণ পঞ্চযোজী অর্থাৎ পর্যায় সারণির পঞ্চম সারির মৌল অপদ্রব্য হিসেবে মেশানো হলে, তাকে n-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর বলে।

জার্মেনিয়াম বা সিলিকনের কেলাসে যদি উপযুক্ত মাত্রায় (প্রায় এক কোটি পরমাণুতে একটি) কোনো পঞ্চযোজী মৌল (অর্থাৎ যার পরমাণুতে পাঁচটি যোজন ইলেকট্রন আছে, যেমন আর্সেনিক, এন্টিমনি ইত্যাদি) মেশানো হয় তাহলে ঐ কেলাসের গঠনের কোনোরূপ পরিবর্তন হয় না এবং মিশ্রিত পরমাণুর পাঁচটি যোজন ইলেকট্রনের মধ্যে চারটি জার্মেনিয়াম বা সিলিকনের পরমাণুর সাথে সহযোজী বন্ধন সৃষ্টি করে এবং একটি উদ্বৃত্ত থাকে (চিত্র : ১০.১১)। এই উদ্বৃত্ত ইলেকট্রনকে খুব সামান্য শক্তি সরবরাহে মুক্ত করা যায় এবং এরাই সেমিকন্ডাক্টরের পরিবাহিতা বৃদ্ধি করে। পঞ্চযোজী অপদ্রব্য ইলেকট্রন দান করে বলে এদের দাতা (donner) পরমাণু বলে। ইলেকট্রনের দ্বারা পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায় বলে এই ধরনের এক্সট্রিন্সিক সেমিকন্ডাক্টরকে n- টাইপ সেমিকন্ডাক্টর বলে। জার্মেনিয়াম বা সিলিকনে প্রতিটি আর্সেনিক বা এন্টিমনি পরমাণু একটি করে ইলেট্রন দান করে। ফলে সামান্য পরিমাণ আর্সেনিক বা এন্টিমনি লক্ষ লক্ষ ইলেকট্রন দান করে। -টাইপ বন্ধুকে ইলেকট্রন সমৃদ্ধ বস্তু বলা হয়। -টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে পরিবহন ঘটে প্রধানত ঋণাত্মক আধান বা ইলেকট্রনের জন্য। এতে গরিষ্ঠ বাহক (majority carrier) হলো ইলেকট্রন এবং লঘিষ্ঠ বাহক ( minority carrier) হলো হোল।

p-টাইপ ও n-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে আধান (Charge on p-type and n type semiconductors )

   পূর্বের আলোচনা থেকে দেখা যায় যে, p-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে তড়িৎপ্রবাহ হয় হোল-এর জন্য এবং n -টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে তড়িৎপ্রবাহ হয় অতিরিক্ত ইলেকট্রনের জন্য। এতে সাধারণভাবে ধারণা হতে পারে p-টাইপ বস্তুতে অতিরিক্ত ধনাত্মক আধানে এবং n -টাইপ বস্তুতে অতিরিক্ত ঋণাত্মক আধান রয়েছে বা মনে হতে পারে p-টাইপ বস্তু হচ্ছে ধনাত্মক আধানে আহিত বস্তু আর -টাইপ বস্তু হচ্ছে ঋণাত্মক আধান আহিত বস্তু। প্রকৃত অবস্থা কিন্তু তা নয়। একথা সত্য যে -টাইপ বস্তুতে অতিরিক্ত কিছু ইলেকট্রন আছে। কিন্তু এই অতিরিক্ত ইলেকট্রন সরবরাহ করে দাতা অপদ্রব্য, এই দাতা অপদ্রব্য নিজে তড়িৎ নিরপেক্ষ। যখন অপদ্রব্য মেশানো হয় তখন যাকে 'অতিরিক্ত ইলেক্ট্রন' বলা হয় প্রকৃতপক্ষে তা সেমিকন্ডাক্টর কেলাসে সহযোজী বন্ধন গঠনের জন্য প্রয়োজনীয় সংখ্যক ইলেক্ট্রনের অতিরিক্ত। এই অতিরিক্ত ইলেকট্রন মুক্ত ইলেকট্রন এবং এরা সেমিকন্ডাক্টরের পরিবাহিতা বৃদ্ধি করে। p-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরে একইভাবে অতিরিক্ত হোল পাওয়া যায়। তাই বলা যায়, p-টাইপ ও n-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর প্রকৃতপক্ষে তড়িৎ নিরপেক্ষ।