WBCS Mains এ Semiconductors থেকে প্রচুর প্রশ্ন এসেছে, তাই এটা নিয়ে আলোচনা করা প্রয়োজন বৈকি।Continue Reading Electronics এর কন্সেপ্ট – Semiconductors (Basics) – For W.B.C.S. Examination.

 

আমরা জানি তামা, রুপো, সোনার মত ধাতুরা বিদ্যুৎ পরিবাহী। কিভাবে? ওদের একটা Valence ইলেক্ট্রন থাকে বলে। Valence ইলেক্ট্রন কি জিনিস? পরমাণুর একদম বাইরের কক্ষে স্বাধীনভাবে ঘুরে বেড়ানো ইলেক্ট্রন , মানে বাড়ির ছোট ছেলে। ঘরের ভিতর, অর্থাৎ নিউক্লিয়াস নামের বেডরুমে বাবা প্রোটন আর মা নিউট্রন সারাক্ষণ কুস্তি করে যাচ্ছে। আর বাড়ির বড় ছেলেরা সুবোধ গোপালের মত উঁকিঝুঁকি মারছে উঠানের মধ্যে থেকে।

 

ছোটে মিঁয়া অর্থাৎ Valence ইলেক্ট্রনকে পাড়ার কাকু চকোলেট ভোল্টেজের লোভ দেখালে সে একেবারে রে রে করে তেড়ে যায় তার বাড়ির দিকে। ছোটে মিঁয়ার মধ্যে এমনিতেই একটা জোশ আছে যেটাকে বলে Valence band, এবার ভোল্টেজের লোভ দেখালে সে আরও energy নিয়ে পৌঁছে যায় conduction band এ। আর conduction band এ পৌঁছনো মানে বিদ্যুৎ তৈরি হয়ে যাওয়া।

 

এই conductor দের ক্ষেত্রে Valence band আর conduction band এর মধ্যে কোনো gap থাকে না বললেই চলে। অর্থাৎ তোমার একেবারে পাশের বাড়ির কাকু তোমাকে একা পেয়ে চকোলেটের লোভ দেখিয়ে অপহরণ করে নিল। তোমার সাথে আরেকজন ছোটে মিঁয়া থাকলে ব্যাপারটা অতটা সহজ হত না।

 

তাহলে যারা conductor নয়, অর্থাৎ insulator দের কেসটা কি? insulator দের উঠানের একদম বাইরের দিকে একটার জায়গায় আটজন ছোটে মিঁয়া আছে। এ ছাড়াও প্রতিবেশী কাকু বেশ খানিকটা দুরে থাকে। কাজেই Valence band আর conduction band মধ্যে band gap অনেকটা বেশি। আর band gap বেশি মানে আকাশ থেকে চকোলেট ভোল্টেজের রীতিমত বৃষ্টি না হলে বিদ্যুৎ পরিবহন সম্ভব নয়।

 

তাহলে Semiconductor বলতে কি বুঝি? এরা হল সেই সমস্ত পরিবার যাদের চারটে করে ছোটে মিঁয়া আছে। অর্থাৎ একটা নয় যে খুব সহজেই conduction band এ চলে যাবে, আবার আটটাও নয় যাদের conduction band অবধি পৌঁছানো কার্যত অসম্ভব।

এই চারটে ইলেক্ট্রন দিয়ে ঠিক কি এমন হয় যে এরা অর্ধপরিবাহী হয়ে যায়? Semiconductor মানে সিলিকন, জার্মেনিয়াম এর বাইরের কক্ষে চারটি ইলেক্ট্রন থাকে। এই সমস্ত পদার্থের পরমাণুরা বড্ড অমায়িক , তাই তারা নিজেদের মধ্যে covalent bond তৈরি করে থাকে, ইলেক্ট্রন শেয়ার করে। ছবিটা দেখলে বুঝতে পারবে।

 

এবার এই চারটে ইলেক্ট্রন নিয়ে সিলিকন ঘরের তাপমাত্রাতে ধুঁকতে থাকে, অর্থাৎ কোনোমতে বিদ্যুৎ পরিবহন করে। কিছু তাপ দিলে অর্থাৎ গ্লুকন ডি খাওয়ালে এরা কিছুটা হলেও চলতে পারবে। এই অবস্থায় এদেরকে আমরা বলি intrinsic Semiconductor, অর্থাৎ যাদের ইঞ্জেকশন দিয়ে চাঙ্গা করা হয়নি এবং তারা দৌড় প্রতিযোগিতায় হাঁটতে পারে কেবল।

 

কিন্তু এইভাবে হাঁটলে তো রেসে জেতা যাবে না। কাজেই ইঞ্জেকশন দিয়ে চাঙ্গা করতে হবে। কিসের ইঞ্জেকশন? এমন কিছু এর মধ্যে ঢুকিয়ে দিতে হবে যার valence কক্ষে হয় তিনটে অথবা পাঁচটা ইলেক্ট্রন আছে। মানে হয় অ্যালুমিনিয়াম (যার ৩ টি ইলেক্ট্রন ) অথবা ফসফরাস (যার ৫টা ইলেক্ট্রন) এর ইঞ্জেকশন দাও। এই প্রক্রিয়াকে বলা হয় doping , যেমন খেলোয়ারেরা অনেক সময় ইঞ্জেকশন নিয়ে দাপাদাপি করে, ঠিক তেমন।

 

ফসফরাসের যেহেতু পাঁচটা ইলেকট্রন , তাই এই পাঁচটার মধ্যে চারটে ইলেক্ট্রন সিলিকনের চারটে ইলেক্ট্রনের সাথে covalent bond তৈরি করে ভদ্রসভ্য সেজে থাকবে। কিন্তু বাকি একখান ইলেক্ট্রন তো ফাঁকা হয়ে গেল, এবার সে খানিকটা গ্লুকন ডি পেয়ে গেলেই দৌড়তে থাকবে। এই ধরণের Semiconductor কে বলে n-type Semiconductorকেন? কারণ এখানে একটা বাড়তি ইলেক্ট্রন ফাঁকা থাকছে, আর ইলেক্ট্রন মানেই নেগেটিভ চার্জ। তাই এটা হল n-type অর্থাৎ নেগেটিভ টাইপ।

 

অ্যালুমিনিয়ামের যেহেতু বাইরের কক্ষে ৩ টি ইলেক্ট্রন , তাই এই ৩ টে ইলেক্ট্রন সিলিকনের ৩ টি ইলেক্ট্রনের সাথে covalent bond তৈরি তো করবে। কিন্তু অ্যালুমিনিয়ামের তো ৪ টি ইলেক্ট্রন নেই, কাজেই ইলেক্ট্রনের অনুপস্থিতি একটা গর্ত অর্থাৎ hole তৈরি করবে। ইলেক্ট্রনের যেমন নেগেটিভ চার্জ, তেমন এর উল্টো অর্থাৎ hole এর হবে পজিটিভ চার্জ। এই কারণে এর নাম হয়ে যাবে p-type Semiconductor অর্থাৎ পজিটিভ টাইপ। পাতি বাংলায়, এখানে মূলত hole গুলোই বিদ্যুৎ পরিবহন করবে carrier হয়ে।

n-type Semiconductor এর ক্ষেত্রে ইলেক্ট্রন হল majority carriers আর hole হল minority carriersp-type Semiconductor এর ক্ষেত্রে ঠিক উল্টো। অর্থাৎ এখানে hole হল majority carriers আর ইলেক্ট্রন হল minority carriers.