Semiconductors MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Semiconductors - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संप्रत्यय:

• अर्धचालक पर तापमान का प्रभाव चालन बैंड में आवेश वाहकों की संख्या को प्रभावित करता है।
• जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अधिक इलेक्ट्रॉन संयोजकता बैंड से चालन बैंड में कूदने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन सांद्रता (n_e) बढ़ती है।
• चूँकि विद्युत चालकता (σ) n_e के समानुपाती है, इसलिए n_e में वृद्धि से चालकता में वृद्धि होती है, जिससे प्रतिरोध घटता है।

गणना:

σ = n_e e μ

R ∝ 1 / σ

• चालकता सूत्र:
• प्रतिरोध चालकता के व्युत्क्रमानुपाती है:
• चूँकि तापमान के साथ n_e बढ़ता है, σ बढ़ता है, और R घटता है।

विकल्पों की व्याख्या:

• विकल्प 1: गलत। n_e और प्रतिरोध दोनों एक साथ नहीं घटते हैं।
• विकल्प 2: गलत। जबकि n_e बढ़ता है, प्रतिरोध घटता है, बढ़ता नहीं है।
• विकल्प 3 (सही): सही संबंध यह है कि n_e बढ़ता है और प्रतिरोध घटता है।
• विकल्प 4: गलत। n_e में कमी गलत है क्योंकि अर्धचालक को गर्म करने से अधिक इलेक्ट्रॉन चालन में उत्तेजित होते हैं।

सही उत्तर:

सही उत्तर है n_e बढ़ता है, और प्रतिरोध घटता है।

गणना:

दिया गया आंकड़ा एक p-प्रकार के अर्धचालक को दर्शाता है:

जब सिलिकॉन परमाणुओं (संयोजकता = 4) में से एक को एल्यूमीनियम के परमाणु (संयोजकता = 3) से बदल दिया जाता है, तो एल्यूमीनियम परमाणु केवल तीन सिलिकॉन परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन बना सकता है। यह एल्यूमीनियम-सिलिकॉन आबंधों में से एक में एक "लुप्त" इलेक्ट्रॉन (एक होल) बनाता है।

ऊर्जा के एक छोटे से व्यय के साथ, एक इलेक्ट्रॉन को पड़ोसी सिलिकॉन-सिलिकॉन आबंध से इस छिद्र को भरने के लिए फाड़ा जा सकता है, जिससे उस आबंध में भी एक छिद्र बन जाता है। यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि छिद्र जाली के माध्यम से स्थानांतरित नहीं हो जाता।

एल्यूमीनियम परमाणु को एक ग्राही परमाणु के रूप में जाना जाता है क्योंकि यह सिलिकॉन के संयोजकता बैंड में पड़ोसी बंधन से एक इलेक्ट्रॉन को आसानी से स्वीकार करता है।

ग्राही परमाणुओं को जोड़कर, संयोजकता बैंड में छिद्रों की संख्या को काफी बढ़ाना संभव है, जिससे पदार्थ एक p-प्रकार का अर्धचालक बन जाता है।

आकृति में दिखाया गया पदार्थ एक p-प्रकार का अर्धचालक है।

सही उत्तर : विकल्प 2) n-प्रकार के अर्धचालक में बहुसंख्यक वाहक होल होते हैं।

व्याख्या:

1) त्रिसंयोजी अशुद्धि से मिलाया गया शुद्ध सिलिकॉन p-प्रकार का अर्धचालक बनाता है।

2) n-प्रकार के अर्धचालक में बहुसंख्यक वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, होल नहीं।

3) p-प्रकार के अर्धचालक में अल्पसंख्यक वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं।

4) किसी आंतरिक अर्धचालक का प्रतिरोधकता तापमान बढ़ने के साथ घटती है।

n-प्रकार के अर्धचालक में, बहुसंख्यक वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं क्योंकि यह पंचसंयोजी अशुद्धियों से मिलाया जाता है, जो अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं।

इसलिए, कथन "n-प्रकार के अर्धचालक में बहुसंख्यक वाहक होल होते हैं" गलत है।

सही उत्तर - 4.5 × 10³ है। 

Key Points

• पंचसंयोजी परमाणु
  • पंचसंयोजी परमाणु दाता होते हैं जो अर्धचालक में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ जाती है।
• इलेक्ट्रॉन-होल युग्म संबंध
  • अपमिश्रित किए गए अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉन सांद्रता (n) और होल सांद्रता (p) का गुणनफल स्थिर रहता है और नैज वाहक सांद्रता (nᵢ) के वर्ग के बराबर होता है।
  • n * p = nᵢ²
• गणना
  • दिया गया है: nᵢ = 1.5 × 10⁶ m⁻³
  • पंचसंयोजी परमाणुओं की अपमिश्रण सांद्रता = 10⁵ सिलिकॉन परमाणुओं में 1
  • कुल सिलिकॉन परमाणु = 5 × 10⁸ atoms m⁻³
  • दाता सांद्रता (N₅) = (5 × 10⁸) / (10⁵) = 5 × 10³ m⁻³
  • n ≈ N₅ = 5 × 10³ m⁻³
  • p = (nᵢ²) / n = (1.5 × 10⁶)² / (5 × 10³) = 4.5 × 10⁸ m⁻³

Additional Information

• नैज अर्धचालक
  • एक नैज अर्धचालक एक शुद्ध अर्धचालक है जिसमें कोई महत्वपूर्ण अपमिश्रक परमाणु मौजूद नहीं होते हैं।
  • नैज अर्धचालकों में वाहक सांद्रता को nᵢ के रूप में दर्शाया जाता है।
• बाह्य अर्धचालक
  • जब दाताओं के साथ अपमिश्रित किया जाता है, तो अर्धचालक n-प्रकार बन जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ जाती है।
  • जब ग्राही के साथ अपमिश्रित किया जाता है, तो अर्धचालक p-प्रकार बन जाता है, जिससे होल की संख्या बढ़ जाती है।
• अपमिश्रण प्रक्रिया
  • अपमिश्रण में अर्धचालक के विद्युत गुणों को संशोधित करने के लिए अर्धचालक में अशुद्धि परमाणुओं को जोड़ना शामिल है।
  • अपमिश्रक का प्रकार और सांद्रता यह निर्धारित करती है कि अर्धचालक n-प्रकार है या p-प्रकार।

संप्रत्यय:

अर्धचालकों में, डोपिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें आंतरिक अर्धचालकों में अशुद्धियाँ मिलाकर उनके विद्युत गुणों को बदल दिया जाता है। N-प्रकार के अर्धचालक अर्धचालक को उन तत्वों से डोप करके बनाए जाते हैं जिनमें स्वयं अर्धचालक की तुलना में अधिक संयोजकता इलेक्ट्रॉन होते हैं। सिलिकॉन में 4 संयोजकता इलेक्ट्रॉन होते हैं।

व्याख्या:

N-प्रकार का अर्धचालक बनाने के लिए, हमें एक पंचसंयोजक तत्व प्रस्तुत करने की आवश्यकता है, जिसमें 5 संयोजकता इलेक्ट्रॉन हों। दिए गए विकल्पों में से, आर्सेनिक (As) और फॉस्फोरस (P) दोनों में 5 संयोजकता इलेक्ट्रॉन होते हैं और सिलिकॉन क्रिस्टल को अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन दान कर सकते हैं, जिससे यह N-प्रकार का अर्धचालक बन जाता है।

दूसरी ओर, इंडियम (In) और बोरॉन (B) में 3 संयोजकता इलेक्ट्रॉन होते हैं और ये त्रिसंयोजक तत्व हैं। वे आमतौर पर P-प्रकार के अर्धचालक बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं क्योंकि वे इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हैं।

N-प्रकार का अर्धचालक प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जा सकने वाले डोपेंट (A) आर्सेनिक और (C) फॉस्फोरस हैं।

सही विकल्प (1) है।

अवधारणा :

• अर्धचालक: वे पदार्थ जिनकी चालकता चालक और विद्युत रोधक के बीच होती है, अर्धचालक कहलाते हैं।
  • भले ही कार्बन आवर्त सारणी में जर्मेनियम और सिलिकॉन के समान समूह में निहित है, यह शुद्ध या आंतरिक अर्धचालक नहीं है।

व्याख्या :

• जब बाहरी वोल्टेज डायोड के लिए विभव अवरोध के मान से अधिक हो जाता है, तो विभव​ अवरोधों का विरोध दूर हो जाएगा और धारा प्रवाहित होने लगेगी। यह पारंपरिक धारा है।
• जर्मेनियम के लिए विभव अवरोध लगभग 0.3 वोल्ट और सिलिकॉन के लिए 0.7 वोल्ट है जबकि कार्बन के लिए यह 7eV है।
• कार्बन को एक अर्धचालक बनाने के लिए, जिसमें कम वर्जित ऊर्जा अंतराल (Si और Ge) है, यह बहुत अधिक है।
• यही कारण है कि कार्बन अर्धचालक नहीं है।
• तो सही उत्तर विकल्प 1 है।

Additional Information 

• संयोजी इलेक्ट्रॉन तत्व की विद्युतीय चालकता के लिए जिम्मेदार है
• दिए गए परमाणु के लिए बाह्यतम आवरण संयोजी आवरण कहलाता है
• परमाणु के संयोजी आवरण में आठ इलेक्ट्रॉन तक शामिल हो सकते हैं
• परमाणु की चालकता इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर निर्भर करती है जो संयोजी आवरण में होते हैं

महत्वपूर्ण:

विद्युत चालकता के आधार पर तत्वों को तीन समूहों में विभाजित किया गया है:

चालक:

सभी धात्विक पदार्थ विद्युत के अच्छे चालक होते हैं; इसमें इसके बाह्यतम आवरण में 4 से कम इलेक्ट्रॉन होते हैं जिसका अर्थ है कि इसमें चार से कम संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं।

अर्धचालक:

अर्धचालक वे पदार्थ होते हैं जिनमें चालक (आमतौर पर धातु) और गैर-चालक या अवरोधक के बीच चालकता होती है । इसके बाह्यतम आवरण में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं।

अवरोधक:

अवधारणा:

• जो सामग्री अच्छी चालक या अच्छी विद्युत रोधी नहीं होती है, उसे अर्धचालक कहा जाता है।
• उदाहरण के लिए सिलिकॉन
• अन्य कणों की तुलना में अर्धचालक में अधिक मात्रा में मौजूद आवेश वाहक को बहुसंख्यक आवेश वाहक कहा जाता है।
• बाह्य अर्धचालक दो प्रकार के होते हैं
  • ​N-प्रकार अर्धचालक
  • P-प्रकार अर्धचालक

व्याख्या:

• एक n-प्रकार अर्धचालक में, V समूह से पंच संयोजी अशुद्धता, शुद्ध अर्धचालक में मिलाई जाती है।
• इलेक्ट्रॉन n-प्रकार अर्धचालक में अधिकांश आवेश वाहक हैं।
•  इसलिए, विकल्प 4 सही है।

अवधारणा:

• आईसी चिप: एक एकीकृत परिपथ, या आईसी, एक छोटी चिप है जो एम्पलीफायर, दोलित्रों, घड़ी, माइक्रोप्रोसेसर, या यहां तक कि कंप्यूटर मेमोरी के रूप में कार्य कर सकती है।
  • एक आईसी, जो आमतौर पर सिलिकॉन से बना होता है, एक छोटा वेफर होता है, जो सैकड़ों से लेकर लाखों ट्रांजिस्टरों, प्रतिरोधों और संधारित्रों को कहीं भी रख सकता है।
  • आईसी के लिए असली "खाद्य" अर्धचालक वेफर्स, तांबा और अन्य सामग्रियों की एक जटिल परत होती है, जो एक परिपथ में ट्रांजिस्टरों, प्रतिरोधों या अन्य घटकों को बनाने के लिए अन्तर्संबद्ध होती है।
  • इन वेफर्स के कट और गठित संयोजन को डाई कहा जाता है।
  • तत्वों के कार्बन परिवार में एक अधातु रासायनिक तत्व सिलिकॉन कंप्यूटर चिपों, ट्रांजिस्टर, सिलिकॉन डायोड और अन्य इलेक्ट्रॉनिक परिपथ और स्विचिंग डिवाइस बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली मूल सामग्री है क्योंकि इसकी परमाणु संरचना तत्व को एक आदर्श अर्धचालक बनाती है।

  • सिलिकॉन एक अत्यधिक शुद्ध, उपयोग में आसान और सुलभ अर्धचालक है, जो अब विशाल कंप्यूटर चिप उद्योग के लिए एकदम सही है।

  • कंप्यूटरों में उपयोग की जाने वाली एकीकृत परिपथ (आईसी) चिपें सिलिकॉन से बनाई जाती हैं।

व्याख्या: 

• उपरोक्त स्पष्टीकरण से, यह स्पष्ट है कि कंप्यूटरों में उपयोग की जाने वाली एकीकृत सर्किट (आईसी) चिपें सिलिकॉन के साथ बनाई गयी हैं।
• सिलिकॉन का उपयोग किया जाता है क्योंकि इसे या तो एक विद्युतरोधी (विद्दयुत प्रवाह करने की अनुमति नहीं देता है) या अर्धचालक (बिजली के एक छोटे प्रवाह की अनुमति देता है) के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। ये चिपें बनाने के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, यह बहुत सुलभ है।

सही हल विकल्प 4 है।

अवधारणा:

• जो पदार्थ एक अच्छा चालक या एक अच्छा अवरोधक नहीं होता, उसे अर्धचालक कहा जाता है।
• उदाहरण के लिए: सिलिकॉन, जर्मेनियम आदि

• जोड़े गए अशुद्धता परमाणुओं को अपमिश्रक कहा जाता है और अशुद्धता परमाणुओं के साथ अपमिश्रित अर्धचालकों को बाह्य या अपमिश्रित अर्धचालक कहा जाता है।
• अर्धचालक के शुद्ध रूप को आंतरिक अर्धचालक कहा जाता है।
• वे बिना किसी अशुद्धता के केवल एक ही सामग्री से बने होते हैं। इसे गैर-अपमिश्रित या i-प्रकार के अर्धचालक भी कहा जाता है। 
• सिलिकॉन और जर्मेनियम आंतरिक अर्धचालक के उदाहरण हैं।

व्याख्या

• आंतरिक अर्धचालक, अर्धचालक का शुद्ध रूप है। इसमें कोई अपमिश्रण मौजूद नहीं होता है।
• जबकि बाह्य अर्धचालक वह होता है जिसमें एक निश्चित मात्रा में अशुद्धियों को अर्धचालक में जोड़ा जाता है और इस तरह की अशुद्धता की वजह से अर्धचालक की चालकता बढ़ जाती है
• इसलिए विकल्प 1 सभी के बीच सही है

अवधारणा:

• जो पदार्थ एक अच्छा चालक या एक अच्छा अवरोधक नहीं होता, उसे अर्धचालक कहा जाता है।
• उदाहरण के लिए: सिलिकॉन, जर्मेनियम आदि

• जोड़े गए अशुद्धता परमाणुओं को अपमिश्रक कहा जाता है और अशुद्धता परमाणुओं के साथ अपमिश्रित अर्धचालकों को बाह्य या अपमिश्रित अर्धचालक कहा जाता है।
• अर्धचालक के शुद्ध रूप को आंतरिक अर्धचालक कहा जाता है।
• वे बिना किसी अशुद्धता के केवल एक ही सामग्री से बने होते हैं। इसे गैर-अपमिश्रित या i-प्रकार के अर्धचालक भी कहा जाता है। 
• सिलिकॉन और जर्मेनियम आंतरिक अर्धचालक के उदाहरण हैं।

व्याख्या

• आंतरिक अर्धचालक, अर्धचालक का शुद्ध रूप है। इसमें कोई अपमिश्रण मौजूद नहीं होता है। तो विकल्प 1 सही है।
• आंतरिक अर्धचालक में अपमिश्रण के बाद हमें बाहरी अर्धचालक मिला। तो विकल्प 2 गलत है।

सही उत्तर विकल्प 4 है) अर्थात 0 K

अवधारणा:

• नैज अर्धचालक: एक नैज अर्धचालक एक शुद्ध अर्धचालक होता है जिसमें कोई अपमिश्रक प्रजाति मौजूद नहीं होती है।
  • चूँकि इसमें कोई अशुद्धियाँ नहीं हैं, एक नैज अर्धचालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या होल की संख्या के बराबर होती है।
• ऊर्जा बैंड गैप: यह सामग्री के संयोजक बैंड और चालन बैंड के बीच की दूरी है।
  • चालन बैंड में इलेक्ट्रॉन धारा के लिए जिम्मेदार होते हैं।
  • संयोजक बैंड और चालन बैंड के बीच का अंतर संयोजक बैंड में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा चालन बैंड में कूदने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है।

व्याख्या:

• एक आंतरिक अर्धचालक में, चालन तभी होता है जब संयोजक बैंड में इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में जा सकते हैं।
• संयोजक बैंड और चालन बैंड के बीच ऊर्जा अंतराल को पार करने के लिए, इलेक्ट्रॉनों को कुछ मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होगी।
• इसलिए, उच्च तापमान पर, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करेंगे और चालन बैंड में कूद जाएंगे।
• 0 K को निरपेक्ष शून्य भी कहा जाता है। यह वह तापमान है जिस पर किसी पदार्थ के कण गतिहीन होते हैं।
• 0 K पर, इलेक्ट्रॉनों में चालन बैंड में जाने की ऊर्जा नहीं होगी।
•  इस प्रकार, नैज अर्धचालकों में 0 K पर कोई चालकता नहीं होती है और यह एक विद्युत रोधी के रूप में व्यवहार करता है।

अवधारणा :

• अर्धचालक: एक ठोस पदार्थ जिसमें एक अवरोधक और धातुओं के बीच चालकता होती है।
  • अर्धचालकों में कई कारकों  जैसे अशुद्धता या तापमान प्रभाव के कारण चालकता होती है।
• N-प्रकार अर्धचालक :एक बाह्य अर्धचालक जहां डोपेंट परमाणु सिलिकॉन Si में फॉस्फोरस P जैसे मेजबान पदार्थ को अतिरिक्त चालन इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं। 
• यह ऋणात्मक (n-प्रकार) इलेक्ट्रॉन आवेश वाहकों की अधिकता बनाता है जो स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने में सक्षम हैं।

• P -प्रकार अर्धचालक: एक अर्धचालक, जब शुद्ध अर्धचालकों में त्रिसंयोजकता वाली अशुद्धि मिला दी जाती है, तो इसे P -प्रकार अर्धचालक के रूप में जाना जाता है।
  • बोरान (B), गैलियम (G), इंडियम (In), एल्युमिनियम (Al), आदि जैसी त्रिसंयोजी अशुद्धियों को स्वीकर्ता अशुद्धता कहा जाता है।

व्याख्या :

• P -प्रकार और N-प्रकार सामग्री धनात्मक और ऋणात्मक आवेश नहीं हैं।
  • क्योंकि परमाणु विद्युत रूप से उदासीन होते हैं।

• ​N-प्रकार की सामग्री में इलेक्ट्रॉन या ऋणात्मक आवेश होते हैं जो बहुसंख्यक वाहक होते हैं और छिद्र अल्पसंख्यक वाहक होते हैं।
• तो इसमें मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन या ऋणात्मक आवेश वाहक होते हैं जो स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकते हैं, लेकिन यह अभी भी तटस्थ है क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को दान करने वाले निश्चित दाता परमाणु धनात्मक हैं।
• इस प्रकार हम कह सकते हैं कि n-प्रकार का अर्धचालक उदासीन होता है ।
• अतः विकल्प 2 सही है।

अवधारणा:

• प्राथमिक रंग ऐसे होते हैं जिनके उचित अनुपात में की मदद से जो किसी भी रंग को बनाया जा सकता है।
• वर्णक्रमीय रंग अर्थात् नीला, लाल और हरा प्राथमिक रंग हैं।
• द्वितीयक रंग जैसे पीला, मैजेंटा आदि दो प्राथमिक रंगों को सही अनुपात में मिलाकर उत्पादित किया जा सकता है।
• जब कोई भी दो रंगों को मिलाने पर वे सफेद रोशनी पैदा करते हैं तो उन्हें  पूरक रंग के रूप में जाना जाता है।

व्याख्या:

• टीवी में, तीन मोनोक्रोम छवियों को प्रसारित करके एक रंगीन प्रसारण बनाया जाता है, प्रत्येक लाल, हरे और नीले (RGB) रंगों में से प्रत्येक एक। इसलिए विकल्प 3 सही है।
• इन तीन प्राथमिक रंगीन छवियों का उपयोग अन्य सभी रंगों को बनाने के लिए किया जाता है

अवधारणा:

फर्मी स्तर:

• नैज/आंतर अर्धचालक में फर्मी-स्तर चालकता और संयोजकता बैंड के बीच लगभग मध्य होता है।
• फर्मी स्तर निरपेक्ष शून्य तापमान पर एक पदार्थ में इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा कर ली गई उच्चतम ऊर्जा अवस्था है।

• एक जंक्शन पर आवेश वाहकों का प्रसार उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से निम्न सांद्रता वाले क्षेत्र तक होता है।
• p-क्षेत्र में n-क्षेत्र की तुलना में होल की सांद्रता अधिक है।
• शून्य बायस जंक्शन को अनबायस p-n जंक्शन भी कहा जाता है।
• जब एक डायोड एक शून्य बायस स्थिति में जुड़ा होता है, तो PN जंक्शन पर कोई बाहरी संभावित ऊर्जा लागू नहीं होती है।

स्पष्टीकरण:

• पी-टाइप के लिए फर्मी स्तर संयोजकता बैंड के पास स्थित है।
• जैसे-जैसे तापमान शून्य डिग्री से ऊपर बढ़ता है, चालन बैंड और संयोजकता बैंड में बाह्य वाहक बढ़ते हैं।
• चूँकि आंतर सांद्रता भी तापमान पर निर्भर करती है,  ni भी बढ़ जाती है। लेकिन तापमान के छोटे मानों के लिए, आंतर सांद्रता की तुलना में बाह्य सांद्रता हावी रहती है।
• जैसे-जैसे तापमान में वृद्धि जारी रहती है, अर्धचालक अपनी बाह्य गुणों का ह्रास करना शुरू कर देता है और आंतर हो जाता है, क्योंकि ni बाह्य सांद्रता के तुलनीय हो जाता है।

तापमान बढ़ने से p टाइप अर्धचालक सरल अर्धचालक बन जाता है।

अतः, वर्जित ऊर्जा अंतराल में फर्मी स्तर मध्य में वापस आ जाता है।