NCERT Textbook - अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिकी – पदार्थ, युक्तियाँ तथा सरल परिपथ

 Page 1


14.1  Hkwfedk
,slh ;qfDr;k¡ ftuesa bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tk losQ] lHkh bysDVªkWfud ifjiFkksa
dh ewyHkwr jpuk [kaM gksrh gSaA lu~ 1948 esa VªkaftLVj dh [kkst ls igys ,slh ;qfDr;k¡
vfèkdka'kr% fuokZr ufydk,¡ (;k okYo) Fkha] tSls fuokZr Mk;ksM ftlesa nks bysDVªksM_  ,uksM
(IysV) rFkk oSQFkksM gksrs gSa_ Vªk;ksM ftlesa rhu bysDVªksMµoSQFkksM] IysV rFkk fxzM gksrs gSa_ VsVªksM
rFkk isaVksM (Øe'k% 4 rFkk 5 bysDVªksMksa osQ lkFk)A fdlh fuokZr ufydk esa bysDVªkWuksa dh vkiwfrZ
,d rIr oSQFkksM }kjk dh tkrh gS rFkk blosQ fofHkUu bysDVªksMksa osQ chp oksYVrk dks ifjofrZr
djosQ fuokZr esa bu bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tkrk gSA varjk&bysDVªksMh LFkku
(inter-electrode space) esa bysDVªkWuksa osQ izokg osQ fy, fuokZr vko';d gksrk gS] vU;Fkk
xfreku bysDVªkWu vius iFk esa ok;q osQ v.kqvksa ls Vdjkdj viuh mQtkZ [kks ldrs gSaA bu ;qfDr;ksa
esa bysDVªkWu osQoy oSQFkksM ls ,uksM dh vksj izokfgr dj ldrs gSa (vFkkZr bysDVªkWu osQoy ,d
gh fn'kk esa izokfgr gks ldrs gSa)A ;gh dkj.k gS fd ,slh ;qfDr;ksa dks lk/kj.kr;k okYo dgrs
gSaA fuokZr ufydkvksa ls cuh ;qfDr;k¡ vkdkj esa cM+h gksrh gaS] vf/d 'kfDr dk miHkksx djrh
gSa rFkk izpkyu esa lkekU;r% mPp oksYVrk (~100 V) dh vko';drk gksrh gSA blosQ lkFk gh
budk thoudky vis{kko`Qr de rFkk fo'oluh;rk Hkh de gksrh gSA vkèkqfud Bksl&voLFkk
vèkZpkyd bysDVªkWfudh (Solid State semi-conductor electronics) dk izknqHkkZo lu~
1930 esa bl vkHkkl ls fd;k x;k fd oqQN Bksl voLFkk vèkZpkyd rFkk mudh lafèk;ksa esa
;g laHkkouk gksrh gS fd muesa vkos'k okgdksa dh la[;k rFkk muosQ izokg dh fn'kk dks fu;af=kr
fd;k tk ldrk gSA izdk'k] mQ"ek rFkk vYi vuqiz;qDr oksYVrk tSls mÙkstd fdlh v/Zpkyd
vè;k; 14
v/Zpkyd bysDVªkWfudh&
inkFkZ] ;qfDr;k¡ rFkk
ljy ifjiFk
2020-21
Page 2


14.1  Hkwfedk
,slh ;qfDr;k¡ ftuesa bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tk losQ] lHkh bysDVªkWfud ifjiFkksa
dh ewyHkwr jpuk [kaM gksrh gSaA lu~ 1948 esa VªkaftLVj dh [kkst ls igys ,slh ;qfDr;k¡
vfèkdka'kr% fuokZr ufydk,¡ (;k okYo) Fkha] tSls fuokZr Mk;ksM ftlesa nks bysDVªksM_  ,uksM
(IysV) rFkk oSQFkksM gksrs gSa_ Vªk;ksM ftlesa rhu bysDVªksMµoSQFkksM] IysV rFkk fxzM gksrs gSa_ VsVªksM
rFkk isaVksM (Øe'k% 4 rFkk 5 bysDVªksMksa osQ lkFk)A fdlh fuokZr ufydk esa bysDVªkWuksa dh vkiwfrZ
,d rIr oSQFkksM }kjk dh tkrh gS rFkk blosQ fofHkUu bysDVªksMksa osQ chp oksYVrk dks ifjofrZr
djosQ fuokZr esa bu bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tkrk gSA varjk&bysDVªksMh LFkku
(inter-electrode space) esa bysDVªkWuksa osQ izokg osQ fy, fuokZr vko';d gksrk gS] vU;Fkk
xfreku bysDVªkWu vius iFk esa ok;q osQ v.kqvksa ls Vdjkdj viuh mQtkZ [kks ldrs gSaA bu ;qfDr;ksa
esa bysDVªkWu osQoy oSQFkksM ls ,uksM dh vksj izokfgr dj ldrs gSa (vFkkZr bysDVªkWu osQoy ,d
gh fn'kk esa izokfgr gks ldrs gSa)A ;gh dkj.k gS fd ,slh ;qfDr;ksa dks lk/kj.kr;k okYo dgrs
gSaA fuokZr ufydkvksa ls cuh ;qfDr;k¡ vkdkj esa cM+h gksrh gaS] vf/d 'kfDr dk miHkksx djrh
gSa rFkk izpkyu esa lkekU;r% mPp oksYVrk (~100 V) dh vko';drk gksrh gSA blosQ lkFk gh
budk thoudky vis{kko`Qr de rFkk fo'oluh;rk Hkh de gksrh gSA vkèkqfud Bksl&voLFkk
vèkZpkyd bysDVªkWfudh (Solid State semi-conductor electronics) dk izknqHkkZo lu~
1930 esa bl vkHkkl ls fd;k x;k fd oqQN Bksl voLFkk vèkZpkyd rFkk mudh lafèk;ksa esa
;g laHkkouk gksrh gS fd muesa vkos'k okgdksa dh la[;k rFkk muosQ izokg dh fn'kk dks fu;af=kr
fd;k tk ldrk gSA izdk'k] mQ"ek rFkk vYi vuqiz;qDr oksYVrk tSls mÙkstd fdlh v/Zpkyd
vè;k; 14
v/Zpkyd bysDVªkWfudh&
inkFkZ] ;qfDr;k¡ rFkk
ljy ifjiFk
2020-21
470
HkkSfrdh
esa xfreku vkos'kksa dh la[;k ifjo£rr dj ldrs gSaA è;ku nsus ;ksX; ckr ;g gS fd v/Zpkyd
;qfDr;ksa esa vkos'k okgdksa dh vkiw£r rFkk izokg Lo;a Bksl osQ Hkhrj gh gksrk gS] tcfd igys
iz;ksx gksus okyh fuokZr ufydkvksa@okYoksa esa xfreku bysDVªkWuksa dks rIr oSQFkksM ls izkIr fd;k tkrk
Fkk rFkk fuokZfrr LFkkuksa vFkok fuokZr esa izokfgr djk;k tkrk FkkA v/Zpkyd ;qfDr;ksa esa ckgjh
rkiu vFkok vf/d fuokZfrr LFkku dh vko';drk ugha gksrh gSA ;g vkdkj esa NksVh gksrh gSa]
de 'kfDr dk miHkksx djrh gSa] de oksYVrk ij dke djrh gSa] budk thou yack gksrk gS vkSj
budh fo'oluh;rk vPNh gksrh gSA vk/qfud ;qfDr;ksa esa rks fuokZfrr ufydkvksa osQ fl¼kar ij
dk;Z djus okyh oSQFkksM fdj.k V~;wcksa (CRT) ftudk mi;ksx Vsyhfo”ku lsVksa rFkk oaQI;wVj
ekWuhVjksa esa fd;k tkrk gS] BkslkoLFkk bysDVªkWfudh (Solid State electrons) ifjiFkksa osQ lkFk
layXu fyDoM fØLVy fMlIys (LCD, nzo fØLVy izn'kZ) ekWuhVjksa }kjk izfrLFkkfir dh tk
jgh gSaA vèkZpkyd ;qfDr;ksa dks vkSipkfjd :i ls le>s tkus ls Hkh cgqr igys izo`Qfr esa ik,
tkus okys xSysuk (ySM lYiQkbM PbS) osQ ,d fØLVy ftlosQ lkFk /krq dk ,d laioZQ ¯cnq
la;ksftr Fkk] dk mi;ksx jsfM;ks rjaxksa osQ lalwpd osQ :i esa fd;k tk pqdk FkkA
fuEufyf[kr vuqHkkxksa esa ge v/Zpkyd HkkSfrdh dh oqQN ewy vo/kj.kkvksa ls ifjp;
djk,¡xs rFkk laf/ Mk;ksM (Junction diode) (2-bysDVªksMksa dh ;qfDr) rFkk f}/qzoh; laf/
(Bipolar junction) VªkaftLVj (3-bysDVªksMksa dh ;qfDr) tSlh oqQN v/Zpkyd ;qfDr;ksa dh
ppkZ djsaxsA bu ;qfDr;ksa osQ vuqiz;ksxksa dks n'kkZus okys oqQN ifjiFkksa dk o.kZu Hkh djasxsA
14.2 /krqvksa] pkydksa rFkk v/Zpkydksa dk oxhZdj.k
pkydrk osQ vk/kj ij
fo|qr pkydrk (s) vFkok izfrjksèkdrk (? = 1/s) osQ lkis{k eku osQ vkèkkj ij Bksl inkFkks± dk
fuEu izdkj ls oxhZdj.k fd;k tkrk gS %
(i) èkkrq % budh izfrjksèkdrk cgqr de (vFkok pkydrk cgqr vfèkd) gksrh gSA
? ~ 10
–2
 – 10
–8
 O m
s ~ 10
2
 – 10
8
 S m
–1
(ii) vèkZpkyd % budh izfrjksèkdrk ;k pkydrk èkkrqvksa rFkk fo|qrjksèkh inkFkks± osQ chp dh
gksrh gSA
? ~ 10
–5
 – 10
6
 O m
s ~ 10
5
 – 10
–6
 S m
–1
(iii) fo|qrjksèkh % budh izfrjksèkdrk cgqr vfèkd (vFkok pkydrk cgqr de) gksrh gSA
? ~ 10
11
 – 10
19
 O m
s ~ 10
–11
 – 10
–19
 S m
–1
Åij fn, x, ? rFkk s osQ eku osQoy dksfV eku osQ lwpd gSa vkSj fn, x, ifjlj osQ ckgj
Hkh tk ldrs gSaA èkkrq] fo|qrjksèkh inkFkZ rFkk vèkZpkydksa osQ chp Hksn djus osQ fy, izfrjksèkdrk
dk lkis{k eku gh ek=k ,d ekinaM ugha gSA oqQN nwljs varj Hkh gSa] tks tSls&tSls ge bl vè;k;
esa vkxs c<+saxs] Li"V gksrs tk,¡xsA
bl vè;k; esa gekjh #fp vèkZpkydksa osQ vè;;u esa gS tks dbZ izdkj osQ gks ldrs gSaA
(i) rkfRod v/Zpkyd (Elemental semiconductors) & Si vkSj Ge
(ii) ;kSfxd v/Zpkyd & mnkgj.k gSa %
• vdkcZfud & CdS, GaAs, CdSe, InP, vkfnA
• dkcZfud & ,aFkzklhu] ekfnr (Doped) FkSyksL;kuhl] vkfnA
• dkcZfud cgqyd (Organic polymers) & ikWyhikbjksy] ikWyh,sfuyhu] ikWyhFkk;ksI
+
kQhu
vkfnA
2020-21
Page 3


14.1  Hkwfedk
,slh ;qfDr;k¡ ftuesa bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tk losQ] lHkh bysDVªkWfud ifjiFkksa
dh ewyHkwr jpuk [kaM gksrh gSaA lu~ 1948 esa VªkaftLVj dh [kkst ls igys ,slh ;qfDr;k¡
vfèkdka'kr% fuokZr ufydk,¡ (;k okYo) Fkha] tSls fuokZr Mk;ksM ftlesa nks bysDVªksM_  ,uksM
(IysV) rFkk oSQFkksM gksrs gSa_ Vªk;ksM ftlesa rhu bysDVªksMµoSQFkksM] IysV rFkk fxzM gksrs gSa_ VsVªksM
rFkk isaVksM (Øe'k% 4 rFkk 5 bysDVªksMksa osQ lkFk)A fdlh fuokZr ufydk esa bysDVªkWuksa dh vkiwfrZ
,d rIr oSQFkksM }kjk dh tkrh gS rFkk blosQ fofHkUu bysDVªksMksa osQ chp oksYVrk dks ifjofrZr
djosQ fuokZr esa bu bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tkrk gSA varjk&bysDVªksMh LFkku
(inter-electrode space) esa bysDVªkWuksa osQ izokg osQ fy, fuokZr vko';d gksrk gS] vU;Fkk
xfreku bysDVªkWu vius iFk esa ok;q osQ v.kqvksa ls Vdjkdj viuh mQtkZ [kks ldrs gSaA bu ;qfDr;ksa
esa bysDVªkWu osQoy oSQFkksM ls ,uksM dh vksj izokfgr dj ldrs gSa (vFkkZr bysDVªkWu osQoy ,d
gh fn'kk esa izokfgr gks ldrs gSa)A ;gh dkj.k gS fd ,slh ;qfDr;ksa dks lk/kj.kr;k okYo dgrs
gSaA fuokZr ufydkvksa ls cuh ;qfDr;k¡ vkdkj esa cM+h gksrh gaS] vf/d 'kfDr dk miHkksx djrh
gSa rFkk izpkyu esa lkekU;r% mPp oksYVrk (~100 V) dh vko';drk gksrh gSA blosQ lkFk gh
budk thoudky vis{kko`Qr de rFkk fo'oluh;rk Hkh de gksrh gSA vkèkqfud Bksl&voLFkk
vèkZpkyd bysDVªkWfudh (Solid State semi-conductor electronics) dk izknqHkkZo lu~
1930 esa bl vkHkkl ls fd;k x;k fd oqQN Bksl voLFkk vèkZpkyd rFkk mudh lafèk;ksa esa
;g laHkkouk gksrh gS fd muesa vkos'k okgdksa dh la[;k rFkk muosQ izokg dh fn'kk dks fu;af=kr
fd;k tk ldrk gSA izdk'k] mQ"ek rFkk vYi vuqiz;qDr oksYVrk tSls mÙkstd fdlh v/Zpkyd
vè;k; 14
v/Zpkyd bysDVªkWfudh&
inkFkZ] ;qfDr;k¡ rFkk
ljy ifjiFk
2020-21
470
HkkSfrdh
esa xfreku vkos'kksa dh la[;k ifjo£rr dj ldrs gSaA è;ku nsus ;ksX; ckr ;g gS fd v/Zpkyd
;qfDr;ksa esa vkos'k okgdksa dh vkiw£r rFkk izokg Lo;a Bksl osQ Hkhrj gh gksrk gS] tcfd igys
iz;ksx gksus okyh fuokZr ufydkvksa@okYoksa esa xfreku bysDVªkWuksa dks rIr oSQFkksM ls izkIr fd;k tkrk
Fkk rFkk fuokZfrr LFkkuksa vFkok fuokZr esa izokfgr djk;k tkrk FkkA v/Zpkyd ;qfDr;ksa esa ckgjh
rkiu vFkok vf/d fuokZfrr LFkku dh vko';drk ugha gksrh gSA ;g vkdkj esa NksVh gksrh gSa]
de 'kfDr dk miHkksx djrh gSa] de oksYVrk ij dke djrh gSa] budk thou yack gksrk gS vkSj
budh fo'oluh;rk vPNh gksrh gSA vk/qfud ;qfDr;ksa esa rks fuokZfrr ufydkvksa osQ fl¼kar ij
dk;Z djus okyh oSQFkksM fdj.k V~;wcksa (CRT) ftudk mi;ksx Vsyhfo”ku lsVksa rFkk oaQI;wVj
ekWuhVjksa esa fd;k tkrk gS] BkslkoLFkk bysDVªkWfudh (Solid State electrons) ifjiFkksa osQ lkFk
layXu fyDoM fØLVy fMlIys (LCD, nzo fØLVy izn'kZ) ekWuhVjksa }kjk izfrLFkkfir dh tk
jgh gSaA vèkZpkyd ;qfDr;ksa dks vkSipkfjd :i ls le>s tkus ls Hkh cgqr igys izo`Qfr esa ik,
tkus okys xSysuk (ySM lYiQkbM PbS) osQ ,d fØLVy ftlosQ lkFk /krq dk ,d laioZQ ¯cnq
la;ksftr Fkk] dk mi;ksx jsfM;ks rjaxksa osQ lalwpd osQ :i esa fd;k tk pqdk FkkA
fuEufyf[kr vuqHkkxksa esa ge v/Zpkyd HkkSfrdh dh oqQN ewy vo/kj.kkvksa ls ifjp;
djk,¡xs rFkk laf/ Mk;ksM (Junction diode) (2-bysDVªksMksa dh ;qfDr) rFkk f}/qzoh; laf/
(Bipolar junction) VªkaftLVj (3-bysDVªksMksa dh ;qfDr) tSlh oqQN v/Zpkyd ;qfDr;ksa dh
ppkZ djsaxsA bu ;qfDr;ksa osQ vuqiz;ksxksa dks n'kkZus okys oqQN ifjiFkksa dk o.kZu Hkh djasxsA
14.2 /krqvksa] pkydksa rFkk v/Zpkydksa dk oxhZdj.k
pkydrk osQ vk/kj ij
fo|qr pkydrk (s) vFkok izfrjksèkdrk (? = 1/s) osQ lkis{k eku osQ vkèkkj ij Bksl inkFkks± dk
fuEu izdkj ls oxhZdj.k fd;k tkrk gS %
(i) èkkrq % budh izfrjksèkdrk cgqr de (vFkok pkydrk cgqr vfèkd) gksrh gSA
? ~ 10
–2
 – 10
–8
 O m
s ~ 10
2
 – 10
8
 S m
–1
(ii) vèkZpkyd % budh izfrjksèkdrk ;k pkydrk èkkrqvksa rFkk fo|qrjksèkh inkFkks± osQ chp dh
gksrh gSA
? ~ 10
–5
 – 10
6
 O m
s ~ 10
5
 – 10
–6
 S m
–1
(iii) fo|qrjksèkh % budh izfrjksèkdrk cgqr vfèkd (vFkok pkydrk cgqr de) gksrh gSA
? ~ 10
11
 – 10
19
 O m
s ~ 10
–11
 – 10
–19
 S m
–1
Åij fn, x, ? rFkk s osQ eku osQoy dksfV eku osQ lwpd gSa vkSj fn, x, ifjlj osQ ckgj
Hkh tk ldrs gSaA èkkrq] fo|qrjksèkh inkFkZ rFkk vèkZpkydksa osQ chp Hksn djus osQ fy, izfrjksèkdrk
dk lkis{k eku gh ek=k ,d ekinaM ugha gSA oqQN nwljs varj Hkh gSa] tks tSls&tSls ge bl vè;k;
esa vkxs c<+saxs] Li"V gksrs tk,¡xsA
bl vè;k; esa gekjh #fp vèkZpkydksa osQ vè;;u esa gS tks dbZ izdkj osQ gks ldrs gSaA
(i) rkfRod v/Zpkyd (Elemental semiconductors) & Si vkSj Ge
(ii) ;kSfxd v/Zpkyd & mnkgj.k gSa %
• vdkcZfud & CdS, GaAs, CdSe, InP, vkfnA
• dkcZfud & ,aFkzklhu] ekfnr (Doped) FkSyksL;kuhl] vkfnA
• dkcZfud cgqyd (Organic polymers) & ikWyhikbjksy] ikWyh,sfuyhu] ikWyhFkk;ksI
+
kQhu
vkfnA
2020-21
471
v/Zpkyd bysDVªkWfudh & inkFkZ]
;qfDr;k¡ rFkk ljy ifjiFk
vktdy miyC/ vfèkdka'k vèkZpkyd ;qfDr;k¡ rkfRod vèkZpkyd Si ;k Ge vkSj ;kSfxd
vdkcZfud vèkZpkydksa ij gh vkèkkfjr gSaA ijarq lu~ 1990 osQ ckn dkcZfud vèkZpkyd vkSj
vèkZpkydh cgqydksa dk mi;ksx djosQ oqQN vèkZpkydh ;qfDr;ksa dk fodkl gqvk ftlls Hkfo";
osQ fy, cgqyd bysDVªkWfudh rFkk vkf.od bysDVªkWfudh dh izkS|ksfxdh osQ izknqHkkZo osQ laosQr
feyrs gSaA bl vè;k; esa ge osQoy vdkcZfud vèkZpkyd] fo'ks"kdj rkfRod v/Zpkydksa Si
rFkk Ge osQ vè;;u rd gh lhfer jgsaxsA rkfRod v/Zpkydksa dh foospuk osQ fy, ;gk¡ ftu
lkekU; vo/kj.kkvksa dks izLrkfor fd;k x;k gS os fdlh&u&fdlh :i esa vf/dka'k ;kSfxd
vèkZpkydksa ij ykxw gksrh gSaA
ÅtkZ cSaM osQ vk/kj ij
cksj ijek.kq ekWMy osQ vuqlkj fdlh fo;qDr ijek.kq esa mlosQ fdlh bysDVªkWu dh ÅtkZ ml
bysDVªkWu dh ifjHkze.k d{kk ij fuHkZj djrh gSA ijarq tc ijek.kq ,d&nwljs osQ fudV vkdj dksbZ
Bksl cuk ysrs gaS rks os ,d&nwljs osQ vR;f/d fudV gks tkrs gSaA vr% fudVLFk ijek.kqvksa osQ
bysDVªkWuksa dh cká d{kk,¡ vR;f/d ikl&ikl vk tkrh gSa vkSj ;gk¡ rd fd ,d&nwljs dks <d
ysrh gSaA blosQ ifj.kkeLo:i fdlh Bksl esa bysDVªkWu dh xfr dh izo`Qfr fdlh fo;qDr ijek.kq
osQ bysDVªkWu dh xfr ls vR;f/d fHkUu gks tkrh gSA
fdlh fØLVy osQ Hkhrj izR;sd bysDVªkWu dh viuh vf}rh; fLFkfr gksrh gS rFkk fdUgha nks
bysDVªkWuksa osQ pkjksa vksj osQ vkos'kksa dk iSVuZ ;FkkFkZ :i esa ,d tSlk ugha gksrkA ;gh dkj.k gS
fd izR;sd bysDVªkWu osQ ÅtkZ Lrj fHkUu gksrs gSaA ;s fHkUu ÅtkZ Lrj ftuesa ÅtkZ dk larr ifjorZu
gksrk jgrk gS ÅtkZ cSaMksa dk fuekZ.k djrs gSaA og ÅtkZ Lrj ftlesa la;kstdrk bysDVªkWuksa osQ ÅtkZ
Lrj lekfo"V gSa] la;kstdrk cSaM (Valance band) dgykrk gSA la;kstdrk cSaM osQ Åij fLFkr
cSaM dks pkyu cSaM (Conduction band) dgrs gSaA fcuk fdlh vfrfjDr ÅtkZ osQ] lHkh
la;kstdrk bysDVªkWu la;kstdrk cSaM esa jgrs gSaA ;fn pkyu cSaM esa fuEure Lrj pkyu cSaM osQ
mPpre Lrj ls Hkh uhps gS rks la;kstdrk cSaM osQ bysDVªkWu vklkuh ls pkyu cSaM esa xeu dj
ldrs gSaA lkekU;r% pkyu cSaM fjDr gksrk gSA ijarq tc ;g cSaM la;kstdrk cSaM dks vfrO;kfir
(<drk) djrk gS rks bysDVªkWu Lora=krkiwoZd blosQ Hkhrj tk ldrs gSaaA ,slk /kfRod pkydksa
esa gksrk gSA
;fn pkyu cSaM rFkk la;kstdrk cSaM osQ chp dksbZ fjfDr (varjky) gS] rks la;kstdrk cSaM
osQ lHkh bysDVªkWu ifjc¼ gksrs gSa rFkk pkyu cSaM esa dksbZ eqDr bysDVªkWu miyC/ ugha gksrkA ;g
inkFkZ dks fo|qrjks/h cuk nsrk gSA ijarq la;kstdrk cSaM osQ oqQN bysDVªkWu cká ÅtkZ izkIr djosQ
la;kstdrk cSaM rFkk pkyu cSaM osQ chp dh fjfDr dks ikj dj ldrs gSaA rc ;s bysDVªkWu pkyu
cSaM esa igq¡p tkrs gSa rFkk la;kstdrk cSaM esa fjDr ÅtkZ Lrj mRiUu dj nsrs gSa ftuesa vU; bysDVªkWu
tk ldrs gSaA bl izdkj ;g izfØ;k pkyu cSaM esa bysDVªkWuksa rFkk la;kstdrk cSaM esa fjfDrdk,¡
gksus osQ dkj.k pkyu dh laHkkouk mRiUu djrh gSA
vkb,] vc ge ;g fopkj djsa fd N ijek.kqvksa okys Si vFkok Ge fØLVy osQ izdj.k esa
D;k gksrk gSA Si esa ckáre d{kk] rhljh d{kk (n = 3) gksrh gS] tcfd Ge esa ckáre d{kk pkSFkh
d{kk (n = 4) gksrh gSA budh ckáre d{kk esa 4 bysDVªkWu (2s vkSj 2p bysDVªkWu) gksrs gSaA vr%
bl fØLVy esa cká bysDVªkWuksa dh oqQy la[;k 4N gqbZA fdlh ckáre d{kk esa vf/dre
bysDVªkWuksa dh la[;k 8 (2s + 6p bysDVªkWu) gksrh gSA vr% 4N la;kstdrk bysDVªkWuksa osQ fy,
miyC/ ÅtkZ Lrj 8N gSA ;s 8N fofoDr ÅtkZ Lrj ;k rks dksbZ larr cSaM cuk ldrs gSa vFkok
budk fHkUu cSaMksa esa lewgu gks ldrk gS] tks fØLVy esa ijek.kqvksa osQ chp nwfj;ksa ij fuHkZj djrk
gS ¹^Bkslksa dk cSaM fl¼kar* µ ckWDl nsf[k,ºA
Si rFkk Ge osQ fØLVy tkydksa esa ijek.kqvksa osQ chp dh nwfj;ksa ij] bu 8N Lrjksa dk ÅtkZ
cSaM nks Hkkxksa esa VwV tkrk gS] ftuosQ chp ÅtkZ varjky E
g
 (fp=k 14.1) dk i`Fkdu gksrk gSA
2020-21
Page 4


14.1  Hkwfedk
,slh ;qfDr;k¡ ftuesa bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tk losQ] lHkh bysDVªkWfud ifjiFkksa
dh ewyHkwr jpuk [kaM gksrh gSaA lu~ 1948 esa VªkaftLVj dh [kkst ls igys ,slh ;qfDr;k¡
vfèkdka'kr% fuokZr ufydk,¡ (;k okYo) Fkha] tSls fuokZr Mk;ksM ftlesa nks bysDVªksM_  ,uksM
(IysV) rFkk oSQFkksM gksrs gSa_ Vªk;ksM ftlesa rhu bysDVªksMµoSQFkksM] IysV rFkk fxzM gksrs gSa_ VsVªksM
rFkk isaVksM (Øe'k% 4 rFkk 5 bysDVªksMksa osQ lkFk)A fdlh fuokZr ufydk esa bysDVªkWuksa dh vkiwfrZ
,d rIr oSQFkksM }kjk dh tkrh gS rFkk blosQ fofHkUu bysDVªksMksa osQ chp oksYVrk dks ifjofrZr
djosQ fuokZr esa bu bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tkrk gSA varjk&bysDVªksMh LFkku
(inter-electrode space) esa bysDVªkWuksa osQ izokg osQ fy, fuokZr vko';d gksrk gS] vU;Fkk
xfreku bysDVªkWu vius iFk esa ok;q osQ v.kqvksa ls Vdjkdj viuh mQtkZ [kks ldrs gSaA bu ;qfDr;ksa
esa bysDVªkWu osQoy oSQFkksM ls ,uksM dh vksj izokfgr dj ldrs gSa (vFkkZr bysDVªkWu osQoy ,d
gh fn'kk esa izokfgr gks ldrs gSa)A ;gh dkj.k gS fd ,slh ;qfDr;ksa dks lk/kj.kr;k okYo dgrs
gSaA fuokZr ufydkvksa ls cuh ;qfDr;k¡ vkdkj esa cM+h gksrh gaS] vf/d 'kfDr dk miHkksx djrh
gSa rFkk izpkyu esa lkekU;r% mPp oksYVrk (~100 V) dh vko';drk gksrh gSA blosQ lkFk gh
budk thoudky vis{kko`Qr de rFkk fo'oluh;rk Hkh de gksrh gSA vkèkqfud Bksl&voLFkk
vèkZpkyd bysDVªkWfudh (Solid State semi-conductor electronics) dk izknqHkkZo lu~
1930 esa bl vkHkkl ls fd;k x;k fd oqQN Bksl voLFkk vèkZpkyd rFkk mudh lafèk;ksa esa
;g laHkkouk gksrh gS fd muesa vkos'k okgdksa dh la[;k rFkk muosQ izokg dh fn'kk dks fu;af=kr
fd;k tk ldrk gSA izdk'k] mQ"ek rFkk vYi vuqiz;qDr oksYVrk tSls mÙkstd fdlh v/Zpkyd
vè;k; 14
v/Zpkyd bysDVªkWfudh&
inkFkZ] ;qfDr;k¡ rFkk
ljy ifjiFk
2020-21
470
HkkSfrdh
esa xfreku vkos'kksa dh la[;k ifjo£rr dj ldrs gSaA è;ku nsus ;ksX; ckr ;g gS fd v/Zpkyd
;qfDr;ksa esa vkos'k okgdksa dh vkiw£r rFkk izokg Lo;a Bksl osQ Hkhrj gh gksrk gS] tcfd igys
iz;ksx gksus okyh fuokZr ufydkvksa@okYoksa esa xfreku bysDVªkWuksa dks rIr oSQFkksM ls izkIr fd;k tkrk
Fkk rFkk fuokZfrr LFkkuksa vFkok fuokZr esa izokfgr djk;k tkrk FkkA v/Zpkyd ;qfDr;ksa esa ckgjh
rkiu vFkok vf/d fuokZfrr LFkku dh vko';drk ugha gksrh gSA ;g vkdkj esa NksVh gksrh gSa]
de 'kfDr dk miHkksx djrh gSa] de oksYVrk ij dke djrh gSa] budk thou yack gksrk gS vkSj
budh fo'oluh;rk vPNh gksrh gSA vk/qfud ;qfDr;ksa esa rks fuokZfrr ufydkvksa osQ fl¼kar ij
dk;Z djus okyh oSQFkksM fdj.k V~;wcksa (CRT) ftudk mi;ksx Vsyhfo”ku lsVksa rFkk oaQI;wVj
ekWuhVjksa esa fd;k tkrk gS] BkslkoLFkk bysDVªkWfudh (Solid State electrons) ifjiFkksa osQ lkFk
layXu fyDoM fØLVy fMlIys (LCD, nzo fØLVy izn'kZ) ekWuhVjksa }kjk izfrLFkkfir dh tk
jgh gSaA vèkZpkyd ;qfDr;ksa dks vkSipkfjd :i ls le>s tkus ls Hkh cgqr igys izo`Qfr esa ik,
tkus okys xSysuk (ySM lYiQkbM PbS) osQ ,d fØLVy ftlosQ lkFk /krq dk ,d laioZQ ¯cnq
la;ksftr Fkk] dk mi;ksx jsfM;ks rjaxksa osQ lalwpd osQ :i esa fd;k tk pqdk FkkA
fuEufyf[kr vuqHkkxksa esa ge v/Zpkyd HkkSfrdh dh oqQN ewy vo/kj.kkvksa ls ifjp;
djk,¡xs rFkk laf/ Mk;ksM (Junction diode) (2-bysDVªksMksa dh ;qfDr) rFkk f}/qzoh; laf/
(Bipolar junction) VªkaftLVj (3-bysDVªksMksa dh ;qfDr) tSlh oqQN v/Zpkyd ;qfDr;ksa dh
ppkZ djsaxsA bu ;qfDr;ksa osQ vuqiz;ksxksa dks n'kkZus okys oqQN ifjiFkksa dk o.kZu Hkh djasxsA
14.2 /krqvksa] pkydksa rFkk v/Zpkydksa dk oxhZdj.k
pkydrk osQ vk/kj ij
fo|qr pkydrk (s) vFkok izfrjksèkdrk (? = 1/s) osQ lkis{k eku osQ vkèkkj ij Bksl inkFkks± dk
fuEu izdkj ls oxhZdj.k fd;k tkrk gS %
(i) èkkrq % budh izfrjksèkdrk cgqr de (vFkok pkydrk cgqr vfèkd) gksrh gSA
? ~ 10
–2
 – 10
–8
 O m
s ~ 10
2
 – 10
8
 S m
–1
(ii) vèkZpkyd % budh izfrjksèkdrk ;k pkydrk èkkrqvksa rFkk fo|qrjksèkh inkFkks± osQ chp dh
gksrh gSA
? ~ 10
–5
 – 10
6
 O m
s ~ 10
5
 – 10
–6
 S m
–1
(iii) fo|qrjksèkh % budh izfrjksèkdrk cgqr vfèkd (vFkok pkydrk cgqr de) gksrh gSA
? ~ 10
11
 – 10
19
 O m
s ~ 10
–11
 – 10
–19
 S m
–1
Åij fn, x, ? rFkk s osQ eku osQoy dksfV eku osQ lwpd gSa vkSj fn, x, ifjlj osQ ckgj
Hkh tk ldrs gSaA èkkrq] fo|qrjksèkh inkFkZ rFkk vèkZpkydksa osQ chp Hksn djus osQ fy, izfrjksèkdrk
dk lkis{k eku gh ek=k ,d ekinaM ugha gSA oqQN nwljs varj Hkh gSa] tks tSls&tSls ge bl vè;k;
esa vkxs c<+saxs] Li"V gksrs tk,¡xsA
bl vè;k; esa gekjh #fp vèkZpkydksa osQ vè;;u esa gS tks dbZ izdkj osQ gks ldrs gSaA
(i) rkfRod v/Zpkyd (Elemental semiconductors) & Si vkSj Ge
(ii) ;kSfxd v/Zpkyd & mnkgj.k gSa %
• vdkcZfud & CdS, GaAs, CdSe, InP, vkfnA
• dkcZfud & ,aFkzklhu] ekfnr (Doped) FkSyksL;kuhl] vkfnA
• dkcZfud cgqyd (Organic polymers) & ikWyhikbjksy] ikWyh,sfuyhu] ikWyhFkk;ksI
+
kQhu
vkfnA
2020-21
471
v/Zpkyd bysDVªkWfudh & inkFkZ]
;qfDr;k¡ rFkk ljy ifjiFk
vktdy miyC/ vfèkdka'k vèkZpkyd ;qfDr;k¡ rkfRod vèkZpkyd Si ;k Ge vkSj ;kSfxd
vdkcZfud vèkZpkydksa ij gh vkèkkfjr gSaA ijarq lu~ 1990 osQ ckn dkcZfud vèkZpkyd vkSj
vèkZpkydh cgqydksa dk mi;ksx djosQ oqQN vèkZpkydh ;qfDr;ksa dk fodkl gqvk ftlls Hkfo";
osQ fy, cgqyd bysDVªkWfudh rFkk vkf.od bysDVªkWfudh dh izkS|ksfxdh osQ izknqHkkZo osQ laosQr
feyrs gSaA bl vè;k; esa ge osQoy vdkcZfud vèkZpkyd] fo'ks"kdj rkfRod v/Zpkydksa Si
rFkk Ge osQ vè;;u rd gh lhfer jgsaxsA rkfRod v/Zpkydksa dh foospuk osQ fy, ;gk¡ ftu
lkekU; vo/kj.kkvksa dks izLrkfor fd;k x;k gS os fdlh&u&fdlh :i esa vf/dka'k ;kSfxd
vèkZpkydksa ij ykxw gksrh gSaA
ÅtkZ cSaM osQ vk/kj ij
cksj ijek.kq ekWMy osQ vuqlkj fdlh fo;qDr ijek.kq esa mlosQ fdlh bysDVªkWu dh ÅtkZ ml
bysDVªkWu dh ifjHkze.k d{kk ij fuHkZj djrh gSA ijarq tc ijek.kq ,d&nwljs osQ fudV vkdj dksbZ
Bksl cuk ysrs gaS rks os ,d&nwljs osQ vR;f/d fudV gks tkrs gSaA vr% fudVLFk ijek.kqvksa osQ
bysDVªkWuksa dh cká d{kk,¡ vR;f/d ikl&ikl vk tkrh gSa vkSj ;gk¡ rd fd ,d&nwljs dks <d
ysrh gSaA blosQ ifj.kkeLo:i fdlh Bksl esa bysDVªkWu dh xfr dh izo`Qfr fdlh fo;qDr ijek.kq
osQ bysDVªkWu dh xfr ls vR;f/d fHkUu gks tkrh gSA
fdlh fØLVy osQ Hkhrj izR;sd bysDVªkWu dh viuh vf}rh; fLFkfr gksrh gS rFkk fdUgha nks
bysDVªkWuksa osQ pkjksa vksj osQ vkos'kksa dk iSVuZ ;FkkFkZ :i esa ,d tSlk ugha gksrkA ;gh dkj.k gS
fd izR;sd bysDVªkWu osQ ÅtkZ Lrj fHkUu gksrs gSaA ;s fHkUu ÅtkZ Lrj ftuesa ÅtkZ dk larr ifjorZu
gksrk jgrk gS ÅtkZ cSaMksa dk fuekZ.k djrs gSaA og ÅtkZ Lrj ftlesa la;kstdrk bysDVªkWuksa osQ ÅtkZ
Lrj lekfo"V gSa] la;kstdrk cSaM (Valance band) dgykrk gSA la;kstdrk cSaM osQ Åij fLFkr
cSaM dks pkyu cSaM (Conduction band) dgrs gSaA fcuk fdlh vfrfjDr ÅtkZ osQ] lHkh
la;kstdrk bysDVªkWu la;kstdrk cSaM esa jgrs gSaA ;fn pkyu cSaM esa fuEure Lrj pkyu cSaM osQ
mPpre Lrj ls Hkh uhps gS rks la;kstdrk cSaM osQ bysDVªkWu vklkuh ls pkyu cSaM esa xeu dj
ldrs gSaA lkekU;r% pkyu cSaM fjDr gksrk gSA ijarq tc ;g cSaM la;kstdrk cSaM dks vfrO;kfir
(<drk) djrk gS rks bysDVªkWu Lora=krkiwoZd blosQ Hkhrj tk ldrs gSaaA ,slk /kfRod pkydksa
esa gksrk gSA
;fn pkyu cSaM rFkk la;kstdrk cSaM osQ chp dksbZ fjfDr (varjky) gS] rks la;kstdrk cSaM
osQ lHkh bysDVªkWu ifjc¼ gksrs gSa rFkk pkyu cSaM esa dksbZ eqDr bysDVªkWu miyC/ ugha gksrkA ;g
inkFkZ dks fo|qrjks/h cuk nsrk gSA ijarq la;kstdrk cSaM osQ oqQN bysDVªkWu cká ÅtkZ izkIr djosQ
la;kstdrk cSaM rFkk pkyu cSaM osQ chp dh fjfDr dks ikj dj ldrs gSaA rc ;s bysDVªkWu pkyu
cSaM esa igq¡p tkrs gSa rFkk la;kstdrk cSaM esa fjDr ÅtkZ Lrj mRiUu dj nsrs gSa ftuesa vU; bysDVªkWu
tk ldrs gSaA bl izdkj ;g izfØ;k pkyu cSaM esa bysDVªkWuksa rFkk la;kstdrk cSaM esa fjfDrdk,¡
gksus osQ dkj.k pkyu dh laHkkouk mRiUu djrh gSA
vkb,] vc ge ;g fopkj djsa fd N ijek.kqvksa okys Si vFkok Ge fØLVy osQ izdj.k esa
D;k gksrk gSA Si esa ckáre d{kk] rhljh d{kk (n = 3) gksrh gS] tcfd Ge esa ckáre d{kk pkSFkh
d{kk (n = 4) gksrh gSA budh ckáre d{kk esa 4 bysDVªkWu (2s vkSj 2p bysDVªkWu) gksrs gSaA vr%
bl fØLVy esa cká bysDVªkWuksa dh oqQy la[;k 4N gqbZA fdlh ckáre d{kk esa vf/dre
bysDVªkWuksa dh la[;k 8 (2s + 6p bysDVªkWu) gksrh gSA vr% 4N la;kstdrk bysDVªkWuksa osQ fy,
miyC/ ÅtkZ Lrj 8N gSA ;s 8N fofoDr ÅtkZ Lrj ;k rks dksbZ larr cSaM cuk ldrs gSa vFkok
budk fHkUu cSaMksa esa lewgu gks ldrk gS] tks fØLVy esa ijek.kqvksa osQ chp nwfj;ksa ij fuHkZj djrk
gS ¹^Bkslksa dk cSaM fl¼kar* µ ckWDl nsf[k,ºA
Si rFkk Ge osQ fØLVy tkydksa esa ijek.kqvksa osQ chp dh nwfj;ksa ij] bu 8N Lrjksa dk ÅtkZ
cSaM nks Hkkxksa esa VwV tkrk gS] ftuosQ chp ÅtkZ varjky E
g
 (fp=k 14.1) dk i`Fkdu gksrk gSA
2020-21
472
HkkSfrdh
rkiØe osQ ije 'kwU; ij 4N  la;kstdrk bysDVªkWuksa ls iw.kZr% f?kjk fuEu cSaM la;kstdrk cSaM gksrk
gSA vU; cSaM ftuesa 4N ÅtkZ Lrj gksrs gSa mUgsa pkyu cSaM dgrs gSa] rFkk ;g ije 'kwU; ij iw.kZr%
fjDr gksrk gSA
Bkslksa dk cSaM fl¼kar
eku yhft, fd Si ;k Ge fØLVy esa N
ijek.kq gSaA izR;sd ijek.kq osQ bysDVªkWuksa dh fofHkUu
d{kkvksa esa fofoDr mQtkZ,¡ gksaxhA ;fn lHkh ijek.kq
foyfxr gksa] vFkkZr ,d&nwljs ls vfèkd varjky
ij gksa] rks bysDVªkWu mQtkZ,¡ ogh jgsaxhA ijarq ,d
fØLVy esa ijek.kq ,d&nwljs osQ cgqr fudV (2
ls 3 Å) gksrs gSa vkSj blfy, bysDVªkWu ,d&nwljs
ls vkSj fudVorhZ ijek.kq ØksMksa ls Hkh ikjLifjd
fØ;k djrs gSaA lcls ckgjh d{kk osQ bysDVªkWu bl
vfrO;kiu (;k ikjLifjd fØ;k) dks lokZf/d
vuqHko djrs gSa] tcfd Hkhrjh d{kk ;k ØksM+ osQ
bysDVªkWuksa dh mQtkZ,¡ vizHkkfor jg ldrh gSaA
blfy, Si ;k Ge fØLVy esa bysDVªkWu mQtkZvksa
dks le>us osQ fy, gesa osQoy ckáre d{kk osQ bysDVªkWuksa dh mQtkZvksa esa varj ij fopkj djus dh gh vko';drk gSA
Si osQ fy, ckáre d{kk rhljh d{kk gS (n = 3) tcfd Ge osQ fy, ckáre d{kk pkSFkh d{kk gS (n = 4)A bu nksuksa
rRoksa dh ckáre d{kk esa bysDVªkWuksa dh la[;k 4 gS (2s vkSj 2p bysDVªkWu)A blfy, fØLVy esa ckgjh bysDVªkWuksa dh
laiw.kZ la[;k 4N gks xbZA ckáre d{kk esa bysDVªkWuksa dh vfèkdre laHko la[;k 8 gS (2s + 6p bysDVªkWu)A blfy,
4N bysDVªkWuksa esa ls 2N bysDVªkWu rks] 2N s-voLFkk (d{kh; DokaVe la[;k l = 0) esa gksaxs vkSj 'ks"k 2N bysDVªkWu izkI;
6N izkI; p-voLFkk esa gksaxsA Li"Vr;k] oqQN p – bysDVªkWu voLFkk,¡ fjDr gksaxh tSlk fp=k osQ lcls nkfgus Hkkx esa fn[kk;k
x;k gSA ;g i;kZIr :i ls i`FkDÑr ;k ,dy ijek.kqvksa dh fLFkfr gS (fp=k dk {ks=k A)A
eku yhft, fd ;g ijek.kq ,d Bksl cukus osQ fy, ,d&nwljs osQ vkSj fudV vkuk vkjaHk djrs gSaA fofHkUu ijek.kqvksa
osQ bysDVªkWuksa osQ chp ikjLifjd fØ;k osQ dkj.k ckáre d{kk osQ bu bysDVªkWuksa dh mQtkZ,¡ ifjo£rr gks ldrh gSa (c<+
;k ?kV ldrh gSa)A l = 1 dh 6N voLFkk,¡] ftudh mQtkZ,¡ izkjaHk esa fo;qDr ijek.kqvksa osQ fy, loZle Fkha] vc iSQydj
,d mQtkZ cSaM cukrh gSa ¹fp=k esa {ks=k BºA blh izdkj l = 0 dh 2N voLFkk,¡] ftudh mQtkZ,¡ fo;qDr ijek.kqvksa osQ
fy, loZle Fkha] og Hkh ,d vU; mQtkZ cSaM esa VwV tkrh gSa ¹fp=k osQ {ks=k B dks lkoèkkuhiwoZd ns[ksaºA ;g cSaM igys
cSaM ls ,d mQtkZ varjky }kjk i`Fkd jgrk gSA
ijek.kqvksa osQ chp blls Hkh de i`Fkdu gksus ij] rFkkfi] ,d ,slk {ks=k vkrk gS tc ;g cSaM ,d&nwljs esa foy;
dj tkrs gSaA mQijh ijek.oh; ÅtkZ Lrj dh lcls fupyh mQtkZ voLFkk uhps okys ijek.oh; ÅtkZ Lrj dh lcls mQijh
voLFkk osQ Hkh uhps pyh tkrh gSA bl {ks=k esa (fp=k esa {ks=k C)] dksbZ mQtkZ varjky ugha jgrk vkSj mQijh rFkk fupyh
mQtkZ voLFkk,¡ fefJr gks tkrh gSaA
varr%] ;fn ijek.kqvksa osQ chp dh nwjh vkSj de gks tkrh gS] rks mQtkZ cSaM fiQj ls foHkDr gks tkrs gSa
vkSj ,d mQtkZ varjky E
g
 ls i`Fkd gks tkrs gSa (fp=k esa {ks=k D ns[ksa)A izkI; mQtkZ voLFkkvksa dh laiw.kZ la[;k
8N dks fiQj ls nks cSaMksa osQ chp ck¡V fn;k x;k gS (fupys vkSj mQijh mQtkZ cSaMksa esa ls izR;sd esa 4N voLFkk,¡)A
;gk¡ lkFkZd ckr ;g gS fd fupys cSaM esa Bhd mruh gh voLFkk,¡ (4N) gSa] ftrus ijek.kqvksa esa ls izkI; la;kstdrk
bysDVªkWu (4N) gSaA
blfy, ;g cSaM (tks la;kstdrk cSaM dgykrk gS) iw.kZr% Hkjk gqvk gS] tcfd mQijh cSaM iw.kZr% [kkyh gSA mQijh
cSaM dks pkyu cSaM dgrs gSaA
bysDVªkWuksa dh lkisf{kd ÅtkZ
l n = -2
l = 0
( - 1 n )
th
dks'k
}
okLrfod nwjh
8N voLFkk
4 bysDVªkWu
4N voLFkk
N
4N voLFkk
0 bysDVªkWu
{ks=k A
(foyfxr ijek.kq)
varjky
6N voLFkk
2N
2N voLFkk
2N bysDVªkWu
4N bysDVªkWu
6N voLFkk
2N voLFkk
2N bysDVªkWu
2N bysDVªkWu
l = 1
l = 0
{ks=k C
{ks=k D
}
{ks=k B
vuqekfur nwjh
n
th
dks'k
{ks=k C
bysDVªkWu
ÅtkZ varjky = E
g
2020-21
Page 5


14.1  Hkwfedk
,slh ;qfDr;k¡ ftuesa bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tk losQ] lHkh bysDVªkWfud ifjiFkksa
dh ewyHkwr jpuk [kaM gksrh gSaA lu~ 1948 esa VªkaftLVj dh [kkst ls igys ,slh ;qfDr;k¡
vfèkdka'kr% fuokZr ufydk,¡ (;k okYo) Fkha] tSls fuokZr Mk;ksM ftlesa nks bysDVªksM_  ,uksM
(IysV) rFkk oSQFkksM gksrs gSa_ Vªk;ksM ftlesa rhu bysDVªksMµoSQFkksM] IysV rFkk fxzM gksrs gSa_ VsVªksM
rFkk isaVksM (Øe'k% 4 rFkk 5 bysDVªksMksa osQ lkFk)A fdlh fuokZr ufydk esa bysDVªkWuksa dh vkiwfrZ
,d rIr oSQFkksM }kjk dh tkrh gS rFkk blosQ fofHkUu bysDVªksMksa osQ chp oksYVrk dks ifjofrZr
djosQ fuokZr esa bu bysDVªkWuksa dk fu;af=kr izokg izkIr fd;k tkrk gSA varjk&bysDVªksMh LFkku
(inter-electrode space) esa bysDVªkWuksa osQ izokg osQ fy, fuokZr vko';d gksrk gS] vU;Fkk
xfreku bysDVªkWu vius iFk esa ok;q osQ v.kqvksa ls Vdjkdj viuh mQtkZ [kks ldrs gSaA bu ;qfDr;ksa
esa bysDVªkWu osQoy oSQFkksM ls ,uksM dh vksj izokfgr dj ldrs gSa (vFkkZr bysDVªkWu osQoy ,d
gh fn'kk esa izokfgr gks ldrs gSa)A ;gh dkj.k gS fd ,slh ;qfDr;ksa dks lk/kj.kr;k okYo dgrs
gSaA fuokZr ufydkvksa ls cuh ;qfDr;k¡ vkdkj esa cM+h gksrh gaS] vf/d 'kfDr dk miHkksx djrh
gSa rFkk izpkyu esa lkekU;r% mPp oksYVrk (~100 V) dh vko';drk gksrh gSA blosQ lkFk gh
budk thoudky vis{kko`Qr de rFkk fo'oluh;rk Hkh de gksrh gSA vkèkqfud Bksl&voLFkk
vèkZpkyd bysDVªkWfudh (Solid State semi-conductor electronics) dk izknqHkkZo lu~
1930 esa bl vkHkkl ls fd;k x;k fd oqQN Bksl voLFkk vèkZpkyd rFkk mudh lafèk;ksa esa
;g laHkkouk gksrh gS fd muesa vkos'k okgdksa dh la[;k rFkk muosQ izokg dh fn'kk dks fu;af=kr
fd;k tk ldrk gSA izdk'k] mQ"ek rFkk vYi vuqiz;qDr oksYVrk tSls mÙkstd fdlh v/Zpkyd
vè;k; 14
v/Zpkyd bysDVªkWfudh&
inkFkZ] ;qfDr;k¡ rFkk
ljy ifjiFk
2020-21
470
HkkSfrdh
esa xfreku vkos'kksa dh la[;k ifjo£rr dj ldrs gSaA è;ku nsus ;ksX; ckr ;g gS fd v/Zpkyd
;qfDr;ksa esa vkos'k okgdksa dh vkiw£r rFkk izokg Lo;a Bksl osQ Hkhrj gh gksrk gS] tcfd igys
iz;ksx gksus okyh fuokZr ufydkvksa@okYoksa esa xfreku bysDVªkWuksa dks rIr oSQFkksM ls izkIr fd;k tkrk
Fkk rFkk fuokZfrr LFkkuksa vFkok fuokZr esa izokfgr djk;k tkrk FkkA v/Zpkyd ;qfDr;ksa esa ckgjh
rkiu vFkok vf/d fuokZfrr LFkku dh vko';drk ugha gksrh gSA ;g vkdkj esa NksVh gksrh gSa]
de 'kfDr dk miHkksx djrh gSa] de oksYVrk ij dke djrh gSa] budk thou yack gksrk gS vkSj
budh fo'oluh;rk vPNh gksrh gSA vk/qfud ;qfDr;ksa esa rks fuokZfrr ufydkvksa osQ fl¼kar ij
dk;Z djus okyh oSQFkksM fdj.k V~;wcksa (CRT) ftudk mi;ksx Vsyhfo”ku lsVksa rFkk oaQI;wVj
ekWuhVjksa esa fd;k tkrk gS] BkslkoLFkk bysDVªkWfudh (Solid State electrons) ifjiFkksa osQ lkFk
layXu fyDoM fØLVy fMlIys (LCD, nzo fØLVy izn'kZ) ekWuhVjksa }kjk izfrLFkkfir dh tk
jgh gSaA vèkZpkyd ;qfDr;ksa dks vkSipkfjd :i ls le>s tkus ls Hkh cgqr igys izo`Qfr esa ik,
tkus okys xSysuk (ySM lYiQkbM PbS) osQ ,d fØLVy ftlosQ lkFk /krq dk ,d laioZQ ¯cnq
la;ksftr Fkk] dk mi;ksx jsfM;ks rjaxksa osQ lalwpd osQ :i esa fd;k tk pqdk FkkA
fuEufyf[kr vuqHkkxksa esa ge v/Zpkyd HkkSfrdh dh oqQN ewy vo/kj.kkvksa ls ifjp;
djk,¡xs rFkk laf/ Mk;ksM (Junction diode) (2-bysDVªksMksa dh ;qfDr) rFkk f}/qzoh; laf/
(Bipolar junction) VªkaftLVj (3-bysDVªksMksa dh ;qfDr) tSlh oqQN v/Zpkyd ;qfDr;ksa dh
ppkZ djsaxsA bu ;qfDr;ksa osQ vuqiz;ksxksa dks n'kkZus okys oqQN ifjiFkksa dk o.kZu Hkh djasxsA
14.2 /krqvksa] pkydksa rFkk v/Zpkydksa dk oxhZdj.k
pkydrk osQ vk/kj ij
fo|qr pkydrk (s) vFkok izfrjksèkdrk (? = 1/s) osQ lkis{k eku osQ vkèkkj ij Bksl inkFkks± dk
fuEu izdkj ls oxhZdj.k fd;k tkrk gS %
(i) èkkrq % budh izfrjksèkdrk cgqr de (vFkok pkydrk cgqr vfèkd) gksrh gSA
? ~ 10
–2
 – 10
–8
 O m
s ~ 10
2
 – 10
8
 S m
–1
(ii) vèkZpkyd % budh izfrjksèkdrk ;k pkydrk èkkrqvksa rFkk fo|qrjksèkh inkFkks± osQ chp dh
gksrh gSA
? ~ 10
–5
 – 10
6
 O m
s ~ 10
5
 – 10
–6
 S m
–1
(iii) fo|qrjksèkh % budh izfrjksèkdrk cgqr vfèkd (vFkok pkydrk cgqr de) gksrh gSA
? ~ 10
11
 – 10
19
 O m
s ~ 10
–11
 – 10
–19
 S m
–1
Åij fn, x, ? rFkk s osQ eku osQoy dksfV eku osQ lwpd gSa vkSj fn, x, ifjlj osQ ckgj
Hkh tk ldrs gSaA èkkrq] fo|qrjksèkh inkFkZ rFkk vèkZpkydksa osQ chp Hksn djus osQ fy, izfrjksèkdrk
dk lkis{k eku gh ek=k ,d ekinaM ugha gSA oqQN nwljs varj Hkh gSa] tks tSls&tSls ge bl vè;k;
esa vkxs c<+saxs] Li"V gksrs tk,¡xsA
bl vè;k; esa gekjh #fp vèkZpkydksa osQ vè;;u esa gS tks dbZ izdkj osQ gks ldrs gSaA
(i) rkfRod v/Zpkyd (Elemental semiconductors) & Si vkSj Ge
(ii) ;kSfxd v/Zpkyd & mnkgj.k gSa %
• vdkcZfud & CdS, GaAs, CdSe, InP, vkfnA
• dkcZfud & ,aFkzklhu] ekfnr (Doped) FkSyksL;kuhl] vkfnA
• dkcZfud cgqyd (Organic polymers) & ikWyhikbjksy] ikWyh,sfuyhu] ikWyhFkk;ksI
+
kQhu
vkfnA
2020-21
471
v/Zpkyd bysDVªkWfudh & inkFkZ]
;qfDr;k¡ rFkk ljy ifjiFk
vktdy miyC/ vfèkdka'k vèkZpkyd ;qfDr;k¡ rkfRod vèkZpkyd Si ;k Ge vkSj ;kSfxd
vdkcZfud vèkZpkydksa ij gh vkèkkfjr gSaA ijarq lu~ 1990 osQ ckn dkcZfud vèkZpkyd vkSj
vèkZpkydh cgqydksa dk mi;ksx djosQ oqQN vèkZpkydh ;qfDr;ksa dk fodkl gqvk ftlls Hkfo";
osQ fy, cgqyd bysDVªkWfudh rFkk vkf.od bysDVªkWfudh dh izkS|ksfxdh osQ izknqHkkZo osQ laosQr
feyrs gSaA bl vè;k; esa ge osQoy vdkcZfud vèkZpkyd] fo'ks"kdj rkfRod v/Zpkydksa Si
rFkk Ge osQ vè;;u rd gh lhfer jgsaxsA rkfRod v/Zpkydksa dh foospuk osQ fy, ;gk¡ ftu
lkekU; vo/kj.kkvksa dks izLrkfor fd;k x;k gS os fdlh&u&fdlh :i esa vf/dka'k ;kSfxd
vèkZpkydksa ij ykxw gksrh gSaA
ÅtkZ cSaM osQ vk/kj ij
cksj ijek.kq ekWMy osQ vuqlkj fdlh fo;qDr ijek.kq esa mlosQ fdlh bysDVªkWu dh ÅtkZ ml
bysDVªkWu dh ifjHkze.k d{kk ij fuHkZj djrh gSA ijarq tc ijek.kq ,d&nwljs osQ fudV vkdj dksbZ
Bksl cuk ysrs gaS rks os ,d&nwljs osQ vR;f/d fudV gks tkrs gSaA vr% fudVLFk ijek.kqvksa osQ
bysDVªkWuksa dh cká d{kk,¡ vR;f/d ikl&ikl vk tkrh gSa vkSj ;gk¡ rd fd ,d&nwljs dks <d
ysrh gSaA blosQ ifj.kkeLo:i fdlh Bksl esa bysDVªkWu dh xfr dh izo`Qfr fdlh fo;qDr ijek.kq
osQ bysDVªkWu dh xfr ls vR;f/d fHkUu gks tkrh gSA
fdlh fØLVy osQ Hkhrj izR;sd bysDVªkWu dh viuh vf}rh; fLFkfr gksrh gS rFkk fdUgha nks
bysDVªkWuksa osQ pkjksa vksj osQ vkos'kksa dk iSVuZ ;FkkFkZ :i esa ,d tSlk ugha gksrkA ;gh dkj.k gS
fd izR;sd bysDVªkWu osQ ÅtkZ Lrj fHkUu gksrs gSaA ;s fHkUu ÅtkZ Lrj ftuesa ÅtkZ dk larr ifjorZu
gksrk jgrk gS ÅtkZ cSaMksa dk fuekZ.k djrs gSaA og ÅtkZ Lrj ftlesa la;kstdrk bysDVªkWuksa osQ ÅtkZ
Lrj lekfo"V gSa] la;kstdrk cSaM (Valance band) dgykrk gSA la;kstdrk cSaM osQ Åij fLFkr
cSaM dks pkyu cSaM (Conduction band) dgrs gSaA fcuk fdlh vfrfjDr ÅtkZ osQ] lHkh
la;kstdrk bysDVªkWu la;kstdrk cSaM esa jgrs gSaA ;fn pkyu cSaM esa fuEure Lrj pkyu cSaM osQ
mPpre Lrj ls Hkh uhps gS rks la;kstdrk cSaM osQ bysDVªkWu vklkuh ls pkyu cSaM esa xeu dj
ldrs gSaA lkekU;r% pkyu cSaM fjDr gksrk gSA ijarq tc ;g cSaM la;kstdrk cSaM dks vfrO;kfir
(<drk) djrk gS rks bysDVªkWu Lora=krkiwoZd blosQ Hkhrj tk ldrs gSaaA ,slk /kfRod pkydksa
esa gksrk gSA
;fn pkyu cSaM rFkk la;kstdrk cSaM osQ chp dksbZ fjfDr (varjky) gS] rks la;kstdrk cSaM
osQ lHkh bysDVªkWu ifjc¼ gksrs gSa rFkk pkyu cSaM esa dksbZ eqDr bysDVªkWu miyC/ ugha gksrkA ;g
inkFkZ dks fo|qrjks/h cuk nsrk gSA ijarq la;kstdrk cSaM osQ oqQN bysDVªkWu cká ÅtkZ izkIr djosQ
la;kstdrk cSaM rFkk pkyu cSaM osQ chp dh fjfDr dks ikj dj ldrs gSaA rc ;s bysDVªkWu pkyu
cSaM esa igq¡p tkrs gSa rFkk la;kstdrk cSaM esa fjDr ÅtkZ Lrj mRiUu dj nsrs gSa ftuesa vU; bysDVªkWu
tk ldrs gSaA bl izdkj ;g izfØ;k pkyu cSaM esa bysDVªkWuksa rFkk la;kstdrk cSaM esa fjfDrdk,¡
gksus osQ dkj.k pkyu dh laHkkouk mRiUu djrh gSA
vkb,] vc ge ;g fopkj djsa fd N ijek.kqvksa okys Si vFkok Ge fØLVy osQ izdj.k esa
D;k gksrk gSA Si esa ckáre d{kk] rhljh d{kk (n = 3) gksrh gS] tcfd Ge esa ckáre d{kk pkSFkh
d{kk (n = 4) gksrh gSA budh ckáre d{kk esa 4 bysDVªkWu (2s vkSj 2p bysDVªkWu) gksrs gSaA vr%
bl fØLVy esa cká bysDVªkWuksa dh oqQy la[;k 4N gqbZA fdlh ckáre d{kk esa vf/dre
bysDVªkWuksa dh la[;k 8 (2s + 6p bysDVªkWu) gksrh gSA vr% 4N la;kstdrk bysDVªkWuksa osQ fy,
miyC/ ÅtkZ Lrj 8N gSA ;s 8N fofoDr ÅtkZ Lrj ;k rks dksbZ larr cSaM cuk ldrs gSa vFkok
budk fHkUu cSaMksa esa lewgu gks ldrk gS] tks fØLVy esa ijek.kqvksa osQ chp nwfj;ksa ij fuHkZj djrk
gS ¹^Bkslksa dk cSaM fl¼kar* µ ckWDl nsf[k,ºA
Si rFkk Ge osQ fØLVy tkydksa esa ijek.kqvksa osQ chp dh nwfj;ksa ij] bu 8N Lrjksa dk ÅtkZ
cSaM nks Hkkxksa esa VwV tkrk gS] ftuosQ chp ÅtkZ varjky E
g
 (fp=k 14.1) dk i`Fkdu gksrk gSA
2020-21
472
HkkSfrdh
rkiØe osQ ije 'kwU; ij 4N  la;kstdrk bysDVªkWuksa ls iw.kZr% f?kjk fuEu cSaM la;kstdrk cSaM gksrk
gSA vU; cSaM ftuesa 4N ÅtkZ Lrj gksrs gSa mUgsa pkyu cSaM dgrs gSa] rFkk ;g ije 'kwU; ij iw.kZr%
fjDr gksrk gSA
Bkslksa dk cSaM fl¼kar
eku yhft, fd Si ;k Ge fØLVy esa N
ijek.kq gSaA izR;sd ijek.kq osQ bysDVªkWuksa dh fofHkUu
d{kkvksa esa fofoDr mQtkZ,¡ gksaxhA ;fn lHkh ijek.kq
foyfxr gksa] vFkkZr ,d&nwljs ls vfèkd varjky
ij gksa] rks bysDVªkWu mQtkZ,¡ ogh jgsaxhA ijarq ,d
fØLVy esa ijek.kq ,d&nwljs osQ cgqr fudV (2
ls 3 Å) gksrs gSa vkSj blfy, bysDVªkWu ,d&nwljs
ls vkSj fudVorhZ ijek.kq ØksMksa ls Hkh ikjLifjd
fØ;k djrs gSaA lcls ckgjh d{kk osQ bysDVªkWu bl
vfrO;kiu (;k ikjLifjd fØ;k) dks lokZf/d
vuqHko djrs gSa] tcfd Hkhrjh d{kk ;k ØksM+ osQ
bysDVªkWuksa dh mQtkZ,¡ vizHkkfor jg ldrh gSaA
blfy, Si ;k Ge fØLVy esa bysDVªkWu mQtkZvksa
dks le>us osQ fy, gesa osQoy ckáre d{kk osQ bysDVªkWuksa dh mQtkZvksa esa varj ij fopkj djus dh gh vko';drk gSA
Si osQ fy, ckáre d{kk rhljh d{kk gS (n = 3) tcfd Ge osQ fy, ckáre d{kk pkSFkh d{kk gS (n = 4)A bu nksuksa
rRoksa dh ckáre d{kk esa bysDVªkWuksa dh la[;k 4 gS (2s vkSj 2p bysDVªkWu)A blfy, fØLVy esa ckgjh bysDVªkWuksa dh
laiw.kZ la[;k 4N gks xbZA ckáre d{kk esa bysDVªkWuksa dh vfèkdre laHko la[;k 8 gS (2s + 6p bysDVªkWu)A blfy,
4N bysDVªkWuksa esa ls 2N bysDVªkWu rks] 2N s-voLFkk (d{kh; DokaVe la[;k l = 0) esa gksaxs vkSj 'ks"k 2N bysDVªkWu izkI;
6N izkI; p-voLFkk esa gksaxsA Li"Vr;k] oqQN p – bysDVªkWu voLFkk,¡ fjDr gksaxh tSlk fp=k osQ lcls nkfgus Hkkx esa fn[kk;k
x;k gSA ;g i;kZIr :i ls i`FkDÑr ;k ,dy ijek.kqvksa dh fLFkfr gS (fp=k dk {ks=k A)A
eku yhft, fd ;g ijek.kq ,d Bksl cukus osQ fy, ,d&nwljs osQ vkSj fudV vkuk vkjaHk djrs gSaA fofHkUu ijek.kqvksa
osQ bysDVªkWuksa osQ chp ikjLifjd fØ;k osQ dkj.k ckáre d{kk osQ bu bysDVªkWuksa dh mQtkZ,¡ ifjo£rr gks ldrh gSa (c<+
;k ?kV ldrh gSa)A l = 1 dh 6N voLFkk,¡] ftudh mQtkZ,¡ izkjaHk esa fo;qDr ijek.kqvksa osQ fy, loZle Fkha] vc iSQydj
,d mQtkZ cSaM cukrh gSa ¹fp=k esa {ks=k BºA blh izdkj l = 0 dh 2N voLFkk,¡] ftudh mQtkZ,¡ fo;qDr ijek.kqvksa osQ
fy, loZle Fkha] og Hkh ,d vU; mQtkZ cSaM esa VwV tkrh gSa ¹fp=k osQ {ks=k B dks lkoèkkuhiwoZd ns[ksaºA ;g cSaM igys
cSaM ls ,d mQtkZ varjky }kjk i`Fkd jgrk gSA
ijek.kqvksa osQ chp blls Hkh de i`Fkdu gksus ij] rFkkfi] ,d ,slk {ks=k vkrk gS tc ;g cSaM ,d&nwljs esa foy;
dj tkrs gSaA mQijh ijek.oh; ÅtkZ Lrj dh lcls fupyh mQtkZ voLFkk uhps okys ijek.oh; ÅtkZ Lrj dh lcls mQijh
voLFkk osQ Hkh uhps pyh tkrh gSA bl {ks=k esa (fp=k esa {ks=k C)] dksbZ mQtkZ varjky ugha jgrk vkSj mQijh rFkk fupyh
mQtkZ voLFkk,¡ fefJr gks tkrh gSaA
varr%] ;fn ijek.kqvksa osQ chp dh nwjh vkSj de gks tkrh gS] rks mQtkZ cSaM fiQj ls foHkDr gks tkrs gSa
vkSj ,d mQtkZ varjky E
g
 ls i`Fkd gks tkrs gSa (fp=k esa {ks=k D ns[ksa)A izkI; mQtkZ voLFkkvksa dh laiw.kZ la[;k
8N dks fiQj ls nks cSaMksa osQ chp ck¡V fn;k x;k gS (fupys vkSj mQijh mQtkZ cSaMksa esa ls izR;sd esa 4N voLFkk,¡)A
;gk¡ lkFkZd ckr ;g gS fd fupys cSaM esa Bhd mruh gh voLFkk,¡ (4N) gSa] ftrus ijek.kqvksa esa ls izkI; la;kstdrk
bysDVªkWu (4N) gSaA
blfy, ;g cSaM (tks la;kstdrk cSaM dgykrk gS) iw.kZr% Hkjk gqvk gS] tcfd mQijh cSaM iw.kZr% [kkyh gSA mQijh
cSaM dks pkyu cSaM dgrs gSaA
bysDVªkWuksa dh lkisf{kd ÅtkZ
l n = -2
l = 0
( - 1 n )
th
dks'k
}
okLrfod nwjh
8N voLFkk
4 bysDVªkWu
4N voLFkk
N
4N voLFkk
0 bysDVªkWu
{ks=k A
(foyfxr ijek.kq)
varjky
6N voLFkk
2N
2N voLFkk
2N bysDVªkWu
4N bysDVªkWu
6N voLFkk
2N voLFkk
2N bysDVªkWu
2N bysDVªkWu
l = 1
l = 0
{ks=k C
{ks=k D
}
{ks=k B
vuqekfur nwjh
n
th
dks'k
{ks=k C
bysDVªkWu
ÅtkZ varjky = E
g
2020-21
473
v/Zpkyd bysDVªkWfudh & inkFkZ]
;qfDr;k¡ rFkk ljy ifjiFk
fp=k 14.1 nsf[k,A blesa pkyu cSaM esa fuEure
ÅtkZ Lrj dks E
C
 osQ :i esa rFkk la;kstdrk cSaM esa
mPpre ÅtkZ Lrj dks E
V 
 osQ :i esa n'kkZ;k x;k gSA
E
C
 osQ Åij rFkk E
V
 osQ uhps blesa ,d&nwljs osQ
vR;f/d fudV cgqr ls ÅtkZ Lrj n'kkZ, x, gSaA
la;kstdrk cSaM osQ 'kh"kZ rFkk pkyu cSaM dh ryh
osQ chp osQ varjky dks ÅtkZ cSaM varjky (vFkok
ÅtkZ varjky] E
g 
) dgrs gSaA ;g varjky inkFkZ dh
izo`Qfr ij fuHkZj djrk gSA ;g vf/d] de vFkok 'kwU;
gks ldrk gSA bu fofHkUu fLFkfr;ksa dks fp=k 14.2 esa
n'kkZ;k x;k gS rFkk uhps budh foospuk dh xbZ gSA
izdj.k I : ;g fp=k 14.2(a) esa n'kkZ;h xbZ
fLFkfr osQ lanHkZ esa gSA ;g ,d /krq dh fLFkfr gS
ftlesa pkyu cSaM vkaf'kd :i ls Hkjk gS rFkk la;kstdrk
cSaM vkaf'kd :i ls fjDr gS vFkok pkyu cSaM rFkk
la;kstdrk cSaM vfrO;kIr gaSA tc vfrO;kiu gksrk gS rks
la;kstdrk cSaM ls bysDVªkWu ljyrk ls pkyu cSaM esa tk ldrs gSaA ;g fLFkfr fo|qr pkyu osQ
fy, vR;f/d la[;k esa bysDVªkWu miyC/ djk nsrh gSA tc la;kstdrk cSaM vkaf'kd :i ls fjDr
gksrk gS rks bysDVªkWu blosQ fuEu Lrj ls mPp Lrj rd xfr djosQ fo|qr pkyu dks laHko cuk
nsrs gSaA blhfy, bl izdkj osQ inkFkks± dk izfrjks/ de vFkok pkydrk mPp gksrh gSA
fp=k 14.2  (a) /krqvksa]
(b) fo|qrjks/h rFkk (c) v/Zpkydksa osQ ÅtkZ cSaMksa osQ chp varjA
fp=k 14.1  0 K ij fdlh v/Zpkyd esa ÅtkZ cSaM dh fLFkfr;k¡]
Åijh cSaM ftls pkyu cSaM dgrs gSa] esa vuarr% fo'kky la[;k esa]
vR;fèkd fudV ÅtkZ voLFkk,¡ gksrh gSaA fupyk cSaM ftls la;kstdrk
cSaM dgrs gSa] esa vR;f/d fudV iw.kZr% Hkjh ÅtkZ voLFkk,¡ gksrh gSaA
2020-21