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

व्याख्या:

0 K पर n-प्रकार अर्धचालक में, फर्मी स्तर दाता स्तर के ठीक नीचे स्थित होता है। परम शून्य पर, दाता अपद्रव्य स्तरों में इलेक्ट्रॉन पूर्ण रूप से भरे होते हैं और चालन बैंड में जाकर चालन में योगदान करते हैं। चूँकि ये दाता स्तर चालन बैंड से थोड़े नीचे होते हैं, इसलिए फर्मी स्तर दाता स्तर के पास स्थित होता है, जो उच्चतम ऊर्जा अवस्था को दर्शाता है जिसे इलेक्ट्रॉन घेर सकते हैं। यह स्थिति यह सुनिश्चित करती है कि अधिकांश इलेक्ट्रॉन दाता स्तरों में हैं, और चालन बैंड 0 K पर ज्यादातर रिक्त रहता है, जिसमें फर्मी स्तर दाता ऊर्जा स्तर से नीचे स्थित होता है।

इस प्रकार, विकल्प '1' सही है।

व्याख्या:

सिलिकॉन की नैज वाहक सांद्रता () है।

फॉस्फोरस (P) एक दाता अशुद्धि है, जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों का योगदान करती है, जो सामग्री को n-प्रकार बना देगा।

बोरॉन (B) एक ग्राही अशुद्धि है, जो होल का योगदान करती है, जो सामग्री को p-प्रकार बना देगा यदि यह एकमात्र अपमिश्रक होता।

दिया गया है:

• फॉस्फोरस अपमिश्रण सांद्रता:
• बोरॉन अपमिश्रण सांद्रता: .

परिणामी अपमिश्रण के प्रकार का निर्धारण करने के लिए:

• फॉस्फोरस (n-प्रकार) चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों को जोड़ता है।
• बोरॉन (p-प्रकार) संयोजकता बैंड में होल को जोड़ता है।

हमें दाताओं (P) और ग्राही (B) की सांद्रता की तुलना करने की आवश्यकता है:

फॉस्फोरस परमाणुओं की तुलना में अधिक बोरॉन परमाणु हैं।

चूँकि ग्राही अपमिश्रण (बोरॉन) दाता अपमिश्रण (फॉस्फोरस) से अधिक है, इसलिए सामग्री p-प्रकार होगी, जो बोरॉन से होल द्वारा प्रभुत्व वाली होगी।

इस प्रकार, विकल्प '3' सही है।

सुपरकंडक्टरों के गुण:

परफेक्ट डायमैग्नेटिज़्म (पूर्ण चुम्बकनिरोधकता): सुपरकंडक्टर परफेक्ट डायमैग्नेटिज़्म दिखाते हैं, जिसे मेइस्नर प्रभाव कहा जाता है। इसका मतलब है कि जब कोई सामग्री अपने सुपरकंडक्टिंग अवस्था में परिवर्तित होती है, तो वह अपने आंतरिक क्षेत्र से सभी चुम्बकीय क्षेत्रों को बाहर कर देती है, जिससे यह एक पूर्ण डायमैग्नेट बन जाती है। यह सुपरकंडक्टरों की एक विशिष्ट विशेषता है।

आयनिक कंडक्टिविटी: सुपरकंडक्टर आयनिक कंडक्टिविटी का प्रदर्शन नहीं करते हैं। आयनिक कंडक्टिविटी एक गुण है जिसमें आयन लाटिस के माध्यम से चलते हैं, जो इलेक्ट्रोलाइट्स और कुछ ठोस-राज्य आयनिक कंडक्टरों के लिए सामान्य होता है, लेकिन सुपरकंडक्टरों के लिए नहीं। सुपरकंडक्टर इलेक्ट्रॉनों के कूपर जोड़ियों (Cooper pairs) के माध्यम से विद्युत प्रवाह करते हैं, न कि आयनों के माध्यम से।

चुम्बकीय क्षेत्र से संक्रमण तापमान में वृद्धि: यह कथन सुपरकंडक्टरों के लिए सत्य नहीं है। वास्तव में, चुम्बकीय क्षेत्र की उपस्थिति सामान्यतः संक्रमण तापमान को घटाती है (वह तापमान जिस पर कोई सामग्री सुपरकंडक्टिंग बन जाती है)। मजबूत चुम्बकीय क्षेत्र सुपरकंडक्टिविटी को नष्ट भी कर सकते हैं।

लंबे गोलाकार तार में बड़े धारा द्वारा सुपरकंडक्टिविटी का ह्रास: सुपरकंडक्टरों को अपनी सुपरकंडक्टिंग अवस्था खो सकती है यदि उनके माध्यम से धारा एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाती है। यह इसलिए है क्योंकि बड़ी धाराएँ चुम्बकीय क्षेत्र और गर्मी उत्पन्न कर सकती हैं, जो कूपर जोड़ियों को विघटित कर सकती हैं और सुपरकंडक्टिविटी को नष्ट कर सकती हैं।

दिया गया गुण:

गुण (1) पूर्ण डायमैग्नेटिज़्म सुपरकंडक्टरों के लिए सत्य है।

गुण (2) आयनिक कंडक्टिविटी सुपरकंडक्टरों का गुण नहीं है।

गुण (3) चुम्बकीय क्षेत्र से संक्रमण तापमान में वृद्धि सुपरकंडक्टरों के लिए सत्य नहीं है।

गुण (4) बड़े धारा द्वारा लंबे गोलाकार तार में सुपरकंडक्टिविटी का ह्रास सुपरकंडक्टरों के लिए सत्य है।

इसलिए, सुपरकंडक्टर द्वारा प्रदर्शित सही गुण हैं:

(1) पूर्ण डायमैग्नेटिज़्म
(4) बड़े धारा द्वारा लंबे गोलाकार तार में सुपरकंडक्टिविटी का ह्रास

तो सही उत्तर है विकल्प 3: 1, 3 और 4।

व्याख्या:

चालकों, अर्धचालकों और विद्युतरोधी पदार्थों के लिए ऊर्जा बैंड आरेख

परिभाषा: ऊर्जा बैंड आरेख ठोस में इलेक्ट्रॉनों के लिए उपलब्ध ऊर्जा स्तरों का एक चित्रमय निरूपण है। यह पदार्थों के विद्युत गुणों को समझने में मदद करता है, जिन्हें उनके निषिद्ध ऊर्जा अंतराल की चौड़ाई के आधार पर मोटे तौर पर चालक, अर्धचालक और विद्युतरोधी पदार्थों में वर्गीकृत किया जाता है।

कार्य सिद्धांत: ऊर्जा बैंड सिद्धांत इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तरों पर विचार करके ठोस में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार की व्याख्या करता है। प्रमुख बैंड हैं:

• संयोजकता बैंड: ऊर्जा बैंड जिसमें संयोजकता इलेक्ट्रॉन (बंधन में शामिल इलेक्ट्रॉन) होते हैं।
• चालन बैंड: ऊर्जा बैंड जहाँ मुक्त इलेक्ट्रॉन गति कर सकते हैं और विद्युत चालन में योगदान कर सकते हैं।
• निषिद्ध अंतराल (बैंड अंतराल): संयोजकता और चालन बैंड के बीच ऊर्जा अंतराल।

यह विकल्प चालकों, अर्धचालकों और विद्युतरोधी पदार्थों के लिए ऊर्जा बैंड आरेखों का सही वर्णन करता है:

• चालक: चालकों (जैसे धातुओं) में, संयोजकता बैंड और चालन बैंड ओवरलैप होते हैं, जिसका अर्थ है कि कोई निषिद्ध अंतराल नहीं है। इलेक्ट्रॉन आसानी से संयोजकता बैंड से चालन बैंड में जा सकते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनों की मुक्त गति और इस प्रकार उच्च विद्युत चालकता की अनुमति मिलती है।
• अर्धचालक: अर्धचालकों (जैसे सिलिकॉन) में एक संकीर्ण निषिद्ध अंतराल होता है। पूर्ण शून्य पर, चालन बैंड में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। हालांकि, उच्च तापमान पर, तापीय ऊर्जा संयोजकता बैंड से चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित कर सकती है, जिससे मध्यम विद्युत चालकता की अनुमति मिलती है। अपमिश्रण उनके प्रवाहकीय गुणों को और बदल सकता है।
• विद्युतरोधी पदार्थ: विद्युतरोधी पदार्थों (जैसे हीरा) में एक विस्तृत निषिद्ध अंतराल होता है। संयोजकता बैंड से चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा बहुत अधिक होती है, जिससे इलेक्ट्रॉनों के चालन में भाग लेना मुश्किल हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बहुत कम विद्युत चालकता होती है।

हल:

(A) सही है। तीन आयामों में, उपलब्ध संवेग अवस्थाओं के आयतन के कारण अवस्था घनत्व ऊर्जा के साथ बढ़ता है।
(B) गलत है। एक-आयामी निकाय में, अवस्था घनत्व ऊर्जा पर निर्भर करता है और स्थिर नहीं होता है।
(C) गलत है। दो आयामों में अवस्था घनत्व ऊर्जा से स्वतंत्र होता है, व्युत्क्रमानुपाती नहीं।
(D) सही है। अवस्था घनत्व g(E) प्रति इकाई ऊर्जा अंतराल में उपलब्ध क्वांटम अवस्थाओं की संख्या देता है।

Mistake Points

प्रश्न में संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बारे में पूछा जा रहा है, न कि परमाणु की संयोजकता के बारे में। चूंकि एक संयोजी इलेक्ट्रॉन बाहरी कोश इलेक्ट्रॉनों की संख्या है जो एक परमाणु से जुड़ा होता है, फॉस्फोरस में 5 और सिलिकॉन में 4 संयोजी इलेक्ट्रॉन होंगे।

सही उत्तर 5 और 4 है।

व्याख्या:

• संयोजी इलेक्ट्रॉन एक बाहरी कोश इलेक्ट्रॉन है जो एक परमाणु से जुड़ा होता है।
• ये इलेक्ट्रॉन एक रासायनिक आबंध के निर्माण में भाग ले सकते हैं।

Key Points

• सिलिकॉन के पहले कोश में दो इलेक्ट्रान होते हैं, दूसरे कोश में आठ इलेक्ट्रान होते हैं और तीसरे कोश में चार (4) इलेक्ट्रान होते हैं।
• चूँकि तीसरे कोश में इलेक्ट्रॉन सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए सिलिकॉन में चार संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं।
• फॉस्फोरस परमाणु क्रमांक 15 के साथ एक पंचसंयोजक तत्त्व है, जिसका अर्थ है कि इसके सबसे बाहरी कोश में 5 संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं।

अर्धचालक के गुण:

• अर्धचालक ऐसे पदार्थ हैं जिसमें चालक (सामान्यतौर पर धातु) और गैर-चालक या अवरोधक (सिरेमिक जैसे) के बीच एक चालकता होती है।
• अर्धचालक गैलियम आर्सेनाइड जैसे यौगिक या जर्मेनियम या सिलिकॉन जैसे तत्व हो सकते हैं।
• अर्धचालक में लगभग खाली चालन बंध और लगभग भरे हुए रासायनिक संयोजन बंध होते हैं।
• अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता छिद्रों के गतिशीलता की तुलना में उच्च होती है।
• इसकी प्रतिरोधक 10-5 से 106 Ωm के बीच है।
• चालकता 10-5 से 10-6 mho/m के बीच है।
• अर्धचालकों के लिए प्रतिरोध का तापमान गुणांक ऋणात्मक है।
• अर्धचालक में धारा प्रवाह मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन और छिद्र के कारण होता है।

• एवेलांश विभंग वह घटना है जिसमें डायोड की रेटेड क्षमता से आगे मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि होती है; इसके परिणामस्वरूप विपरीत अभिनत की स्थिति में डायोड के माध्यम से भारी धारा का प्रवाह होता है
• एवेलांश विभंग अल्प अपमिश्रित डायोड में होता है
• जेनर विभंग मुख्य रूप से उच्च विद्युतीय क्षेत्र के कारण होता है; जब उच्च विद्युत क्षेत्र को PN जंक्शन डायोड पर लागू किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन PN - जंक्शन में प्रवाहित होना शुरू हो जाते हैं; साथ ही, विपरीत अभिनति में थोड़ी धारा विकसित होती है
• जेनर विभंग अत्यंत अपमिश्रित डायोड में होता है

 

एवेलांश और जेनर विभंग के बीच महत्वपूर्ण अंतर:

एवेलांश विभंग	जेनर विभंग
अल्प अपमिश्रित डायोड	अत्यंत अपमिश्रित डायोड
उच्च विपरीत विभव	निम्न विपरीत विभव
जंक्शन विरूपित होता है	जंक्शन विरूपित नहीं होता है
एक कमजोर विद्युतीय क्षेत्र उत्पादित होता है	एक मजबूत विद्युतीय क्षेत्र उत्पादित होता है
उच्च विपरीत विभव पर होता है	निम्न विपरीत विभव पर होता हैं

विभिन्न पदार्थों के प्रतिरोध पर तापमान का प्रभाव:

चालक: जब चालकिय पदार्थ का तापमान बढ़ता है, तो उस विशिष्ट पदार्थ का प्रतिरोध बढ़ता है।

विद्युत् रोधक: जब चालकिय पदार्थ का तापमान बढ़ता है, तो उस विशिष्ट पदार्थ का प्रतिरोध कम होता है।

अर्धचालक: जब अर्ध-चालकिय पदार्थ का तापमान बढ़ता है, तो उस विशिष्ट पदार्थ का प्रतिरोध कम होता है।

एक पदार्थ के लिए ऋणात्मक गुणांक का अर्थ है कि इसका प्रतिरोध तापमान में वृद्धि के साथ कम होता है। इसलिए शुद्ध अर्धचालक पदार्थ में (सिलिकॉन और जर्मेनियम) विशेष रूप से प्रतिरोध का तापमान गुणांक ऋणात्मक होता है।

संकल्पना:

सही उत्तर विकल्प [3] है

• एक रासायनिक बंध बनाने के लिए एक तत्व के परमाणु की संयोजन क्षमता को इसकी संयोजकता कहा जाता है।
• किसी परमाणु के बाह्यतम इलेक्ट्रॉन कोश को संयोजी कोश कहा जाता है।
• किसी परमाणु के बाह्यतम कोश में उपस्थित इलेक्ट्रॉनों को संयोजी इलेक्ट्रॉन कहा जाता है।
• एक परमाणु के संयोजी इलेक्ट्रॉन एक रासायनिक अभिक्रिया में भाग लेते हैं क्योंकि उनके पास सभी आंतरिक इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है।
• किसी तत्व की संयोजकता है
  • संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर
  • संयोजी कोश में आठ इलेक्ट्रॉनों को पूरा करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर।
• किसी धातु की संयोजकता = संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या
• किसी अधातु की संयोजकता = 8 - संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या
• उदा. के लिए:
  • सोडियम (Z = 11) इलेक्ट्राॅनिक विन्यास = 2,8,1
    • संयोजकता = 1
  • मैग्नेशियम(Z = 2) इलेक्ट्राॅनिक विन्यास = 2,8,2
    • संयोजकता = 2
  • क्लोरीन (Z = 17) इलेक्ट्राॅनिक विन्यास = 2,8,7
    • संयोजकता = 8 - 7 = 1
  • ऑक्सीजन = 8 इलेक्ट्राॅनिक विन्यास = 2,6
    • संयोजकता = 8 - 6 = 2

अन्तर्निहित अर्धचालक में वाहक संकेन्द्रण ऊर्जा अंतर पर निर्भर करता है। जर्मेनियम और सिलिकॉन के स्थिति में जर्मेनियम की अंतर्निहित वाहक एकाग्रता सिलिकॉन की तुलना में अधिक होती है क्योंकि जर्मेनियम में ऊर्जा अंतर सिलिकॉन की तुलना में कम होता है।

जिस अर्धचालक में अशुद्धियों को जोड़ा जाता है उन्हे बाह्य अर्धचालक कहा जाता है। जब अशुद्धियों को आंतरिक अर्धचालक में जोड़ा जाता है, तो यह एक बाहरी अर्धचालक बन जाता है। अर्धचालक में अशुद्धियों को जोड़ने की प्रक्रिया को डोपिंग अर्थात अपमिश्रण कहा जाता है। बाह्य अर्धचालकों में जोड़ी गई अशुद्धता एक दस लाख में 1 के क्रम में होती है।

निम्न तापमान पर संयोजी बंध इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा चालन बंध में जाने के लिए पर्याप्त नहीं होती है। इसलिए चालन के लिए बहुत कम मुक्त-इलेक्ट्रॉन उपलब्ध होंगे। अतः निम्न तापमान पर अर्धचालक का प्रतिरोध उच्च होता है।