PN જંક્શન

આપણે અગાઉના વિડીઓમાં જોઈ ગયા કે જો તમે શુદ્ધ અર્ધવાહક લો અને તેમાં સમૂહ તીરના તત્વને ઉમેરો જેમકે બોરોન જેની પાસે ફક્ત 3 બેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન છે તો તે ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે એટલે કે acceptance એટલેકે ગ્રાહી તરીકે કામ કરે છે પરિણામે આપણે તેનામાં ઘણા બધા હોલ જોઈ શકીએ.આ પ્રમાણે બોરોન પોતે ઋણ વિદ્યુત ભારિત થશે પરંતુ તે સ્થિર છે તે ગતિ કરી શકતો નથી તે સ્ફટિકમાં બંધાયેલો છે પરંતુ હવે આહોલ મેજોરીટી ચાર્જ કેરિઅર તરીકે કામ કરે છે આપણે એવી કલ્પના કરી શકીએ કે આપણી પાસે ઋણ વિદ્યુતભારિત અર્ધવાહકનો એક પલંગ છે જેની ઉપર આપણી પાસે આ હોલનો વાયુ છે આપણે બ્લેંકેટ તરીકે વિચારી શકીએ પરિણામે આ આખી જ બાબત તટસ્થ છે હોલ એ ધન વિદ્યુતભારિત છે તે મેજોરીટી ચાર્જ કેરિઅર છે અને આ પ્રકારના અર્ધવાહકને p પ્રકારના અર્ધવાહક તરીકે ઓળખીએ છીએ.તેવીજ રીતે જો તમે 15 ના સમૂહ ને ઉમેરો કંઈક આ પ્રમાણે જેમ કે ફોસ્ફરસ જેની પાસે પાંચ બેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન છે તે એક વધારાના ઈલેક્ટ્રીકનું દાન કરે છે પરિણામે તે ધન વિદ્યુતભારિત થાય છે આ પ્રમાણે તો પણ ફોસ્ફરસ આયર્ન ગતિ કરી શકતા નથી ફરીથી આપણે તેને ધન વિદ્યુતભાર સાથેના પલંગ તરીકે વિચારી શકીએ જેની ઉપર આ વાયુના ઇલેક્ટ્રોન યાદચ્છિક રીતે ગતિ કરી રહ્યા છે પરિણામે આ આખો અર્ધવાહક તટસ્થ છે હવે આપણી પાસે બહુસંખ્યક વિદ્યુત વાહક તરીકે અહીં ઋણ વિદ્યુતભાર છે તેથી આપણે તેને n પ્રકારનો અર્ધવાહક કહીશું. આપણે આના વિશે અગાઉના વીડિયોમાં ઊંડાણપૂર્વક વાત કરી ગયા છે માટે જો તમે તેનું પુનરાવર્તન કરવા માગતા હોવ તો તમે તે વીડિયોને સૌપ્રથમ જુઓ અને પછી અહીં આવો પરંતુ આ વીડિયોમાં આપણે ખૂબ જ રસપ્રદ બાબત કરવા જઈ રહ્યા છીએ આપણે p પ્રકારનું અને n પ્રકારનું અર્ધવાહક લઈશું અને તે બંનેને જોડીશું અને પછી હું તમને પ્રશ્ન પૂછીશ કે શું થાય? જો તમારી પાસે આ બંને સ્વતંત્ર સ્ફટિક હોય અને તમે તે બંનેને એકબીજાની સાથે જોડો તો કંઈ થશે નહીં કારણકે જો તમે આ બંનેને એકબીજા સાથે ગુંદર વડે જોડો અને પછી તેને માઇક્રોસ્કોપિક લેવલે જુઓ તો તેમની વચ્ચે ઘણા બધા ગેપ હશે માટે તે બંને જુદા જુદા પાત્ર તરીકે વર્તે છે જેમાં વાયુઓ આવેલા છે પરિણામે તેમની વચ્ચે કોઇ પ્રક્રિયા થશે નહીં જો તમારે ખરેખર તેમની વચ્ચે કંઈક કરાવવું હોય તો તમારે એક સ્ફટિકની રચના કરવી પડે જેમાં એક બાજુ p પ્રકાર હોય અને બીજી બાજુ n પ્રકાર હોય વાસ્તવમાં આવા સ્ફટિકની રચના કરવી ઘણી જટિલ છે પરંતુ આપણે અહીં ધારી લઈએ કે આપણે એમાં સ્ફટિકની રચના કરીએ છીએ જો આપણે એક જ સ્ફટિકની રચના કરીએ તો તે કંઈ આ પ્રમાણે દેખાશે જેમાં એકબાજુ ઘણા બધા હોલ છે અને બીજી બાજુ ઘણા બધા ઇલેક્ટ્રોન તમે વિડિયો અટકાવો અને હવે શું થાય તેના વિશે વિચારો તમે કદાચ વિચારી શકો કે આ ઈલેક્ટ્રોન અને હોલ વચ્ચે આકર્ષણ થશે કારણ કે એક ઋણ વિદ્યુતભારિત છે અને બીજો ધન વિદ્યુતભારિત પરંતુ આ ખોટું છે તે સૌથી ખોટો ખ્યાલ છે હોલ ઇલેક્ટ્રોન સાથે આકર્ષાય શકે નહીં કારણ કે વાસ્તવમાં હોલ એ કોઈ કણ નથી યાદ રાખો કે તેઓ ઇલેક્ટ્રોનની ગેરહાજરીને કારણે ઉદભવે છે તે સહસંયોજક બંધમાં રહેલી ખાલી જગ્યા છે માટે તેઓ ઇલેક્ટ્રોન સાથે આકર્ષાય શકે નહીં તેથી તે પ્રમાણે વિચારશો નહીં તેમના વિશે સારી રીતે વિચારવાની એક રીત એ છે કે આપણે તેમને y તરીકે લઈએ. તમે એવું વિચારો કે આપણી પાસે પાત્રમાં એક બાજુ એક પ્રકારનો વાયુ છે અને પાત્રની બીજીબાજુ બીજા પ્રકારનો વાયુ છે અને આપણે તેમની વચ્ચેના પડદાને હટાવી લીધો છે તો હવે અહીં શું થાય? વાયુ સાથે શું થાય? તે આપણે જાણીએ છીએ કે તેઓ એકબીજાની સાથે મિશ્રીત થઇ જશે જેને આપણે ડીફ્યૂશન એટલે કે વિસરણ કહીએ છીએ આ એક યાદચ્છિક પ્રક્રિયા છે જેમાં કણો વધુ સાંદ્રતા ધરાવતા વિસ્તારમાંથી ઓછી સાંદ્રતા ધરાવતા વિસ્તાર તરફ ગતિ કરે છે આપણી પાસે અહીં ઘણા બધા હોલ છે પરિણામે તેમનું વિસરણ n પ્રકાર તરફ થશે અને તેવી જ રીતે અહીં ઘણા બધા ઇલેક્ટ્રોન છે માટે તેમનું વિસરણ p પ્રકાર તરફ થાય પરિણામે તે હવે કંઈ આ પ્રકારે દેખાય છે તમે અહીં જોઈ શકો કે અહીંથી હોલનું વિસરણ n તરફ થયું છે અને અહીંથી ઇલેક્ટ્રોનનું વિસરણ p તરફ થયું છે પરંતુ તમે એ પણ નોંધી શકો કે વિસરણ ફક્ત આટલા જ વિસ્તારમાં થાય છે અહીં આ જગ્યાએ વિસરણ થશે નહીં આ જગ્યાએ રહેલા હોલ આ બાજુએ ગતિ કરશે નહિ કારણ કે અહીં તેમની સાંદ્રતામાં કોઈ તફાવત જોવા મળતો નથી તે જ રીતે આ છેડા આગળ તમને કોઈપણ પ્રકારનું વિસરણ જોવા મળશે નહીં તમને ફક્ત આ જંકશન આગળ જ મિશ્રણ જોવા મળે હવે આ વિસરણને કારણે ઈલેક્ટ્રોન અને હોલ એકબીજાની ખૂબ જ નજીક આવી જશે અને આપણે જાણીએ છીએ કે જ્યારે તેઓ એકબીજાની ખૂબ જ નજીક આવી જાય ત્યારે તેઓ એકબીજાનો નાશ કરે છે કંઈક આ રીતે તેઓ એકબીજાની સાથે ફરીથી સંયોજાય છે આમ જંકશન આગળના વિદ્યુતવાહકોનો સંપૂર્ણ રીતે નાશ થઈ જાય છે હવે પછી શું થાય? હવે કદાચ આપણને થશે કે આ ભાગમાં અને આ ભાગમાં કણનું વિસરણ થાય આ ભાગમાં રહેલા હોલ n પ્રકાર તરફ વિસરણ પામે અને આ ભાગમાં રહેલા ઈલેક્ટ્રોન p પ્રકાર તરફ વિસરણ પામે અને તેઓ ફરીથી સંયોજાય અને તેઓ ફરીથી નાશ થાય અને પછી કદાચ આપણે એવી અપેક્ષા રાખી શકીએ કે સમય જતાં અહીં રહેલા બધા જ હોલ અને અહીં રહેલા બધા જ ઇલેક્ટ્રોન આ વિસ્તારમાં વિસરણ પામશે તેઓ એકબીજાની સાથે મિશ્ર થઇ જશે જેવી રીતે વાયુઓ મિશ્રિત થાય છે તેઓ એકબીજાની સાથે ભેગા થશે અને એકબીજાનો નાશ કરશે જેના કારણે બધાં જ ઇલેક્ટ્રોન અને હોલ દૂર થઈ જશે અને જો આવું થાય તો તે ખૂબ જ ખરાબ બાબત છે કારણ કે આપણે અહીં સુધી પહોંચવા ઘણો પ્રયત્ન કર્યો છે સદનસીબે આવું કશું થતું નથી કારણ કે વાયુના અણુઓ તેમજ હોલ્સ અને ઇલેકટ્રોન્સની વચ્ચે એક મુખ્ય તફાવત છે આપણે અહીં વિદ્યુતભારિત કણો સાથે કામ કરી રહ્યા છીએ પરિણામે આ બધા જ હોલ્સ અને ઇલેક્ટ્રોનસ એકબીજાની સાથે મિશ્ર થશે નહીં તે મિશ્રિત થવાનું તરત જ બંધ કરી દેશે શું તમે એવું વિચારી શકો કે આવું શા કારણે થાય છે? વિડીયો અટકાવો અને વિચારો. શું તમે આકૃતિ જોઇને કહી શકો કે બધા જ ઈલેક્ટ્રોનસ અને હોલ એકબીજાની સાથે મિશ્રિત થતા નથી તેનો જવાબ આ વિસ્તારમાં છુપાયેલો છે અગાઉ વિદ્યુતભારિત વાહકોનો નાશ થાય છે જેના કારણે આ ઋણ આયર્ન અને આ ધન આયર્ન બને છે અને હવે જ્યારે આ હોલ n પ્રકાર તરફ જશે ત્યારે આ ધન આયર્નને કારણે તેઓ અપાકર્ષણ પામે જ્યારે તેઓ તેની નજીક પહોંચે અને આકર્ષણને કારણે પાછા વળી જાય અને તેઓ ફરીથી અહીં ગોઠવાઈ જાય અને તેવી જ રીતે જ્યારે આ ઇલેક્ટ્રોન વિસરણ પામવાનો પ્રયત્ન કરે ત્યારે બોરોન આયર્નને કારણે તેઓ અપાકર્ષણ પામશે અને ફરીથી અહીં ગોઠવાઈ જાય નોંધો કે અહીં આ અશુદ્ધ આર્યનો વિસરણ માટે એક બેરિયર તરીકેનું કામ કરે છે પરંતુ આમાંના કેટલાક હોલ પાસે પૂરતી ઊર્જા હશે જેથી અહીં અપાકર્ષણ બળ હોવા છતાં તેઓ આ બાજુ વિસરણ પામે અને તેવી જ રીતે અહીંના કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન પાસે પૂરતી ઊર્જા હશે જેથી તેઓ બોરોન આયર્ન તરફ અપાકર્ષાય તો પણ તેઓ વિસરણ પામે અને પરિણામે તેઓ અહીં ફરીથી ભેગા થઈ જાય નોંધો કે અહીં જેટલું વિસરણ વધારે થશે તે કદાચ તમને વધારે આયન મળશે અને તેના કારણે વિસરણની પ્રક્રિયા વધારે અઘરી બને કારણ કે આકર્ષણબળ વધી જાય આમ આ પ્રક્રિયા ક્યાં જશે તે આપણે વિચારી શકીએ જો વિસરણ વધારે ને વધારે થાય તો આપણને વધુ આયર્ન મળે જેના કારણે વિસરણની પ્રક્રિયા ધીમી પડતી જાય અને કદાચ તે અટકી પણ જાય તે તદ્દન અટકી જશે નહિ વિસરણની પ્રક્રિયા ઘણી ધીમી થશે કારણકે તમે જોઈ શકો કે આ બેરિઅર વધે છે આકર્ષણબળ પણ વધે છે પરંતુ ત્યાં હંમેશા એવા ઇલેક્ટ્રોન્સ અને હોલ હશે જેમની પાસે પૂરતી ઊર્જા હોય જેથી તેઓ આ બેરિઅરને પસાર કરી શકે યાદ કરો કે આપણે માઇનોરિટી ચાર્જ કેરિયરસ અવગણીએ છીએ. યાદ કરો કે p પ્રકારમાં આપણી પાસે આ ઇલેક્ટ્રોન પણ આવેલા છે અને n પ્રકારમાં આ હોલ પણ આવેલા છે આપણે તેમના વિશે વધારે વાત કરતા નથી પરંતુ તે હવે આમાં અગત્યનો ભાગ ભજવે છે આપણે અહીં આ ઇલેક્ટ્રોન પર ધ્યાન આપીએ ધારો કે અહીં રહેલો આ ઇલેક્ટ્રોન પોતાની રીતે આસપાસ ગતિ કરે છે અને આ ઇલેક્ટ્રોન ધારો કે ગતિ કરતો કરતો અહીં આ વિસ્તારની નજીક પહોંચે છે અને હવે અહીં આ ધન વિદ્યુતભાર છે જેના કારણે આ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષાય છે n પ્રકાર તરફ વહન પામે છે તે હવે n પ્રકારમાં જોડાઈ જાય છે તેવી જ રીતે જો આપણે આ હોલની વાત કરીએ તો આ હોલ પણ આ n પ્રકારમાં ગતિ કરે છે અને પછી તે ગતિ કરતો કરતો આ વિસ્તારમાં આવી જાય છે તે ઋણ આયર્ન સાથે આકર્ષાય છે અને પરિણામે તેનું વિસરણ p પ્રકારમાં થાય છે શું તમે અહીં જોઈ શકો કે અહીં કોઈક બીજા પ્રકારની ગતિ થઈ રહી છે જે સંપૂર્ણપણે વિરુદ્ધ દિશામાં છે વિસરણની પ્રક્રિયામાં જે આ હોલ્સ p થી n તરફ ગતિ કરી રહ્યા છે અને આ બેરિઅર તરીકે કામ કરે છે પરંતુ જો આપણે માઈનોરીટી ચાર્જ કેરીઅરની વાત કરીએ જેમ કે આ n પ્રકારમાં આવેલા હોલ તો તેઓ વિરુદ્ધ દિશામાં ગતિ કરે છે અને અહીં રહેલા આયર્ન તેઓ તેમની ગતિમાં ફાયદો કરે છે આમ આપણને બીજા પ્રકારની ગતિ જોવા મળે છે જે વિરુદ્ધ દિશામાં છે આમ સમય જતાં વિસરણની પ્રક્રિયા ધીમી થતી જાય છે કે ઘટતી જાય છે અને આ બીજા પ્રકારની ગતિ વધતી જાય છે આ બંને ગતિ વિરુદ્ધ દિશામાં થાય છે અને પરિણામે આપણે જોઇશું કે જ્યારે આ એક હોલ n પ્રકાર તરફ વિસરણ પામે છે ત્યારે એક હોલ આ આયર્નને કારણે p પ્રકારમાં જાય છે અને તેવી જ રીતે જ્યારે એક ઇલેક્ટ્રોન p પ્રકાર તરફ વિસરણ પામે છે ત્યારે આ એક ઈલેક્ટ્રોન આયર્નને કારણે n પ્રકારમાં જાય છે પરિણામે જો આપણે સરેરાશ સંખ્યાની વાત કરીએ તો તેમાં p માં રહેલા હોલની સંખ્યા અને n માં રહેલા ઈલેક્ટ્રોનની સંખ્યા સમાન થાય છે અને આ પરિસ્થિતિ ત્યારે જ આવશે જયારે આપણે સંતુલિત અવસ્થાએ પહોંચી ગયા હોઈશું અને આપણે આ ખ્યાલને pn જંકશન કહીએ છીએ અને તે ખૂબ જ અગત્યનો ખ્યાલ છે માટે આ ખ્યાલનો પુનરાવર્તન કરીએ જ્યારે pn જંક્શન રચાવાની શરૂઆત થાય છે ત્યારે આ હોલનું વિસરણ n પ્રકારના થાય અને ઇલેક્ટ્રોનનું વિસરણ p પ્રકારમાં થાય પરિણામે તેઓ ભેગા થવાની શરૂઆત કરે છે અને એકબીજાનો નાશ કરે છે જેના કારણે આપણને આ રીતે અશુદ્ધ આયર્ન મળે છે.આ આયર્ન બેરિઅર તરીકે કામ કરે છે જે વિસરણની પ્રક્રિયાને ધીમી પાડે છે પરંતુ વિસરણની પ્રક્રિયા થવાનું ચાલુ રહે છે હવે આ માઇનોરિટી ચાર્જ કેરિયર આ આયર્નને કારણે વિરુદ્ધ દિશામાં ગતિ કરે છે પરિણામે આપણને સંતુલિત અવસ્થા મળે છે જેમાં દરેક હોલના વિસરણ માટે એક હોલ ફરીથી પાછો આવે છે અને દરેક ઇલેક્ટ્રોનના વિસરણ માટે એક ઇલેક્ટ્રોન ફરી પાછો આવે છે અને આ ખૂબ જ ઉપયોગી સાધન છે કારણ કે તે એક દિશામાં સુવાહક તરીકે કામ કરે છે.