চট্টগ্রাম বোর্ড ২০২৩ — সেমিকন্ডাক্টর ও ইলেকট্রনিক্স সৃজনশীল প্রশ্ন ও সমাধান

বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীর পরিবাহিতা বৃদ্ধির জন্য এর মধ্যে নিয়ন্ত্রিত পরিমাণে উপযুক্ত ত্রিযোজী বা পঞ্চযোজী অপদ্রব্য মেশানোর প্রক্রিয়াকে ডোপিং বলে।

বিশুদ্ধ চতুর্যোজী অর্ধপরিবাহীতে (যেমন Si, Ge) পঞ্চযোজী অপদ্রব্য (যেমন As, P) মেশালে n-টাইপ অর্ধপরিবাহী তৈরি হয়।

অপদ্রব্য পরমাণুর পাঁচটি যোজী ইলেকট্রনের চারটি সমযোজী বন্ধন গঠন করে, পঞ্চমটি মুক্ত ইলেকট্রন হিসেবে থাকে।

মুক্ত ইলেকট্রনটি ছেড়ে দেওয়ায় অপদ্রব্য পরমাণুটি ধনাত্মক দাতা আয়নে পরিণত হয়, যা কেলাসে স্থির থাকে।

অর্থাৎ যতগুলো মুক্ত ইলেকট্রন সৃষ্টি হয়, ঠিক ততগুলো ধনাত্মক আয়নও সৃষ্টি হয়; তদুপরি তাপীয়ভাবে সৃষ্ট ইলেকট্রন-হোল জোড়ও সমান সংখ্যক।

তাই মোট ধনাত্মক আধান ও মোট ঋণাত্মক আধান সমান থাকে। মূলত ডোপিংয়ে কেবল নিরপেক্ষ পরমাণু যোগ করা হয়, কোনো বাড়তি আধান যোগ করা হয় না।

অতএব, n-টাইপ অর্ধপরিবাহী তড়িৎ নিরপেক্ষ।

উদ্দীপকের বর্তনীতে ইনপুট নিঃসারক-ভূমি এবং আউটপুট সংগ্রাহক-ভূমি পথে নেওয়া হয়েছে, অর্থাৎ ভূমি সাধারণ; তাই এটি সাধারণ ভূমি বিন্যাস এবং এর প্রবাহ বিবর্ধন α=I_CI_E।

আমরা জানি,

I_E=I_B+I_C

বা, I_C=I_E−I_B=5−0.025=4.975 mA

আবার, α=I_CI_E

বা, α=4.9755

∴ α=0.995

অতএব, উদ্দীপকের বিন্যাসে প্রবাহ বিবর্ধন 0.995।

বহির্গামীতে ক্ষমতা লোড রোধ R_L এ ব্যয় হয়, P=I2CR_L। প্রয়োজনীয় সংগ্রাহক প্রবাহ বের করে, α অপরিবর্তিত ধরে নিঃসারক প্রবাহ নির্ণয় করি।

আমরা জানি,

P=I2CR_L

বা, I_C=PR_L=53000

বা, I_C=0.04082 A=40.82 mA

আবার, α=I_CI_E

বা, I_E=I_Cα=40.820.995

∴ I_E=41.03 mA

এক্ষেত্রে ভূমি প্রবাহ হবে I_B=I_E−I_C=41.03−40.82=0.21 mA। দেখা যায়, বর্তমান 5 mA নিঃসারক প্রবাহে বহির্গামী ক্ষমতা মাত্র I2CR_L=(4.975×10⁻³)²×3000=0.074 W; 5 W পেতে নিঃসারক প্রবাহ প্রায় 8.2 গুণ বাড়াতে হবে।

অতএব, নিঃসারক বাহুর মধ্য দিয়ে 41.03 mA তড়িৎ প্রবাহ পাঠালে বহির্গামীতে 5 W ক্ষমতা পাওয়া যাবে।