সেমিকন্ডাক্টর ও ইলেকট্রনিক্স — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্রের ১০ম অধ্যায়। এখানে ৭৫১টি প্রশ্ন আছে — বোর্ড, ঢাবি, বুয়েট আর মেডিকেল ভর্তি পরীক্ষা থেকে বাছাই করা, প্রতিটার নিচে পূর্ণ ব্যাখ্যা দেওয়া। উত্তর দেখার আগে নিজে একবার চেষ্টা করে নিও।
৭৫১ প্রশ্ন
২য় পত্র
অধ্যায় ১০
পাতা ১/৩৮
-
১
কঠিন পদার্থে শক্তি ব্যান্ড কীভাবে সৃষ্টি হয়?
- ক পরমাণুর নিউক্লিয়াস ভেঙে গিয়ে
- খ বহু পরমাণু কাছাকাছি এলে তাদের বিচ্ছিন্ন শক্তিস্তর ভেঙে অসংখ্য কাছাকাছি স্তরে পরিণত হয়
- গ ইলেকট্রন হারিয়ে গিয়ে
- ঘ তাপ প্রয়োগে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) বহু পরমাণু কাছাকাছি এলে তাদের বিচ্ছিন্ন শক্তিস্তর ভেঙে অসংখ্য কাছাকাছি স্তরে পরিণত হয়
একক পরমাণুতে শক্তিস্তর বিচ্ছিন্ন। স্ফটিকে কোটি কোটি পরমাণু কাছাকাছি এলে পাউলির বর্জন নীতির কারণে প্রতিটি স্তর অসংখ্য অতি কাছাকাছি উপস্তরে ভেঙে যায়।
এরা এত ঘন যে কার্যত অবিচ্ছিন্ন — একেই বলে শক্তি ব্যান্ড। -
২
যোজন ব্যান্ড (valence band) কাকে বলে?
- ক যে ব্যান্ড সম্পূর্ণ ফাঁকা
- খ যে ব্যান্ডে মুক্ত ইলেকট্রন চলাচল করে
- গ দুই ব্যান্ডের মধ্যবর্তী ফাঁকা অঞ্চল
- ঘ যে ব্যান্ডে যোজন ইলেকট্রনগুলো অবস্থান করে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) যে ব্যান্ডে যোজন ইলেকট্রনগুলো অবস্থান করে
পরমাণুর সবচেয়ে বাইরের কক্ষপথের (যোজন) ইলেকট্রনগুলো যে ব্যান্ডে থাকে, তা-ই যোজন ব্যান্ড।
এখানকার ইলেকট্রন বন্ধনে আটকা, তাই সাধারণত পরিবহনে অংশ নিতে পারে না। -
৩
পরিবহন ব্যান্ড (conduction band) কী?
- ক যে ব্যান্ডে ইলেকট্রন মুক্তভাবে চলাচল করে তড়িৎ প্রবাহ সৃষ্টি করতে পারে
- খ যে ব্যান্ডে ইলেকট্রন বন্ধনে আটকা থাকে
- গ নিউক্লিয়াসের ব্যান্ড
- ঘ নিষিদ্ধ অঞ্চল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) যে ব্যান্ডে ইলেকট্রন মুক্তভাবে চলাচল করে তড়িৎ প্রবাহ সৃষ্টি করতে পারে
যোজন ব্যান্ডের ওপরের ব্যান্ডটিই পরিবহন ব্যান্ড। এখানকার ইলেকট্রন বন্ধনমুক্ত, তাই তড়িৎ ক্ষেত্র প্রয়োগ করলেই চলাচল করে প্রবাহ সৃষ্টি করে।
বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীতে 0 K তাপমাত্রায় এটি সম্পূর্ণ ফাঁকা থাকে। -
৪
নিষিদ্ধ শক্তি ব্যবধান (forbidden energy gap) কী?
- ক পরিবহন ব্যান্ডের উপরের অংশ
- খ যোজন ব্যান্ডের নিচের অংশ
- গ নিউক্লিয়াসের চারপাশের অঞ্চল
- ঘ যোজন ও পরিবহন ব্যান্ডের মধ্যবর্তী অঞ্চল, যেখানে কোনো ইলেকট্রন থাকতে পারে না
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) যোজন ও পরিবহন ব্যান্ডের মধ্যবর্তী অঞ্চল, যেখানে কোনো ইলেকট্রন থাকতে পারে না
দুই ব্যান্ডের মাঝের এই ফাঁকা অঞ্চলে কোনো অনুমোদিত শক্তিস্তর নেই, তাই কোনো ইলেকট্রন সেখানে থাকতে পারে না।
ইলেকট্রনকে এক লাফে পুরো ব্যবধান পেরিয়ে পরিবহন ব্যান্ডে যেতে হয়; এর প্রস্থ Eg পদার্থের শ্রেণি নির্ধারণ করে। -
৫
শক্তি ব্যান্ড ব্যবধান সাধারণত কোন এককে প্রকাশ করা হয়?
- ক জুল (J)
- খ ইলেকট্রন ভোল্ট (eV)
- গ ওয়াট (W)
- ঘ ভোল্ট (V)
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ইলেকট্রন ভোল্ট (eV)
ব্যান্ড ব্যবধান একটি শক্তি, আর পারমাণবিক স্কেলে জুল অতি বড় একক।
তাই eV ব্যবহার করা হয়: 1 eV = 1.6 × 10⁻¹⁹ J। সিলিকনের 1.1 eV, জার্মেনিয়ামের 0.7 eV। -
৬
পরিবাহীতে (ধাতুতে) শক্তি ব্যান্ডের বিন্যাস কেমন?
- ক দুই ব্যান্ডের মধ্যে বড় ব্যবধান থাকে
- খ দুই ব্যান্ডই সম্পূর্ণ ফাঁকা
- গ দুই ব্যান্ডই সম্পূর্ণ পূর্ণ
- ঘ যোজন ও পরিবহন ব্যান্ড পরস্পরকে অধিক্রমণ করে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) যোজন ও পরিবহন ব্যান্ড পরস্পরকে অধিক্রমণ করে
ধাতুতে যোজন ও পরিবহন ব্যান্ড পরস্পরকে ঢেকে দেয় (overlap), তাই নিষিদ্ধ ব্যবধান কার্যত শূন্য।
ফলে সামান্য তড়িৎ ক্ষেত্রেই বিপুল ইলেকট্রন চলাচল শুরু করে ও ধাতু চমৎকার পরিবাহী হয়। -
৭
অন্তরকের শক্তি ব্যান্ড ব্যবধান সাধারণত কত?
- ক 1 eV এর কাছাকাছি
- খ শূন্য
- গ 5 eV এর বেশি
- ঘ 0.1 eV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 5 eV এর বেশি
অন্তরকে ব্যান্ড ব্যবধান খুব বড় (> 5 eV) — হীরায় প্রায় 5.5 eV।
কক্ষ তাপমাত্রার তাপশক্তি (প্রায় 0.026 eV) এর তুলনায় নগণ্য, তাই কোনো ইলেকট্রনই লাফ দিতে পারে না এবং পরিবাহিতা প্রায় শূন্য। -
৮
অর্ধপরিবাহীর শক্তি ব্যান্ড ব্যবধান সাধারণত কত?
- ক প্রায় 1 eV
- খ 5 eV এর বেশি
- গ শূন্য
- ঘ 10 eV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) প্রায় 1 eV
অর্ধপরিবাহীতে ব্যান্ড ব্যবধান ছোট, প্রায় 1 eV (Si 1.1, Ge 0.7)।
তাই কক্ষ তাপমাত্রার তাপশক্তিতেই কিছু ইলেকট্রন লাফ দিতে পারে ও সামান্য পরিবাহিতা দেখা দেয় — ধাতু ও অন্তরকের মাঝামাঝি অবস্থান। -
৯
সিলিকন ও জার্মেনিয়ামের ব্যান্ড ব্যবধান যথাক্রমে কত?
- ক 0.7 eV ও 1.1 eV
- খ 5.5 eV ও 1.1 eV
- গ 1.1 eV ও 0.7 eV
- ঘ 1.1 eV ও 5.5 eV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 1.1 eV ও 0.7 eV
Si: 1.1 eV এবং Ge: 0.7 eV।
Ge-এর ব্যবধান ছোট বলে কক্ষ তাপমাত্রায় তার পরিবাহিতা বেশি, কিন্তু তাপীয় সংবেদনশীলতাও বেশি — এজন্যই আধুনিক ডিভাইসে সিলিকনই বেশি ব্যবহৃত হয়। -
১০
হীরা অন্তরক কিন্তু গ্রাফাইট পরিবাহী — কেন?
- ক গ্রাফাইটে কার্বন নেই
- খ হীরায় ইলেকট্রন নেই
- গ গ্রাফাইট ধাতু
- ঘ দুইটিতে কার্বন পরমাণুর বন্ধন বিন্যাস ভিন্ন, তাই ব্যান্ড গঠনও ভিন্ন
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) দুইটিতে কার্বন পরমাণুর বন্ধন বিন্যাস ভিন্ন, তাই ব্যান্ড গঠনও ভিন্ন
হীরায় প্রতিটি কার্বন চারটি সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ, কোনো মুক্ত ইলেকট্রন নেই — ব্যান্ড ব্যবধান 5.5 eV।
গ্রাফাইটে প্রতিটি কার্বনের একটি ইলেকট্রন মুক্তভাবে ছড়ানো, তাই সে স্তর বরাবর পরিবাহী। উপাদান এক, গঠন ভিন্ন — ধর্মও ভিন্ন। -
১১
0 K তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহী কেমন আচরণ করে?
- ক সম্পূর্ণ অন্তরকের মতো
- খ ভালো পরিবাহীর মতো
- গ অতিপরিবাহীর মতো
- ঘ ধাতুর মতো
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) সম্পূর্ণ অন্তরকের মতো
0 K-এ কোনো তাপশক্তি নেই, তাই কোনো ইলেকট্রনই ব্যান্ড ব্যবধান পেরোতে পারে না।
যোজন ব্যান্ড সম্পূর্ণ পূর্ণ, পরিবহন ব্যান্ড সম্পূর্ণ ফাঁকা — অর্থাৎ নিখুঁত অন্তরক। -
১২
অর্ধপরিবাহীতে হোল (hole) কী?
- ক একটি ধনাত্মক কণা
- খ যোজন ব্যান্ডে ইলেকট্রনের শূন্যস্থান, যা ধনাত্মক আধান বাহকের মতো আচরণ করে
- গ নিউক্লিয়াসের ফাঁকা জায়গা
- ঘ স্ফটিকের ফাটল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) যোজন ব্যান্ডে ইলেকট্রনের শূন্যস্থান, যা ধনাত্মক আধান বাহকের মতো আচরণ করে
ইলেকট্রন লাফ দিয়ে পরিবহন ব্যান্ডে গেলে যোজন ব্যান্ডে যে শূন্যস্থান থাকে, তা-ই হোল।
পাশের ইলেকট্রন সেখানে সরে এলে হোলটি উল্টো দিকে সরে যায় — তাই এটি ধনাত্মক আধান বাহকের মতো আচরণ করে। এটি আলাদা কোনো কণা নয়। -
১৩
অর্ধপরিবাহীতে তড়িৎ প্রবাহ কীভাবে ঘটে?
- ক শুধু ইলেকট্রনের চলাচলে
- খ ইলেকট্রন ও হোল উভয়ের চলাচলে
- গ শুধু হোলের চলাচলে
- ঘ শুধু আয়নের চলাচলে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ইলেকট্রন ও হোল উভয়ের চলাচলে
অর্ধপরিবাহীতে দুই ধরনের আধান বাহক — পরিবহন ব্যান্ডে ইলেকট্রন ও যোজন ব্যান্ডে হোল।
মোট প্রবাহ দুইটির যোগফল। ধাতুতে কিন্তু কেবল ইলেকট্রনই বাহক — এটিই দুইটির মৌলিক পার্থক্য। -
১৪
হোল ও ইলেকট্রন তড়িৎ ক্ষেত্রে কোন দিকে চলে?
- ক দুইটিই ক্ষেত্রের দিকে
- খ দুইটিই বিপরীত দিকে
- গ হোল বিপরীত দিকে, ইলেকট্রন ক্ষেত্রের দিকে
- ঘ হোল ক্ষেত্রের দিকে, ইলেকট্রন বিপরীত দিকে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) হোল ক্ষেত্রের দিকে, ইলেকট্রন বিপরীত দিকে
হোল ধনাত্মক বাহকের মতো, তাই ক্ষেত্রের দিকেই চলে; ইলেকট্রন ঋণাত্মক, তাই বিপরীত দিকে।
বিপরীত দিকে চললেও উভয়ের প্রবাহের দিক একই, তাই মোট প্রবাহ যোগ হয়ে যায়। -
১৫
তাপমাত্রা বাড়ালে অর্ধপরিবাহীর রোধের কী হয়?
- ক বেড়ে যায়
- খ অপরিবর্তিত থাকে
- গ শূন্য হয়ে যায়
- ঘ কমে যায়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) কমে যায়
তাপ বাড়লে বেশি সমযোজী বন্ধন ভেঙে ইলেকট্রন-হোল জোড়ার সংখ্যা বেড়ে যায়।
আধান বাহক বাড়ায় পরিবাহিতা বাড়ে ও রোধ কমে — ধাতুর ঠিক উল্টো আচরণ। -
১৬
অর্ধপরিবাহীর তাপমাত্রা সহগ কেমন?
- ক ঋণাত্মক
- খ ধনাত্মক
- গ শূন্য
- ঘ অসীম
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) ঋণাত্মক
তাপমাত্রা বাড়লে রোধ কমে, তাই রোধের তাপমাত্রা সহগ ঋণাত্মক।
ধাতুতে সহগ ধনাত্মক। থার্মিস্টর এই ঋণাত্মক সহগ কাজে লাগিয়েই তাপমাত্রা মাপে। -
১৭
ধাতুতে তাপমাত্রা বাড়লে রোধ বাড়ে কেন?
- ক ইলেকট্রনের সংখ্যা কমে যায়
- খ জালিকার কম্পন বেড়ে ইলেকট্রনের সংঘর্ষ বেড়ে যায়
- গ ইলেকট্রনের আধান কমে যায়
- ঘ ধাতু গলে যায়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) জালিকার কম্পন বেড়ে ইলেকট্রনের সংঘর্ষ বেড়ে যায়
ধাতুতে মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা আগে থেকেই সর্বোচ্চ, তাপে তা বাড়ে না।
কিন্তু তাপে জালিকার কম্পন বেড়ে যায়, ফলে ইলেকট্রন বেশি বাধা পায় ও রোধ বাড়ে। অর্ধপরিবাহীতে বাহক বৃদ্ধির প্রভাব এই বাধার প্রভাবকে ছাপিয়ে যায়। -
১৮
অর্ধপরিবাহীর আপেক্ষিক রোধ কোন পাল্লার মধ্যে থাকে?
- ক পরিবাহীর চেয়েও কম
- খ অন্তরকের চেয়েও বেশি
- গ সবসময় শূন্য
- ঘ পরিবাহী ও অন্তরকের মাঝামাঝি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) পরিবাহী ও অন্তরকের মাঝামাঝি
ধাতুর আপেক্ষিক রোধ প্রায় 10⁻⁸ Ωm, অন্তরকের 10¹² Ωm-এরও বেশি।
অর্ধপরিবাহীর মান এদের মাঝামাঝি (প্রায় 10⁻⁵ থেকে 10³ Ωm) — নামটি এখান থেকেই। -
১৯
বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীতে ফার্মি স্তরের অবস্থান কোথায়?
- ক পরিবহন ব্যান্ডের ভেতরে
- খ যোজন ব্যান্ডের ভেতরে
- গ পরিবহন ব্যান্ডের ওপরে
- ঘ নিষিদ্ধ ব্যবধানের ঠিক মাঝখানে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) নিষিদ্ধ ব্যবধানের ঠিক মাঝখানে
বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীতে ইলেকট্রন ও হোল সংখ্যায় সমান, তাই ফার্মি স্তর নিষিদ্ধ ব্যবধানের ঠিক মাঝখানে।
n-টাইপে এটি পরিবহন ব্যান্ডের দিকে সরে, p-টাইপে যোজন ব্যান্ডের দিকে। -
২০
তাপ ছাড়া আর কীভাবে অর্ধপরিবাহীতে ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি করা যায়?
- ক চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করে
- খ চাপ প্রয়োগ করে
- গ যথেষ্ট শক্তির আলো ফেলে
- ঘ শব্দ তরঙ্গ দিয়ে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) যথেষ্ট শক্তির আলো ফেলে
ফোটনের শক্তি ব্যান্ড ব্যবধানের চেয়ে বেশি হলে সে যোজন ব্যান্ডের ইলেকট্রনকে পরিবহন ব্যান্ডে তুলে দিতে পারে।
একেই বলা হয় আলোক-উত্তেজন। LDR ও সোলার সেল এই নীতিতেই কাজ করে।
সেমিকন্ডাক্টর ও ইলেকট্রনিক্স নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।