টপিকঃ সেমিকন্ডাক্টরের সরল পাঠ-১ম পর্ব

সেমিকন্ডাক্টরের বাংলা হলো অর্ধপরিবাহী। অর্ধপরিবাহী শব্দটি বলছে এমন ধরনের বস্তুর কথা যা অর্ধ বা অর্ধেক পরিবহন করে। একটু হাস্যকর হয়ে গেলো কথাটা। কি অর্ধেক পরিবহন করে? আসলে পরিবাহী বস্তু বা কন্ডাকটর বিদ্যুৎ পরিবহন করে সম্পূর্ণ পরিমানে। আর অপরিবাহী বস্তু বা নন-কন্ডাকটর পরিবহন করে শূন্য পরিমান। এই দুই চরম সীমান্তের মাঝামাঝিতে যার অবস্থান সেই অর্ধপরিবাহী। অর্থাৎ অর্ধপরিবাহীর বিদ্যুৎ পরিবহন করার সামর্থ্য বা ইচ্ছা সুপরিবাহী ও অপরিবাহীর মাঝামাঝি। এটা হচ্ছে বিদ্যুৎ পরিবহনের ধারনা থেকে অর্ধপরিবাহকের সংজ্ঞা।  রোধ বা রেজিস্টেন্স এর দৃষ্টিভঙ্গীতেও সেমিকন্ডাক্টরের সংজ্ঞা দেয়া যায়। কন্ডাক্টরের রেজিস্টেন্স তুলনামূলকভাবে অনেক কম থাকে (কপারের রেজিস্টিভিটি ১০-৮Ω-m), আর নন-কন্ডাক্টরের রেজিস্টেন্স (মাইকার ১০১১Ω-m) থাকে অনেক বেশী। সেমিকন্ডাক্টরের রেজিস্টেন্স থাকে এদের মাঝামাঝি (সিলিকনের ১০-৪Ω-m)।

সাধারণত পরিবাহকের পারমানবিক গঠন এমন হয় যে সামান্য পরিমান চাপাচাপি করলেই (অল্প বিভব পার্থক্য প্রয়োগে) সে বিদ্যুৎ পরিবহন করে। অর্ধপরিবাহীকে পরিবাহকের চেয়ে একটু বেশী সাধাসাধি করতে হয়। আর অপরিবাহক? তাকে শত অনুরোধ-উপরোধ-চাপাচাপি, এমনকী ধমক  দিলেও কোন লাভ হয় না- কোন মাত্রারই বিদ্যুৎ পরিবহন সম্ভব হয় না (বেচারার দোষ নাই, যে যেটা করতে পারেনা তাকে কোন কিছু বলেও লাভ নাই)। সত্যি কথা বলতে কোন বস্তু ইচ্ছা করে সুপরিবাহী বা অপরিবাহী হয় না। তাদের এই বৈশিষ্ট্য আসলে তাদের পারমানবিক গঠনের ওপর নির্ভর করে। এটা ঠিক যে পারিপার্শ্বিক চাপ ও তাপমাত্রা কোন বস্তুর বিদ্যুৎ পরিবহনের ওপর প্রভাব ফেলে, তারপরও স্বাভাবিক তাপ ও চাপে বস্তুর আসল বৈশিষ্ট্যগুলোকেই পাওয়া যায়। যে গঠনগত পার্থক্যের কারনে প্রকৃতি বদলে যায়, তা লুকিয়ে আছে পদার্থের পরমানুর মধ্যে ইলেকট্রন-প্রোটনের বিন্যাসের মধ্যে।

বিদ্যুৎ পরিবাহক কিভাবে বিদ্যুৎ পরিবহন করে এই নিয়ে অনেক বিশদ ব্যাখ্যা আছে, তত্ত্ব আছে, আলোচনা আছে। আমরা যদি শুধুমাত্র ভালো পরিবাহকের পারমানবিক গঠনটুকুর দিকে চোখ রাখি, তাহলে দেখবো যে তাদের ইলেকট্রন বিন্যাসের কারনেই সর্ববহিঃস্থ স্তরের কয়েকটি ইলেকট্রনের উপর নিউক্লিয়াসের আসক্তি কম। ঢিলেঢালাভাবে লেগে থাকা এই ইলেকট্রনগুলো সামান্য উস্কানীতেই অন্য পরমানুর সাথে বন্ধন তৈরীতে বা বিদ্যুৎ প্রবাহে ব্যবহৃত হয়। আসুন দেখা যাক খুব পরিচিত তড়িৎ পরিবাহী কপারের একটি পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাস। কপারের পারমানবিক সংখ্যা ২৯। এই ২৯টি ইলেকট্রন ধারন করার জন্য দরকার পরে তিনটি কক্ষপথের। বিজ্ঞানী পলি’র এক্সক্লুশান/বর্জন নীতি বলে প্রথম কক্ষপথে ২টি, ২য় কক্ষপথে ৮টি এবং ৩য় কক্ষপথে ১৮টি ইলেকট্রনের জায়গা হবে। কপারের প্রথম ৩টি কক্ষপথে তাই ২৮টি ইলেকট্রনের সংস্থান হয়। অবশিষ্ট ১টি ইলেকট্রন তাই থাকবে ৪র্থ বা একেবারের বাইরের কক্ষপথে। ৪র্থ কক্ষপথের ইলেকট্রন ধারনক্ষমতা ৩২টি। ক্ষুধা যেখানে ৩২টির কপারের সেখানে আছে ১টি। এই ১টির প্রতি তাই কপার পরমাণুর নিউক্লিয়াসের মায়া-মমতা বেশ কম। মূলত একারনেই কপার খুব সহজে বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে। কারন বিদ্যুৎ প্রবাহের জন্য প্রয়োজনীয় ইলেকট্রনের স্রোত তৈরীতে এই বহিঃস্থ স্তরের ইলেকট্রনগুলো অংশ নেয়। এই বৈশিষ্ট্য শুধু কপারের নয়, বরং কপারের মত ইলেকট্রনিক বিন্যাস যাদের (বহিঃস্থ কক্ষপথে ১/২/৩ টি ইলেকট্রন বা যাদের আমরা ধাতু বলে থাকি), তাদের ক্ষেত্রেও সত্য।

http://i.imgur.com/vEfV7l.jpg
ছবি: কপার পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাস

অপরিবাহী/নন-কন্ডাক্টর বা অধাতুর ক্ষেত্রে দৃশ্যপটটা উল্টো হয়। অধাতুর ইলেকট্রন বিন্যাস এমন থাকে যে পরমাণুগুলো তাদের সর্ববহিঃস্থ স্তরের ধারনক্ষমতা পূরণের খুব কাছাকাছি থাকে (১/২টি ইলেকট্রন কম থাকে)। ফলে তারা তাদের ইলেকট্রন ছেড়ে দেয়ার চেয়ে অন্য কারো কাছ থেকে পাওয়ার জন্য ভীষন উদগ্রীব হয়ে থাকে। যার ফলাফল ইলেকট্রন প্রবাহ তৈরী না হওয়া।

অপরদিকে আমরা যদি সিলিকন পরমাণুর দিকে নজর দেই, দেখবো যে সিলিকনের পারমাণবিক সংখ্যা ১৪। এর বাইরের স্তরে ৮টি ইলেকট্রনের ধারনক্ষমতার প্রেক্ষিতে সিলিকনের আছে ৪টি। যেসব পদার্থের বাইরের কক্ষপথে ১/২টি ইলেকট্রন থাকে তাদের মত সিলিকন সহজেই তার বহিঃস্থ স্তরের ইলেকট্রনগুলো সহজে ছেড়ে দিতে পারেনা। আবার অধাতুদের মত একটি ইলেকট্রনও তো ছাড়বোই না, বরং আমাকে আরো ইলেকট্রন দিতেই হবে এমন গোঁ ধরেও থাকতে পারে না। সিলিকনের এই আচরন তাই ধাতু (তড়িৎ পরিবাহী) ও অধাতুর (তড়িৎ অপরিবাহী) মাঝামাঝি। কন্ডাক্টরের তুলনায় কিছুটা বেশী বল প্রয়োগ করে এই ইলেকট্রনগুলোকে তার অরবিট থেকে বের করে এনে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি করা যায়।

http://i.imgur.com/La95Cl.jpg
ছবি: সিলিকন পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাস

কন্ডাকটরের উদাহরণ: তামা, লোহা, রূপা, অ্যালুমিনিয়াম ইত্যাদি
নন-কন্ডাক্টরের উদাহরণ: অক্সিজেন, সালফার, ক্লোরিন, ইত্যাদি
সেমিকন্ডাক্টরের উদাহরণ: সিলিকন, জার্মেনিয়াম, গ্যালিয়াম, আর্সেনাইড, ইনডিয়াম, ইত্যাদি।

বি.দ্র:
১. ফোরামে প্রথম পোস্ট বলে ছবির সাইজ সম্পর্কে ধারণা করে উঠতে পারিনি। ভবিষ্যতে ইমেজ তৈরি করার সময় ব্যাপারটা মাথায় রাখবো। আশাকরি প্রথমবারের মত ক্ষমাসুন্দর দৃষ্টিতে দেখবেন।
২. রেজিস্টেন্সের উদাহরণ দিতে গিয়ে সূচকগুলো ঠিকমত দিতে পারলাম না। আশাকরি আপনারা পরামর্শ দেবেন কিভাবে 'টেন টু দি পাওয়ার মাইনাস ফোর' সংখ্যা দিয়ে লিখতে পারি।
৩. বানান ও লেখা সম্পর্কে মতামত আশা করছি।

Re: সেমিকন্ডাক্টরের সরল পাঠ-১ম পর্ব

চমৎকার পোস্ট। বিজ্ঞান থেকে লক্ষ্যচ্যুত হয়েছি অনেক আগেই। কিন্তু বিজ্ঞান বিষয়ক লেখা পেলেই পড়ি। ধন্যবাদ মামুন.মুনতাসির কে।

কত কি শিখতে ইচ্ছা করে। এখনও শেখা হলো না কিছুই।

লেখাটি CC by-sa 3.0 এর অধীনে প্রকাশিত

Re: সেমিকন্ডাক্টরের সরল পাঠ-১ম পর্ব

এমন পোষ্ট মাঝে মাঝে পেলে খারাপ হয় না। ধন্যবাদ পোষ্ট করার জন্য।

এই গরমে স্বাক্ষর আর কি দিমু........

Re: সেমিকন্ডাক্টরের সরল পাঠ-১ম পর্ব

অনেক দিন ধরেই মনের মধ্যে কন্ডাক্টর আর সেমি কন্ডাক্টর বিষয়ক ভাবনা ঘোরাঘুরি করছিল লিখাটা পেয়ে ভালো লাগলো। তবে একবার পড়ে বেশি কিছু বুঝতে পারি নি (আমার এন্টেনার পাওয়ার কম কি না তাই roll) বার কয়েক পড়লে আশা করি বুঝে ফেলবো। লেখককে অসংখ্য ধন্যবাদ।

আমি মানুষটা বড় বেশি রংছুট,চাঁদের ঘরে কড়া নেড়ে, চাঁদকে করি লুট

সর্বশেষ সম্পাদনা করেছেন মামুন.মুনতাসির (২৪-০৩-২০১১ ১০:৩০)

Re: সেমিকন্ডাক্টরের সরল পাঠ-১ম পর্ব

cslraju
চমৎকার পোস্ট। বিজ্ঞান থেকে লক্ষ্যচ্যুত হয়েছি অনেক আগেই। কিন্তু বিজ্ঞান বিষয়ক লেখা পেলেই পড়ি। ধন্যবাদ মামুন.মুনতাসির কে।

আপনার ধন্যবাদ পেয়ে ভীষন আনন্দিত হলাম। কষ্ট করে পড়ার জন্য আপনাকেও ধন্যবাদ।

asraful
এমন পোষ্ট মাঝে মাঝে পেলে খারাপ হয় না। ধন্যবাদ পোষ্ট করার জন্য।

ভাই asraful, মাঝে মাঝে হলেই চলবে ?  crying  ভেবেছিলাম নিয়মিত দেয়ার চেষ্টা করবো  sad
যাই হোক, ধৈর্য্য ধরে পড়ার জন্য অশেষ ধন্যবাদ।

টাট্টুহর্স
অনেক দিন ধরেই মনের মধ্যে কন্ডাক্টর আর সেমি কন্ডাক্টর বিষয়ক ভাবনা ঘোরাঘুরি করছিল লিখাটা পেয়ে ভালো লাগলো। তবে একবার পড়ে বেশি কিছু বুঝতে পারি নি (আমার এন্টেনার পাওয়ার কম কি না তাই roll) বার কয়েক পড়লে আশা করি বুঝে ফেলবো। লেখককে অসংখ্য ধন্যবাদ।


ভাই আপনাকেই তো আমার দরকার ('এন্টেনার পাওয়ার কম'  big_smile)। আমার উদ্দেশ্য এন্টেনা ছাড়া মানুষের কাছে বোধগম্য করে তোলা। অনেক ধন্যবাদ অন্তত একবার পড়ার জন্য। কোন জায়গাটা বুঝতে পারেননি সেটা যদি বলতেন আমি আবারও চেষ্টা চালাতাম।

Re: সেমিকন্ডাক্টরের সরল পাঠ-১ম পর্ব

ধন্যবাদ চমৎকার জিনিস শেয়ার করার জন্য।আমার মত যারা ইলেক্ট্রিকালে পড়ে তাদের অনেক উপকারে আসবে।

নিশাচর নাইম'এর ওয়েবসাইট

লেখাটি GPL v3 এর অধীনে প্রকাশিত

Re: সেমিকন্ডাক্টরের সরল পাঠ-১ম পর্ব

হাল্কা পাতলা বুজতাসি  smile তারপর অ ধন্যবাদ smile

۞ بِسْمِ اللهِ الْرَّحْمَنِ الْرَّحِيمِ •۞
۞ قُلْ هُوَ اللَّهُ أَحَدٌ ۞ اللَّهُ الصَّمَدُ ۞ لَمْ * • ۞
۞ يَلِدْ وَلَمْ يُولَدْ ۞ وَلَمْ يَكُن لَّهُ كُفُوًا أَحَدٌ * • ۞