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एक अर्धचालक (semiconductor) में, तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध (resistance) का क्या होता है?
बढ़ता है
घटता है
समान रहता है
शून्य हो जाता है
घटता है
एक अर्धचालक में, आवेश वाहकों (charge carriers) की संख्या में महत्वपूर्ण वृद्धि के कारण तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध घटता है। यह व्यवहार चालकों (conductors) से मौलिक रूप से भिन्न है, जहाँ जाली प्रकीर्णन (lattice scattering) के कारण तापमान के साथ प्रतिरोध बढ़ता है।
एक अर्धचालक में, आवेश वाहकों (charge carriers) की संख्या में महत्वपूर्ण वृद्धि के कारण तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध घटता है। यह व्यवहार चालकों (conductors) से मौलिक रूप से भिन्न है, जहाँ जाली प्रकीर्णन (lattice scattering) के कारण तापमान के साथ प्रतिरोध बढ़ता है।
ni=NCNVe−2kTEg — तापमान के फलन के रूप में आंतरिक वाहक सांद्रता
σ=q(nμn+pμp) — चालकता सूत्र जहाँ n और p बढ़ने पर σ बढ़ता है
अर्धचालकों में सहसंयोजक बंधन (covalent bond) संरचना होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ऊष्मीय ऊर्जा अधिक सहसंयोजक बंधनों को तोड़ती है, जिससे बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न होते हैं। यद्यपि जाली प्रकीर्णन थोड़ा बढ़ जाता है, लेकिन वाहक सांद्रता (ni) में घातीय वृद्धि प्रभावी होती है, जिससे प्रतिरोधकता में कुल कमी आती है (ρ=σ1=q(nμn+pμp)1)।
अर्धचालकों में प्रतिरोध का ऋणात्मक ताप गुणांक (NTC) होता है।
ऊष्मीय उत्तेजन (thermal excitation) इलेक्ट्रॉनों को संयोजी बैंड से चालन बैंड में ले जाता है।
ऊर्जा अंतराल Eg अपेक्षाकृत स्थिर रहता है जबकि वाहक सांद्रता तेजी से बढ़ती है।
उच्च ऊष्मीय ऊर्जा बैंड अंतराल अवरोध को पार कर लेती है, जिससे चालकता बढ़ जाती है।
ऊष्मीय संवेदन (थर्मिस्टर्स) के लिए उपयोगी।
इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग और प्रवर्धन के लिए आवश्यक।
उच्च ऊष्मीय संवेदनशीलता के कारण उच्च-शक्ति उपकरणों में थर्मल रनवे (thermal runaway) हो सकता है।
स्थिर परिचालन बिंदु बनाए रखने के लिए हीट सिंकिंग की आवश्यकता होती है।
तापमान सेंसर (NTC थर्मिस्टर्स)।
डायोड, ट्रांजिस्टर और MOSFETs जैसे सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक घटक।
| Feature | चालक | अर्धचालक |
|---|---|---|
प्रतिरोध का ताप गुणांक | धनात्मक (PTC) | ऋणात्मक (NTC) |
चालकों के लिए, Rt=R0(1+αΔT) जहाँ α>0।
विकल्प A गलत है क्योंकि यह धातुओं/चालकों के व्यवहार का वर्णन करता है।
विकल्प C गलत है क्योंकि यह आदर्श कुचालकों या मैंगानिन जैसे विशेष मिश्र धातुओं का लघु परास में वर्णन करता है।
विकल्प D केवल अतिचालकों (superconductors) द्वारा उनके क्रांतिक तापमान (Tc) से नीचे प्राप्त किया जाता है।
B सही है — अर्धचालक एक ऋणात्मक ताप गुणांक प्रदर्शित करते हैं, जिसका अर्थ है कि आवेश वाहकों के ऊष्मीय उत्पादन के कारण तापमान बढ़ने पर उनका प्रतिरोध घटता है।
हमेशा याद रखें कि यद्यपि अर्धचालकों में प्रकीर्णन बढ़ने के कारण गतिशीलता (μ) तापमान के साथ घटती है, लेकिन वाहकों की संख्या (n) में घातीय वृद्धि गतिशीलता में होने वाली कमी से कहीं अधिक होती है, जिससे कुल प्रतिरोध कम हो जाता है।