Carrier lifetime
সেমিকন্ডাক্টর পদার্থবিজ্ঞানে একটি সংজ্ঞা, ক্যারিয়ার লাইফটাইমকে একটি সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারের পুনরায় একত্রিত হতে গড় সময় হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। যে প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এটি করা হয় তা সাধারণত সংখ্যালঘু বাহক পুনঃসংযোগ হিসাবে পরিচিত। পুনঃসংযোগের কারণে নির্গত শক্তি হয় তাপীয় হতে পারে, যার ফলে অর্ধপরিবাহীকে গরম করা যায় (তাপীয় পুনঃসংযোগ বা অ-বিকিরণ পুনঃসংযোগ, অর্ধপরিবাহীতে বর্জ্য তাপের অন্যতম উৎস), অথবা ফোটন হিসাবে মুক্ত করা হয় (আলোকীয় পুনঃসংযোগ, এল. ই. ডি এবং অর্ধপরিবাহী লেজারগুলিতে ব্যবহৃত)। সেমিকন্ডাক্টরের উপকরণ এবং নির্মাণের উপর নির্ভর করে বাহকের জীবনকাল উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। বাহক জীবনকাল বাইপোলার ট্রানজিস্টর এবং সৌর কোষে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। পরোক্ষ ব্যান্ড ফাঁক অর্ধপরিবাহীতে, বাহকের জীবনকাল দৃঢ়ভাবে পুনর্মিলন কেন্দ্রগুলির ঘনত্বের উপর নির্ভর করে। সোনার পরমাণুগুলি অত্যন্ত দক্ষ পুনঃসংযোগ কেন্দ্র হিসাবে কাজ করে, কিছু উচ্চ পরিবর্তনশীল গতির ডায়োডের জন্য সিলিকন এবং ট্রানজিস্টরগুলি তাই অল্প পরিমাণে সোনার সাথে মিশ্রিত হয়। অন্যান্য অনেক পরমাণু, যেমন। লোহা বা নিকেলেরও অনুরূপ প্রভাব রয়েছে। ব্যবহারিক প্রয়োগগুলিতে, একটি অর্ধপরিবাহীর বৈদ্যুতিন ব্যান্ড কাঠামো সাধারণত একটি ভারসাম্যহীন অবস্থায় পাওয়া যায়। অতএব, যে প্রক্রিয়াগুলি তাপীয় ভারসাম্যের দিকে ঝুঁকে থাকে, যথা বাহক পুনর্মিলনের প্রক্রিয়া, সর্বদা একটি ভূমিকা পালন করে। উপরন্তু, যন্ত্রগুলিতে ব্যবহৃত অর্ধপরিবাহী খুব কমই বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহী হয়। প্রায়শই, একটি ডোপ্যান্ট ব্যবহার করা হয়, যা ব্যান্ড কাঠামোর মধ্যে অতিরিক্ত ইলেকট্রন (তথাকথিত এন-টাইপ ডোপিংয়ে) বা গর্ত (তথাকথিত পি-টাইপ ডোপিংয়ে) দেয়। এটি একটি সংখ্যাগরিষ্ঠ বাহক এবং একটি সংখ্যালঘু বাহক প্রবর্তন করে। এর ফলস্বরূপ, বাহক জীবনকাল ডোপ্যান্টযুক্ত অনেক সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। পুনঃসংযোগ প্রক্রিয়া বেশ কয়েকটি প্রক্রিয়া রয়েছে যার মাধ্যমে সংখ্যালঘু বাহকগুলি পুনরায় একত্রিত হতে পারে, যার প্রতিটি বাহকের জীবনকাল থেকে বিয়োগ করে। আধুনিক যন্ত্রগুলিতে যে প্রধান প্রক্রিয়াগুলি ভূমিকা পালন করে সেগুলি হল ব্যান্ড-টু-ব্যান্ড পুনঃসংযোগ এবং উদ্দীপিত নির্গমন, যা বিকিরণ পুনঃসংযোগের রূপ, এবং শকলি-রিড-হল (এস. আর. এইচ), অগার, ল্যাঙ্গেভিন এবং পৃষ্ঠ পুনঃসংযোগ, যা অ-বিকিরণ পুনঃসংযোগের রূপ। ব্যবস্থার উপর নির্ভর করে, কিছু নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া অন্যদের তুলনায় বৃহত্তর ভূমিকা পালন করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, সৌর কোষে পৃষ্ঠের পুনঃসংযোগ একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, যেখানে অ-বিকিরণ পুনঃসংযোগ হ্রাস করার জন্য বেশিরভাগ প্রচেষ্টা নিষ্ক্রিয় পৃষ্ঠগুলিতে যায়। এর বিপরীতে, ল্যাঙ্গেভিন পুনঃসংযোগ জৈব সৌর কোষে একটি প্রধান ভূমিকা পালন করে, যেখানে অর্ধপরিবাহীগুলি কম গতিশীলতা দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এই ব্যবস্থাগুলিতে, বাহকের জীবনকাল সর্বাধিক করা যন্ত্রের দক্ষতা সর্বাধিক করার সমার্থক। প্রয়োগ সৌর কোষ একটি বৈদ্যুতিক যন্ত্র যেখানে একটি অর্ধপরিবাহী আলোর সংস্পর্শে আসে যা ফটোভোলটাইক প্রভাবের মাধ্যমে বিদ্যুতে রূপান্তরিত হয়। ইলেকট্রনগুলি হয় আলোর শোষণের মাধ্যমে উত্তেজিত হয়, অথবা যদি উপাদানটির ব্যান্ড-ফাঁক শক্তিটি ব্রিজ করা যায়, তবে ইলেক্ট্রন-গর্ত জোড়া তৈরি হয়। একই সঙ্গে, একটি ভোল্টেজ সম্ভাব্যতা তৈরি হয়। সৌর কোষের মধ্যে চার্জ বাহকগুলি উক্ত সম্ভাব্যতা বাতিল করার জন্য অর্ধপরিবাহীর মধ্য দিয়ে চলাচল করে, যা হল প্রবাহিত শক্তি যা ইলেকট্রনগুলিকে চালিত করে। এছাড়াও, ইলেকট্রনগুলিকে উচ্চ ঘনত্ব থেকে ইলেকট্রনের নিম্ন ঘনত্বে বিচ্ছুরণের মাধ্যমে সরাতে বাধ্য করা যেতে পারে। সৌর কোষের দক্ষতা সর্বাধিক করার জন্য, সৌর কোষের বিদ্যুদ্বাহকে যত বেশি সম্ভব চার্জ বাহক সংগ্রহ করা বাঞ্ছনীয়। সুতরাং, ইলেকট্রনগুলির পুনঃসংযোগ (দক্ষতাকে প্রভাবিত করে এমন অন্যান্য কারণগুলির মধ্যে) অবশ্যই এড়ানো উচিত। এটি বাহকের জীবনকাল বৃদ্ধির সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ। সৌর কোষের শীর্ষে পৃষ্ঠের পুনঃসংযোগ ঘটে, যার ফলে এমন উপাদানের স্তর থাকা পছন্দনীয় হয়ে ওঠে যার পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন বৈশিষ্ট্য রয়েছে যাতে দীর্ঘ সময়ের জন্য আলোর সংস্পর্শে না আসে। উপরন্তু, বিভিন্ন অর্ধপরিবাহী উপকরণ স্তর করার একই পদ্ধতি ব্যবহার করা হয় ইলেকট্রন ধরার সম্ভাবনা কমাতে, যার ফলে ট্র্যাপ-সহায়ক এস. আর. এইচ পুনঃসংযোগ হ্রাস পায় এবং বাহকের জীবনকাল বৃদ্ধি পায়। পরোক্ষ ব্যান্ডগ্যাপ কাঠামো সহ অর্ধপরিবাহী উপকরণ রয়েছে এমন সৌর কোষে রেডিয়েটিভ (ব্যান্ড-টু-ব্যান্ড) পুনঃসংযোগ নগণ্য। যখন কম ডোপিং হারে অতিরিক্ত ইলেকট্রনের ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় তখন সৌর কোষের জন্য একটি সীমাবদ্ধ কারণ হিসাবে অগার পুনঃসংযোগ ঘটে। অন্যথায়, ডোপিং-নির্ভর এস. আর. এইচ পুনর্মিলন হল প্রাথমিক প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি যা সৌর কোষে ইলেকট্রনের বাহক জীবনকাল হ্রাস করে। বাইপোলার জংশন ট্রানজিস্টর একটি বাইপোলার জংশন ট্রানজিস্টর হল এক ধরনের ট্রানজিস্টর যা চার্জ বাহক হিসাবে ইলেকট্রন এবং ইলেক্ট্রন গর্ত ব্যবহার করতে সক্ষম। একটি বিজেটি তার বর্তনীতে একক স্ফটিক উপাদান ব্যবহার করে যা দুই ধরনের অর্ধপরিবাহীতে বিভক্ত, একটি এন-টাইপ এবং পি-টাইপ। এই দুই ধরনের ডোপড সেমিকন্ডাক্টরগুলি সংশ্লিষ্ট ক্রমে তিনটি ভিন্ন অঞ্চলে ছড়িয়ে রয়েছেঃ নির্গমনকারী অঞ্চল, বেস অঞ্চল এবং সংগ্রাহক অঞ্চল। নির্গমনকারী অঞ্চল এবং সংগ্রাহক অঞ্চল পরিমাণগতভাবে ভিন্নভাবে ডোপ করা হয়, তবে একই ধরনের ডোপিং এবং একটি বেস অঞ্চল ভাগ করে নেয়, যে কারণে সিস্টেমটি একে অপরের সাথে সিরিজে সংযুক্ত দুটি ডায়োড থেকে আলাদা। একটি পিএনপি-ট্রানজিস্টরের জন্য, এই অঞ্চলগুলি যথাক্রমে পি-টাইপ, এন-টাইপ এবং পি-টাইপ এবং একটি এনপিএন-ট্রানজিস্টরের জন্য, এই অঞ্চলগুলি যথাক্রমে এন-টাইপ, পি-টাইপ এবং এন-টাইপ। সাধারণ ফরওয়ার্ড-অ্যাক্টিভ অপারেশনে এনপিএন-ট্রানজিস্টরগুলির জন্য, নির্গমনকারী থেকে বেস অঞ্চলে প্রথম জংশনের মাধ্যমে চার্জ বাহকগুলির একটি ইনজেকশন দেওয়া হয়, ইলেকট্রনগুলি চার্জ বাহক যা বেস অঞ্চলের মধ্য দিয়ে সংগ্রাহক অঞ্চলের দিকে বিচ্ছিন্নভাবে পরিবহন করা হয়। এগুলি বেস অঞ্চলের সংখ্যালঘু বাহক। অনুরূপভাবে, পিএনপি-ট্রানজিস্টরগুলির জন্য, বৈদ্যুতিন ছিদ্রগুলি বেস অঞ্চলের সংখ্যালঘু বাহক। এই সংখ্যালঘু বাহকদের বাহক জীবনকাল মূল অঞ্চলে সংখ্যালঘু বাহকদের চার্জ প্রবাহে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, যা দুটি সংযোগস্থলের মধ্যে পাওয়া যায়। বিজেটির ক্রিয়াকলাপের পদ্ধতির উপর নির্ভর করে, পুনর্মিলন পছন্দ করা হয়, অথবা মূল অঞ্চলে এড়ানো হয়। বিশেষত, পূর্বোক্ত ফরওয়ার্ড-অ্যাক্টিভ মোডের জন্য, পুনর্মিলন পছন্দসই নয়। সুতরাং, এই পুনঃসংযোগের আগে বেস অঞ্চল থেকে সংগ্রহকারী অঞ্চলে যতটা সম্ভব সংখ্যালঘু বাহক পেতে, বেস অঞ্চলের প্রস্থ এমনভাবে ছোট হতে হবে যাতে সংখ্যালঘু বাহকগুলি সেমিকন্ডাক্টরের সংখ্যালঘু বাহক জীবনকালের তুলনায় অল্প সময়ের মধ্যে ছড়িয়ে পড়তে পারে। সমতুল্যভাবে, বেস অঞ্চলের প্রস্থ অবশ্যই বিচ্ছুরণ দৈর্ঘ্যের চেয়ে ছোট হতে হবে, যা একটি চার্জ বাহক পুনরায় একত্রিত হওয়ার আগে ভ্রমণ করে গড় দৈর্ঘ্য। উপরন্তু, পুনর্মিলনের উচ্চ হার রোধ করার জন্য, নির্গমনকারী এবং সংগ্রাহক অঞ্চলের ক্ষেত্রে বেসটি শুধুমাত্র হালকাভাবে ডোপ করা হয়। এর ফলে, চার্জ বাহকদের বেস অঞ্চলে থাকার উচ্চ সম্ভাবনা থাকে না, যা নিম্ন-শক্তি অবস্থায় পুনরায় একত্রিত হওয়ার সময় তাদের পছন্দের পেশা। দ্রুত পরিবর্তনের মতো অন্যান্য ক্রিয়াকলাপের জন্য, একটি উচ্চ পুনর্মিলনের হার (এবং এইভাবে একটি সংক্ষিপ্ত বাহক জীবনকাল) কাম্য। উপযুক্ত বাহক জীবনকাল সহজতর করার জন্য ক্রিয়াকলাপের পছন্দসই পদ্ধতি এবং ডোপড বেস অঞ্চলের সম্পর্কিত বৈশিষ্ট্যগুলি অবশ্যই বিবেচনা করা উচিত। বর্তমানে, বেশিরভাগ বিজেটি-তে ব্যবহৃত উপকরণ হল সিলিকন এবং সিলিকন কার্বাইড। বেস অঞ্চলে যে পুনর্মিলন প্রক্রিয়া অবশ্যই বিবেচনা করতে হবে তা হল বেস-ইমিটার জংশনের কাছে পৃষ্ঠের পুনর্মিলন, পাশাপাশি বেস অঞ্চলে এস. আর. এইচ-এবং অগার পুনর্মিলন। বিশেষত, ইনজেকশনের চার্জ বাহকগুলির পরিমাণ বৃদ্ধি পেলে অগার পুনঃসংযোগ বৃদ্ধি পায়, তাই ক্রমবর্ধমান ইনজেকশন সংখ্যার সাথে বর্তমান লাভের দক্ষতা হ্রাস পায়। সেমিকন্ডাক্টর লেজার সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে, বাহক জীবনকাল হল লেজার গহ্বরে অ-বিকিরণ প্রক্রিয়াগুলির মাধ্যমে পুনরায় একত্রিত হওয়ার আগে একটি ইলেক্ট্রনের সময় লাগে। হার সমীকরণ মডেলের কাঠামোতে, বাহকদের সূচকীয় ক্ষয়ের সময় ধ্রুবক হিসাবে চার্জ সংরক্ষণ সমীকরণে বাহক জীবনকাল ব্যবহার করা হয়। বাহক ঘনত্বের উপর বাহক জীবনকালের নির্ভরতা এইভাবে প্রকাশ করা হয়ঃ যেখানে এ, বি এবং সি অ-বিকিরণ, বিকিরণ এবং অগার পুনঃসংযোগ সহগ এবং বাহক জীবনকাল। পরিমাপ যেহেতু একটি অর্ধপরিবাহী যন্ত্রের দক্ষতা সাধারণত তার বাহক জীবনকালের উপর নির্ভর করে, তাই এই পরিমাণ পরিমাপ করতে সক্ষম হওয়া গুরুত্বপূর্ণ। যে পদ্ধতিতে এটি করা হয় তা নির্ভর করে যন্ত্রের উপর, তবে সাধারণত বিদ্যুৎ এবং ভোল্টেজ পরিমাপের উপর নির্ভরশীল। সৌর কোষে, বাহক জীবনকাল কোষের পৃষ্ঠকে আলোকিত করে গণনা করা যেতে পারে, যা বাহক উৎপাদনকে প্ররোচিত করে এবং ভারসাম্যে না পৌঁছানো পর্যন্ত ভোল্টেজ বাড়ায় এবং পরবর্তীকালে আলোর উৎস বন্ধ করে দেয়। এর ফলে ভোল্টেজটি ধারাবাহিক হারে ক্ষয় হয়। যে হারে ভোল্টেজ ক্ষয় হয় তা প্রতি একক সময়ে পুনরায় একত্রিত হওয়া সংখ্যালঘু বাহকগুলির পরিমাণ দ্বারা নির্ধারিত হয়, যার ফলে উচ্চতর পরিমাণে পুনরায় সংযুক্ত বাহকগুলির ফলে দ্রুত ক্ষয় হয়। পরবর্তীকালে, নিম্ন বাহক জীবনকালের ফলে ভোল্টেজ দ্রুত ক্ষয় হবে। এর মানে হল যে একটি সৌর কোষের বাহক জীবনকাল তার ভোল্টেজ ক্ষয়ের হার অধ্যয়ন করে গণনা করা যেতে পারে। এই বাহকের জীবনকাল সাধারণত এইভাবে প্রকাশ করা হয়ঃ যেখানে বোল্টজম্যান ধ্রুবক, q হল প্রাথমিক আধান, T হল তাপমাত্রা, এবং এটি ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজের সময় অন্তরজ। বাইপোলার জংশন ট্রানজিস্টরগুলিতে (বিজেটি), বাহকের জীবনকাল নির্ধারণ করা বরং আরও জটিল। অর্থাৎ, একজনকে অবশ্যই আউটপুট পরিবাহিতা এবং বিপরীত পরিবাহিতা পরিমাপ করতে হবে, যা উভয়ই পরিবর্তনশীল যা বিজেটি-র মাধ্যমে বিদ্যুতের ভোল্টেজ এবং প্রবাহের উপর নির্ভর করে এবং সংখ্যালঘু বাহক ট্রানজিট সময় গণনা করতে হবে, যা বিজেটি-র আধা-নিরপেক্ষ ভিত্তির (কিউএনবি) প্রস্থ এবং বিচ্ছুরণ সহগ দ্বারা নির্ধারিত হয়; একটি ধ্রুবক যা বিজেটি-র মধ্যে পারমাণবিক স্থানান্তরকে পরিমাপ করে। এই বাহকের জীবনকালকে এভাবে প্রকাশ করা হয়ঃ আউটপুট পরিবাহিতা, বিপরীত পরিবাহিতা, কিউএনবির প্রস্থ এবং বিস্তার সহগ যথাক্রমে কোথায় এবং কোথায়। বর্তমান গবেষণা যেহেতু একটি দীর্ঘ বাহক জীবনকাল প্রায়শই আরও দক্ষ যন্ত্রের সমার্থক, তাই গবেষণাটি এমন প্রক্রিয়াগুলিকে হ্রাস করার দিকে মনোনিবেশ করে যা সংখ্যালঘু বাহকদের পুনর্মিলনে অবদান রাখে। বাস্তবে, এটি সাধারণত অর্ধপরিবাহীগুলির মধ্যে কাঠামোগত ত্রুটিগুলি হ্রাস করতে বা নতুন পদ্ধতি প্রবর্তন করতে বোঝায় যা একই পুনর্মিলন পদ্ধতিতে ভুগছে না। স্ফটিকাকার সিলিকন সৌর কোষে, যা বিশেষভাবে প্রচলিত, একটি গুরুত্বপূর্ণ সীমাবদ্ধ কারণ হল স্বচ্ছ পরিবাহী ফিল্ম প্রয়োগ করার সময় কোষে যে কাঠামোগত ক্ষতি হয়। এটি প্রতিক্রিয়াশীল প্লাজমা জমা দিয়ে করা হয়, যা স্পাটার জমা হওয়ার একটি রূপ। এই ফিল্ম প্রয়োগের প্রক্রিয়ায়, সিলিকন স্তরে ত্রুটি দেখা দেয়, যা বাহকের জীবনকালকে হ্রাস করে। এই প্রক্রিয়া চলাকালীন ক্ষতির পরিমাণ হ্রাস করা সৌর কোষের দক্ষতা বৃদ্ধি এবং বর্তমান গবেষণার কেন্দ্রবিন্দুতে গুরুত্বপূর্ণ। বর্তমানে পছন্দের প্রযুক্তিগুলিকে অনুকূল করতে চায় এমন গবেষণার পাশাপাশি, পেরোভস্কাইট সৌর কোষের (পিএসসি) মতো অন্যান্য, কম ব্যবহৃত প্রযুক্তিগুলিকে ঘিরে প্রচুর গবেষণা রয়েছে। তুলনামূলকভাবে সস্তা এবং সহজ উৎপাদন প্রক্রিয়ার কারণে এই সৌর কোষটি পছন্দসই। আধুনিক অগ্রগতি থেকে বোঝা যায় যে এই সৌর কোষের বাহক জীবনকালের উন্নতির জন্য এখনও যথেষ্ট জায়গা রয়েছে, যার আশেপাশের বেশিরভাগ সমস্যা নির্মাণ-সম্পর্কিত। সৌর কোষ ছাড়াও, এলইডি, লেজার এবং ট্রানজিস্টর তৈরিতে পেরোভস্কাইট ব্যবহার করা যেতে পারে। এর ফলে, আধুনিক গবেষণায় সীসা এবং হ্যালাইড পেরোভস্কাইটের বিশেষ আগ্রহ রয়েছে। বর্তমান সমস্যাগুলির মধ্যে রয়েছে কাঠামোগত ত্রুটিগুলি যা অর্ধপরিবাহী যন্ত্রগুলি উপাদান দিয়ে তৈরি করার সময় প্রদর্শিত হয়, কারণ স্ফটিকগুলির সাথে যুক্ত স্থানচ্যুতি ঘনত্ব তাদের বাহক জীবনকালের জন্য ক্ষতিকারক। তথ্যসূত্র বাহ্য় সংযোগ বাহক আজীবন চার্জ বাহক