পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   প্রকৃতিতে যে সকল বল মূল বা প্রাথমিক, যা অন্য কোনো বল থেকে উৎপন্ন হয় না বরং অন্য সকল বলের উৎস হিসেবে কাজ করে, তাদেরকে মৌলিক বল বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীর (যেমন: সিলিকন বা জার্মেনিয়াম) পরিবাহিতা সাধারণ তাপমাত্রায় অত্যন্ত কম থাকে, যা ব্যবহারিক ইলেকট্রনিক বর্তনীতে কার্যকর ভূমিকা রাখতে পারে না। বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীতে সামান্য পরিমাণে উপযুক্ত অপদ্রব্য (ডোপিং) মেশালে এর মুক্ত ইলেকট্রন বা হোলের সংখ্যা বহুলাংশে বৃদ্ধি পায়, যার ফলে এর তড়িৎ পরিবাহিতা নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি পায় এবং তা সহজে নিয়ন্ত্রণযোগ্য হয়। এজন্য বিভিন্ন ধরনের অর্ধপরিবাহী ডিভাইস (যেমন: ডায়োড, ট্রানজিস্টর, আইসি ইত্যাদি) তৈরির জন্য অবিশুদ্ধ বা বহির্জাত অর্ধপরিবাহী অত্যন্ত প্রয়োজনীয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে X ত্রিযোজী হওয়ায় এটি p-টাইপ এবং Y পঞ্চযোজী হওয়ায় এটি n-টাইপ অর্ধপরিবাহী তৈরি করে। সুতরাং তৈরিকৃত ডায়োডটি একটি p-n জংশন ডায়োড।

   ১. সম্মুখ ঝোঁক (Forward Bias) বর্তনী:
   যখন p-n জংশন ডায়োডের p-প্রান্তকে বহিস্থ ব্যাটারির ধনাত্মক (+) প্রান্তের সাথে এবং n-প্রান্তকে ব্যাটারির ঋণাত্মক (-) প্রান্তের সাথে যুক্ত করা হয়, তখন তাকে সম্মুখ ঝোঁক বা ফরওয়ার্ড বায়াস বলে।
   চিত্র রূপরেখা:
   [ব্যাটারির (+) প্রান্ত] ──> [p-অঞ্চল | n-অঞ্চল] ──> [রোধ / রোধক] ──> [ব্যাটারির (-) প্রান্ত]
   প্রতীকী বর্তনীতে: ব্যাটারির (+) টার্মিনাল ডায়োড প্রতীকের ত্রিভুজ অংশে এবং (-) টার্মিনাল খাড়া রেখা অংশে যুক্ত থাকে।

   ২. বিমুখী ঝোঁক (Reverse Bias) বর্তনী:
   যখন p-n জংশন ডায়োডের p-প্রান্তকে বহিস্থ ব্যাটারির ঋণাত্মক (-) প্রান্তের সাথে এবং n-প্রান্তকে ব্যাটারির ধনাত্মক (+) প্রান্তের সাথে যুক্ত করা হয়, তখন তাকে বিমুখী ঝোঁক বা রিভার্স বায়াস বলে।
   চিত্র রূপরেখা:
   [ব্যাটারির (-) প্রান্ত] ──> [p-অঞ্চল | n-অঞ্চল] ──> [রোধক] ──> [ব্যাটারির (+) প্রান্ত]
   প্রতীকী বর্তনীতে: ব্যাটারির (-) টার্মিনাল ডায়োডের অ্যানোড বা ত্রিভুজ অংশে এবং (+) টার্মিনাল ক্যাথোড বা খাড়া রেখা অংশে যুক্ত থাকে।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপক অনুসারে, আমার তৈরি ট্রানজিস্টরে মাঝখানে ত্রিযোজী X মৌল (p-টাইপ) ডোপিং করা হয়েছে, অর্থাৎ এর বেস p-টাইপ। সুতরাং এটি একটি n-p-n ট্রানজিস্টর। অপরদিকে, বন্ধুর ট্রানজিস্টরে মাঝখানে পঞ্চযোজী Y মৌল (n-টাইপ) ডোপিং করা হয়েছে, অর্থাৎ এর বেস n-টাইপ। ফলে এটি একটি p-n-p ট্রানজিস্টর।

   উভয় ট্রানজিস্টরের তড়িৎ প্রবাহের তুলনামূলক ব্যাখ্যা:

   ১. n-p-n ট্রানজিস্টর (আমার তৈরি):

   • এখানে নিঃসারক (Emitter) ও সংগ্রাহক (Collector) হলো n-টাইপ এবং পীঠ বা বেস (Base) হলো p-টাইপ।
   • নিঃসারক-পীঠ জংশন সম্মুখ ঝোঁকে এবং সংগ্রাহক-পীঠ জংশন বিমুখী ঝোঁকে রাখা হয়।
   • নিঃসারক থেকে প্রধান আধান বাহক হিসেবে বিপুল সংখ্যক ইলেকট্রন পীঠের দিকে ধাবিত হয়। পীঠ পাতলা ও হালকা ডোপায়িত হওয়ায় সামান্য কিছু (প্রায় ২%–৫%) ইলেকট্রন হোলের সাথে পুনর্মিলিত হয়ে ক্ষুদ্র পীঠ প্রবাহ ($I_B$) তৈরি করে।
   • বাকি অধিকাংশ (৯৫%–৯৮%) ইলেকট্রন সংগ্রাহকের উচ্চ ধনাত্মক বিভব দ্বারা আকর্ষিত হয়ে সংগ্রাহকে প্রবেশ করে এবং সংগ্রাহক প্রবাহ ($I_C$) সৃষ্টি করে।
   • সুতরাং মোট নিঃসারক প্রবাহ, $I_E = I_B + I_C$। এতে তড়িৎ প্রবাহ প্রধানত ইলেকট্রন চলাচলের মাধ্যমে ঘটে।

   ২. p-n-p ট্রানজিস্টর (বন্ধুর তৈরি):

   • এখানে নিঃসারক ও সংগ্রাহক হলো p-টাইপ এবং পীঠ হলো n-টাইপ।
   • এতে নিঃসারক-পীঠ জংশন সম্মুখ ঝোঁকে থাকায় নিঃসারক থেকে প্রধান আধান বাহক হিসেবে হোলসমূহ পীঠের দিকে যায়। সামান্য কিছু হোল ইলেকট্রনের সাথে পুনর্মিলিত হয়ে ক্ষুদ্র পীঠ প্রবাহ ($I_B$) তৈরি করে।
   • অবশিষ্ট অধিকাংশ হোল সংগ্রাহকের ঋণাত্মক বিভব দ্বারা আকৃষ্ট হয়ে সংগ্রাহকে পৌঁছে সংগ্রাহক প্রবাহ ($I_C$) তৈরি করে।
   • এর ক্ষেত্রেও সমীকরণটি $I_E = I_B + I_C$, তবে এখানে তড়িৎ প্রবাহের মূল মাধ্যম হলো হোল।

   তুলনা ও সারসংক্ষেপ:
   ইলেকট্রনের গতিশীলতা (mobility) হোলের গতিশীলতার চেয়ে বেশি হওয়ায় n-p-n ট্রানজিস্টরের কার্যকারিতা ও প্রবাহ প্রতিক্রিয়া p-n-p ট্রানজিস্টর অপেক্ষা দ্রুত ও উন্নত মানের হয়।