هل أشباه الموصلات من النوع n و p متعادلة كهربائيا
أشباه الموصلات من النوع n و p متعادلة كهربائيا
نعم، أشباه الموصلات من النوع n و p متعادلة كهربائيا نتيجة للتوازن الحادث بين الثقوب الموجبة المُتكونة والإلكترونات السالبة داخل التركيب البلوري الخاص بأشباه الموصلات المُطعمة.
تنقسم المواد الصلبة من حيث التوصيل الكهربي إلى:
- موصلات كهربية.
- عوازل كهربية.
- أشباه الموصلات.
الموصلات الكهربائية: تُعرف الموصلات الكهربائية بـ ( conductors)، وهي عبارة عن العناصر أو المركبات الكميائية القادرة على التوصيل الكهربائي مثل الفلزات من الحديد والنحاس نتيجة لتداخل نطاق التكافؤ الخاص بالمادة مع نطاق التوصيل.
العوازل الكهربائية : تُعرف العوازل الكهربائية بـ ( insulators) وهي عبارة عن العناصر أو المركبات الكميائية العاجزة عن التوصيل الكهربائي مثل اللافلزات من الأخشاب نتيجة لوجود فجوة كبيرة جدًا بين نطاق التكافؤ الخاص بالمادة ونطاق التوصيل.
أشباه الموصلات: تُعرف أشباه الموصلات بـ ( semiconductors ) وهي عبارة عن العناصر أو المركبات الكميائية القادرة على التوصيل الكهربي تحت ظروف معينة مما يجعلها:
- حلقة وصل بين الموصلات والعوازل الكهربية.
- مثالية في الأجهزة الكهربائية أو الإلكترونية للتحكم في التيار الكهربائي على عكس الموصلات.
وتنقسم أشباه الموصلات إلى نوعين بناءً على مدى التوصيل الكهربائي الخاص بها، وهما:
- أشباه موصلات نقية تمامًا لايتخللها أي شائبة مثل السيليكون أو الجرمانيوم.
- أشباه موصلات مُطعمة أو مُشوبة بكميات صغيرة من الشوائب العاملة على إحداث عددًا من التغييرات الكبيرة في توصيل المادة.
ويتم عادة تطعيم اشباه الموصلات النقية بعناصر خارجية لتحسين قدرتها على التوصيل الكهربائي حيث تُعتبر أشباه الموصلات النقية أقل قدرة على التوصيل الكهربائي مُقارنة بالمُطعمة منها لذلك يتم تحديد الخصائص الكهربائية لأشباه الموصلات اعتمادًا على المواد أو الشوائب المضافة إليها. [1]
ما هي أشباه الموصلات النقية
هي عبارة عن العناصر أو المركبات الكميائية النقية تمامًا و القادرة على التوصيل الكهربائي تحت ظروف معينة.
تُعرف أشباه الموصلات النقية باسم (Intrinsic Semiconductor) أو أشباه الموصلات الجوهرية وتتميز بعددًا من الخصائص المميزة مثل:
- مستوى التوصيل الكهربائي المُنخفض مُقارنة بالمطعم منها نظرًا لاحتوائها على عددٍ أقل من الإلكترونات الحرة.
- عدد الإلكترونات الحر مُساويًا لعدد ثقوب المادة.
مثال : الجرمانيوم (Ge) والسيليكون (Si) مثالين على أشباه الموصلات النقية المشغولة بأربعة إلكترونات في مستوى التكافؤ الخارجي الخاص بهما. [1]
طريقة حركة الإلكترونات: عند زيادة درجة الحرارة تبدأ الإلكترونات في التحرك مما يؤدي إلى:
- إنشاء ثقب موجب الشحنة في موضع الإلكترون المُحرر.
- حركة الإلكترنات في اتجاه الثقوب الحرة مكونة تيارًا كهربيًا على طول المادة. [1]
ما هي أشباه الموصلات المُطعمة
هي عبارة عن أشباه الموصلات النقية المُطعمة خارجيًا بكمية مُقاسة ومُحكمة من الشوائب الكميائية للعمل على رفع مستوى التوصيل الكهربائي الخاص بها تحت ظروف معينة وتُعرف باسم (Extrinsic Semiconductor).
تُسمى الشوائب المُضافة إلى المادة النقية باسم (dopant) وهي عبارة عن عنصر خارجي عن التركيب الكميائي للمادة النقية والعامل على تحسين مدى التوصيل الكهربائي الخاص بالمادة الأصلية.
تُستخدم عادة أشباه الموصلات المُطعمة في الصناعات والتطبيقات الإلكترونية نظرًا لقدرتها العالية على:
- التوصيل الكهربي مقارنة بالنقي منها.
- القدرة على التحكم بالتيار الكهربائي على عكس الموصلات الكهربائية.
تُصنف أشباه الموصلات المُطعمة إلى نوعين: [1] [2]
- أولًا، أشباه الموصلات من النوع السالب N.
- ثانيًا، أشباه الموصلات من النوع الموجب P.
أشباه الموصلات من النوع السالب
يتم تكوين أشباه الموصلات سالبة الشحنة من النوع N عن طريق إضافة عنصر خارجي خماسي التكافؤ بكمية صعيرة ومحكمة إلى شبه الموصل النقي لزيادة عدد إلكترونات التوصيل الحرة مثل عنصر:
- الفوسفور (Phosphorus)
- الزرنيخ (Arsenic).
- الأنتيمون (Antimony)
يُسمى العنصر المُضاف إلى المادة النقية بالعنصر المانح حيث يقوم بصنع روابط تساهمية مع أربع ذرات سيليكون وترك إلكترونًا واحدًا غير مرتبط بأي ذرة سليكون مما يعمل على زيادة حركة الإلكترونات داخل المادة.لذلك يُعتبر ناقل التيار الكهربائي في هذه المواد هي الإلكترونات الحرة.
وتوضح الصورة القادمة التغير الحادث لبلورة السيليكون النقية عقب اضافة عنصر الزرنيخ الخماسي إليها [1] [2]
|
|
ويتم عادة إضافة العنصر الكميائي المُطعم إلى المادة بكمية صغيرة جدًا للحفاظ على الشكل السليم للبلورة النقية
أشباه الموصلات من النوع الموجب
يتم تكوين أشباه الموصلات موجبة الشحنة من النوع P عن طريق إضافة عنصر خارجي ثلاثي التكافؤ بكمية صعيرة ومحكمة إلى شبه الموصل النقي لزخلق فجوة زائدة حرة مثل عنصر:
- الغاليوم (Gallium)
- الإنديوم ( Indium )
يُسمى العنصر المُضاف إلى المادة النقية بالعنصر المُستقبل حيث يقوم بصنع روابط تساهمية مع ثلاث ذرات سيليكون وترك ثقبًا أو فجوة واحدة لذرة سليكون غير مرتبطة مما يعمل على جذب الإلكترونات الحرة لغلق الثقب المفقود داخل المادة.
لذلك يُعتبر ناقل التيار الكهربائي في هذه المواد هي الثقوب الموجبة المُتكونة من خلال الروابط التساهمية غير المكتملة مع ذرة السليكون.
وتوضح الصورة القادمة التغير الحادث لبلورة السيليكون النقية عقب اضافة عنصر الغاليوم الثلاثي إليها [1] [2]
|
|
ويُمكنك الأن البدأ في دراسة أنواع أشباه الموصلات المختلفة بشكلٍ تعمقي أكثر من خلال الإستماع إلى الفيديوهات التالية والبدأ في مناقشتها مع أصدقائك وأستاذك الخاص.