الرئيسية » Simplified Chemistry » أشباه الموصلات semiconductors

أشباه الموصلات semiconductors

مواد تحتل من حيث ناقليتها (توصيلها) للكهرباء مركزا وسطا بين الموصلات والعوازل الكهربائية. و تتعلق ناقليتها الكهربائية بدرجة الحرارة (فهي تزداد بارتفاع درجة الحرارة وذلك خلافا للفلزات ) و بكمية الشوائب و نوعيتها، وتتأثر بالمجالات الكهربائية و الضوء والعوامل الخارجية الأخرى. و نذكر منها البورون و الكربون (الماس) و السيليكون والجرمانيوم و القصدير الرمادى و السيلينيوم و التيلوريوم  و كربيد السيليكون SiC و المركبات من النوع AIIIBV (إنديوم- أنتيمون و أنديوم- زرنيخ  وجاليوم- أنتيمون وألومنيوم- أنتيمون) و مركبات من عنصرين أو ثلاثة عناصر يدخل فيها عنصر واحد على الأقل من عناصر الفصائل الرابعة والخامسة والسادسة والسابعة كل من الجدول الدورى ومركبات عضوية (كالبوليسينات و مركبات آزو العطرية و الفتالوسيانينات وبعض الشقوق الحرة وغيرها). ويجب أن تمتاز اشباه الموصلات بنقاوة عالية. ففى الجرمانيوم مثلا تضبط نسبة الشوائب العائدة لأربعين عنصرا وفى السيليكون تعين نسبة الشوائب لسبعة وعشرين عنصرا. ولا يجوز أن تزيد نسبة الشوائب فيها عن 10-4 – 10-9 % . ولأشباه الموصلات تطبيقات عملية هامة.

  • إن بنية عنصر السيليكون تتشابه مع بنية الألماس.
  • و بالمقارنة مع الألماس ، فإن في السيليكون فراغا (فاصل) أصغر نسبيا بين الأفلاك الجزيئية المملوءة و الأفلاك الجزيئية الفارغة ، و بالتالي يمكن للقليل من الإلكترونات أن تمر خلال الفراغ عند 25 درجة سيليزية، مما يجعل السيليكون عنصر شبه موصل أو مجازا شبه موصل.
  • عند درجات الحرارة العالية تزداد موصلية السيليكون.
  • هناك نوعين من أشباه الموصلات:

فشبه الموصل من النوع السالب هي مادة صلبة شبه موصلة مثل الجرمانيوم إضيف إليها كمية قليلة من مادة تحتوي على خمسة إلكترونات تكافؤ مثل الأنتيمون او الفوسفور ، حيث ستحل ذرات المادة الشائبة محل بعض ذرات الجرمانيوم فتشكل اربعة من إلكترونات اتكافؤ الموجودة في ذرة المادة الشائبة روابط تساهمية بينما يبقى الإلكترون الخامس حرا .

أما شبه الموصل من النوع الموجب فهي مادة صلبة شبه موصلة مثل الجرمانيوم اضيف إليها شوائب من مادة تحتوي ذراتها على ثلاثة إلكترونات تكافؤ مثل الألومنيوم أو البورون ، و في هذه الحالة ترتبط إلكترونات التكافؤ الثلاثة الموجودة في ذرات المادة الشائبة بروابط تساهمية ، بينا تضل الرابطة غير مكتملة و هذا يؤدي ‘لى تكون فجوة و في المحصلة تتكون بلورة شبه موصلة فيها فائض من الفجوات التي يمكنها ان تستوعب إلكترونات .

  • إن أهم تطبيقات أشباه الموصلات هي تلك التي تدخل فبها النوعين الموجب و السالب تشكيل وصلة الموجب –السالب.
  • فعند الوصلة ينتقل عدد صغير من الإلكترونات من منطقة النوع السالب إلى منطقة النوع الموجب ، حيث توجد أماكن شاغرة في الأفلاك الجزيئية منخفضة الطاقة. و يتمثل تأثير هذه الانتقالات في وضع الشحنة السالبة على منطقة النوع الموجب (حيث أن لديها الآن فائض في الإلكترونات) و كذلك الشحنة الموجبة على المنطقة من النوع السالب (حيث أنها فقدت الإلكترونات تاركة فراغات في الأفلاك الجزيئية منخفضة الطاقة). يمنع تولد الشحنة هذا و المعروف باسم جهد الاتصال أو جهد الوصلة المزيد من هجرة الإلكترونات.
  • لنفترض الآن أنه تم تطبيق مصدر تيار خارجي من خلال توصيل الطرف السالب للبطارية بمنطقة النوع الموجب والطرف الموجب بمنطقة النوع السالب، كما هو مبين في الشكل (b). فالإلكترونات تجذب نحو الطرف الموجب و تتحرك الثقوب الناتجة عن ذلك نحو الطرف السالب – تماما عكس التدفق الطبيعي للإلكترونات عند وصلة الموجب-السالب. فالوصلة تقاوم التدفق الحالي المفروض في هذا الاتجاه ويقال إنه تحت التوجه العكسي. و بالتالي لا يتدفق أي تيار خلال النظام.
  • إذا تم توصيل البطارية بحيث وُصِّل الطرف السالب بمنطقة النوع السالب و وصل الطرف الموجب بمنطقة الطرف السالب (الشكل c) فإن حركة الإلكترونات (والثقوب) تكون في الاتجاه المفضل. و هنا يكون للوصلة أقل مقاومة ويتدفق التيار بسهولة. ويقال إن الوصلة تكون تحت التوجه الأمامي.

Share this post:

مقالات قد تفيدك :

عن Akram Amir El Ali

استاذ الكيمياء التحليلية ومصمم غرافيك

شاهد أيضاً

ملخص الفصل الرابع من كتاب الكيمياء – ريموند تشانج (شانج) و جاسون أوفربي Chapter 4 Notes CHEMISTRY Chang & Overby

ملخص الفصل الرابع من كتاب الكيمياء – ريموند تشانج (شانج) و جاسون أوفربي Chapter 4 …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.