اشباه الموصلات النقية والغير نقية
حتى يمكنك التفرقة بين اشباه الموصلات النقية والغير نقية لابد لك من التعرف على
ماهية اشباه الموصلات وانواعها بشكل تفصيلي ومن ثم التعرف على الاختلافات
بينهما.
هي عبارة عن مادة ينتقل فيها التيار الكهربائي أكثر من العازل مثل الزجاج، ولكن أقل من الموصل النقي مثل النحاس أو الألومنيوم لذلك شبه الموصل تكون مقاومته الكهربائية ما بين الموصلات والعوازل، ويتم التحكم في درجة توصيلها للكهرباء عن طريق إضافة عناصر أخرى لها لتلبية احتياجات المكون الالكتروني الذي توجد به.
شبه الموصل أو نصف الناقل هو أساس الإلكترونيات الحديثة والتي تشمل الراديو والكمبيوتر والهاتف الذكي وأجهزة الألعاب والتلفزيون والمعدات الطبية وأجهزة أخرى كثيرة، والأجزاء الإلكترونية التي تعمل بأشباه الموصلات تشمل الترانستور والخلايا الشمسية والصمامات الثنائية والثنائيات باعثة الضوء ومقومات التيار المتردد التي تعمل بالسيليكون، والدوائر المتكاملة التناظرية والرقمية.
يوجد نوعان من أشباه الموصلات يتميزان عن بعضها البعض في عوامل مختلفة مثل الشوائب وكثافة الإلكترونات والثقوب أو الفجوات في المواد أشباه الموصلات و درجة التوصيل الكهربائي و عوامل أخرى مختلفة هما:
يتكون أشباه الموصلات الجوهرية من مادة أشباه الموصلات نقية للغاية مثل السيليكون و الجرمانيوم و بالتالي يعرف أيضا باسم أشباه الموصلات النقي، هذه هي في الأساس أشباه الموصلات غير المكشوفة التي لا تحتوي على شوائب، و في درجة حرارة الغرفة تظهر أشباه الموصلات النقية تظهر موصلية تكاد لا تذكر حيث أنه لا يوجد أي نوع آخر من العناصر الموجودة في هيكلها البلوري .
تشكل عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري أشباه الموصلات النقية رباعي التكافؤ (لديهم أربعة إلكترونات في غلاف التكافؤ).
ومثال على ذلك السيليكون نجد أنه يتكون من 4 إلكترونات في غلاف التكافؤ و تتشكل 4 روابط تساهمية بين إلكترونات ذرة السيليكون، عندما تزداد درجة حرارة البلورة تكتسب الإلكترونات الموجودة في الرابطة التساهمية طاقة حركية وبعد كسر الرابطة التساهمية تصبح حرة وبالتالي فإن حركة الإلكترونات الحرة تولد تيارا.
هي عبارة عن اشباه موصلات نقية مضاف إليها قدر معين من الشوائب مثل الشوائب الرباعية التكافؤ أو الخماسي التكافؤ مثل الزرنيخ (As) والألومنيوم (Al) والفوسفور (P) والجاليوم (Ga) والإنديوم (In) والأنتيمون (Sb) وما إلى ذلك إلى النقي أشباه الموصلات نحصل على أشباه الموصلات الغير النقية (الخارجية) وهذا ما يعرف بالتطعيم .
تصنف اشباه الموصلات الغير النقية إلى نوعين تبعا لنوع الشوائب التى يتم إضافتها لأشباه الموصلات النقية هما:
اشباه الموصلات الغير النقية من النوع N (شبه الموصل السالب)
هي مادة شبه موصله نقيه مثل السليكون (Si) أو الجرمانيوم (Ge) طعمت بذرات خماسية التكافؤ مثل (الفوسفور (P) أو الزرنيخ (As) أو الأنتيمون (Sb) مما يجعل عدد الإلكترونات الحرة فيها أكبر من عدد الفجوات لذلك يطلق عليه شبه الموصل السالب.
عند تطعيم بلورة من عنصر شبه موصل ( رباعي التكافؤ ) مثل الجرمانيوم (Ge) أو السليكون ( si ) بذرات (شوائب) من عنصر خماسي التكافؤ مثل الزرنيخ (As) فإن كل ذرة زرنيخ تساهم بأربعة الكترونات و ترتبط مع أربع ذرات جرمانيوم محيطة بها بينما يظل الإلكترون الخامس للزرنيخ ضعيف الارتباط بذرته ويتطلب تحريره قدر ضئيل جداً من الطاقة، وبزيادة عدد الذرات الشائبة يزداد عدد الالكترونات الحرة فتعمل هذه الالكترونات على زيادة توصيل التيار الكهربائي أي أن البلورة تصبح موصلة للتيار بدرجة أكبر.
اشباه الموصلات الغير النقية من النوع P (شبه الموصل الموجب)
هي مادة شبه موصلة نقيه مثل السليكون (Si) أو الجرمانيوم (Ge) طعمت بذرات ثلاثية التكافؤ مثل (البورون (B) أو الألمونيوم (Al) أو الأنديوم (In) أو الجاليوم (Ga) ) مما يجعل عدد الفجوات فيها اكبر من عدد الالكترونات لذلك يطلق عليه شبه الموصل الموجب.
عند تطعيم بلورة من عنصر شبه موصل ( رباعي التكافؤ ) مثل الجرمانيوم (Ge) بذرات من عنصر ثلاثي التكافؤ مثل الجاليوم (Ga)
فإن كل ذرة جاليوم تساهم بإلكتروناتها الثلاثة مع ثلاث ذرات فقط من الجرمانيوم مكونة ثلاث روابط تساهمية وتظل الرابطة الرابعة غير مكتملة ( فجوه ) تسمح هذه الفجوة بانتقال إلكترون إليها من رابطة أخرى وهكذا تبدو الفجوة وكأنها تتنقل بين الروابط من موضع لآخر، وبزيادة عدد الذرات الشائبة يزداد عدد الفجوات فتعمل هذه الفجوات على زيادة توصيل التيار الكهربائي نتيجة لتنقلاتها
 |
| الفرق بين اشباه الموصلات النقية والغير نقية |
تعريف أشباه الموصلات
هي عبارة عن مادة ينتقل فيها التيار الكهربائي أكثر من العازل مثل الزجاج، ولكن أقل من الموصل النقي مثل النحاس أو الألومنيوم لذلك شبه الموصل تكون مقاومته الكهربائية ما بين الموصلات والعوازل، ويتم التحكم في درجة توصيلها للكهرباء عن طريق إضافة عناصر أخرى لها لتلبية احتياجات المكون الالكتروني الذي توجد به.
شبه الموصل أو نصف الناقل هو أساس الإلكترونيات الحديثة والتي تشمل الراديو والكمبيوتر والهاتف الذكي وأجهزة الألعاب والتلفزيون والمعدات الطبية وأجهزة أخرى كثيرة، والأجزاء الإلكترونية التي تعمل بأشباه الموصلات تشمل الترانستور والخلايا الشمسية والصمامات الثنائية والثنائيات باعثة الضوء ومقومات التيار المتردد التي تعمل بالسيليكون، والدوائر المتكاملة التناظرية والرقمية.
أنواع أشباه الموصلات
يوجد نوعان من أشباه الموصلات يتميزان عن بعضها البعض في عوامل مختلفة مثل الشوائب وكثافة الإلكترونات والثقوب أو الفجوات في المواد أشباه الموصلات و درجة التوصيل الكهربائي و عوامل أخرى مختلفة هما:
- اشباه الموصلات النقية (الداخلية)
- اشباه الموصلات الغير نقية (الخارجية)
اشباه الموصلات النقية (الداخلية)
يتكون أشباه الموصلات الجوهرية من مادة أشباه الموصلات نقية للغاية مثل السيليكون و الجرمانيوم و بالتالي يعرف أيضا باسم أشباه الموصلات النقي، هذه هي في الأساس أشباه الموصلات غير المكشوفة التي لا تحتوي على شوائب، و في درجة حرارة الغرفة تظهر أشباه الموصلات النقية تظهر موصلية تكاد لا تذكر حيث أنه لا يوجد أي نوع آخر من العناصر الموجودة في هيكلها البلوري .
تشكل عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري أشباه الموصلات النقية رباعي التكافؤ (لديهم أربعة إلكترونات في غلاف التكافؤ).
ومثال على ذلك السيليكون نجد أنه يتكون من 4 إلكترونات في غلاف التكافؤ و تتشكل 4 روابط تساهمية بين إلكترونات ذرة السيليكون، عندما تزداد درجة حرارة البلورة تكتسب الإلكترونات الموجودة في الرابطة التساهمية طاقة حركية وبعد كسر الرابطة التساهمية تصبح حرة وبالتالي فإن حركة الإلكترونات الحرة تولد تيارا.
اشباه الموصلات الغير نقية (الخارجية)
هي عبارة عن اشباه موصلات نقية مضاف إليها قدر معين من الشوائب مثل الشوائب الرباعية التكافؤ أو الخماسي التكافؤ مثل الزرنيخ (As) والألومنيوم (Al) والفوسفور (P) والجاليوم (Ga) والإنديوم (In) والأنتيمون (Sb) وما إلى ذلك إلى النقي أشباه الموصلات نحصل على أشباه الموصلات الغير النقية (الخارجية) وهذا ما يعرف بالتطعيم .
انواع اشباه الموصلات الغير النقية
تصنف اشباه الموصلات الغير النقية إلى نوعين تبعا لنوع الشوائب التى يتم إضافتها لأشباه الموصلات النقية هما:
- اشباه الموصلات الغير النقية من النوع N
- اشباه الموصلات الغير النقية من النوع P
اشباه الموصلات الغير النقية من النوع N (شبه الموصل السالب)
هي مادة شبه موصله نقيه مثل السليكون (Si) أو الجرمانيوم (Ge) طعمت بذرات خماسية التكافؤ مثل (الفوسفور (P) أو الزرنيخ (As) أو الأنتيمون (Sb) مما يجعل عدد الإلكترونات الحرة فيها أكبر من عدد الفجوات لذلك يطلق عليه شبه الموصل السالب.
عند تطعيم بلورة من عنصر شبه موصل ( رباعي التكافؤ ) مثل الجرمانيوم (Ge) أو السليكون ( si ) بذرات (شوائب) من عنصر خماسي التكافؤ مثل الزرنيخ (As) فإن كل ذرة زرنيخ تساهم بأربعة الكترونات و ترتبط مع أربع ذرات جرمانيوم محيطة بها بينما يظل الإلكترون الخامس للزرنيخ ضعيف الارتباط بذرته ويتطلب تحريره قدر ضئيل جداً من الطاقة، وبزيادة عدد الذرات الشائبة يزداد عدد الالكترونات الحرة فتعمل هذه الالكترونات على زيادة توصيل التيار الكهربائي أي أن البلورة تصبح موصلة للتيار بدرجة أكبر.
اشباه الموصلات الغير النقية من النوع P (شبه الموصل الموجب)
هي مادة شبه موصلة نقيه مثل السليكون (Si) أو الجرمانيوم (Ge) طعمت بذرات ثلاثية التكافؤ مثل (البورون (B) أو الألمونيوم (Al) أو الأنديوم (In) أو الجاليوم (Ga) ) مما يجعل عدد الفجوات فيها اكبر من عدد الالكترونات لذلك يطلق عليه شبه الموصل الموجب.
عند تطعيم بلورة من عنصر شبه موصل ( رباعي التكافؤ ) مثل الجرمانيوم (Ge) بذرات من عنصر ثلاثي التكافؤ مثل الجاليوم (Ga)
فإن كل ذرة جاليوم تساهم بإلكتروناتها الثلاثة مع ثلاث ذرات فقط من الجرمانيوم مكونة ثلاث روابط تساهمية وتظل الرابطة الرابعة غير مكتملة ( فجوه ) تسمح هذه الفجوة بانتقال إلكترون إليها من رابطة أخرى وهكذا تبدو الفجوة وكأنها تتنقل بين الروابط من موضع لآخر، وبزيادة عدد الذرات الشائبة يزداد عدد الفجوات فتعمل هذه الفجوات على زيادة توصيل التيار الكهربائي نتيجة لتنقلاتها
الفرق بين اشباه الموصلات النقية والغير نقية
- اشباه الموصلات النقية لا توجد بها شوائب، بينما اشباه الموصلات الغير النقية يتم إضافة شوائب لها للحصول عليها.اشباه الموصلات النقية عدد الإلكترونات الحرة في نطاق التوصيل لها يساوي عدد الثقوب أو الفجوات في نطاق التكافؤ، بينما اشباه الموصلات الغير النقية عدد الإلكترونات والثقوب أو الفجوات غير متساوية.
- اشباه الموصلات النقية منخفضة التوصيل للكهرباء، بينما اشباه الموصلات الغير النقية مرتفعة التوصيل للكهرباء.
- اشباه الموصلات النقية الشكل البلوري لها من السيليكون النقي والجرمانيوم، بينما اشباه الموصلات الغير النقية يضاف لها الشوائب مثل الزرنيخ أو الأنتيمون أو الفوسفور أوالألومنيوم أو الإنديوم ... إلخ إلى الشكل النقي للسيليكون والجرمانيوم لتشكيل اشباه الموصلات الغير النقية.
- اشباه الموصلات النقية تعتمد علي درجة الحرارة فقط، بينما اشباه الموصلات الغير النقية الاعتماد على درجة الحرارة وكمية الشوائب في أشباه الموصلات النقية.
المصادر