ماذا تسمى أشباه الموصلات التي توصل نتيجة تحرير الإلكترونات والفجوات حرارياً

كتابة: د شيماء الدالي آخر تحديث: 08 ديسمبر 2022 , 10:33

أشباه الموصلات التي توصل نتيجة تحرير الإلكترونات والفجوات حرارياً تسمى

أشباه الموصلات النقية .

أشباه الموصلات النقية هي أشباه الموصلات الخالية من الشوائب ومن أمثلتها الجرمانيوم والسيليكون وتكون ذرات أشباه الموصلات النقية متصلة ببعضها.

من خلال روابط تساهمية قوية وفي درجة حرارة الغرفة يتحرر عدد صغير من الإلكترونات خارج النواة نتيجة الإثارة الحرارية.

ويصبح إلكتروناً حراً تاركاً فجوة في الرابطة التساهمية تسمى ثقب الإلكترون وعند تطبيق جهد كهربي على طرفي شبه الموصل النقي فإن الإلكترونات تتحرك وتملأ ثقب الإلكترون.

مما يولد تياراً كهربائياً، وكلما ارتفعت درجة الحرارة المحيطة فإن الحركة الحرارية تزيد وتزداد عدد الإلكترونات التي تتحرر في الرابطة التساهمية.

مما يزيد من عدد ثقوب الإلكترون وبالتالي تصبح أشباه الموصلات النقية موصلاً جيداً للكهرباء، وفي أشباه الموصلات النقية يوجد نوع واحد فقط من الناقلات وهو الإلكترونات الحرة ونوعين من الحاملات وهما الثقوب الإلكترونية والإلكترونات التي لا توصل الكهرباء.[1]

أنواع أشباه الموصلات

  • أشباه الموصلات النقية.
  • أشباه الموصلات غير النقية.

أشباه الموصلات النقية : تسمى أيضاً أشباه الموصلات من النوع الأول وهي موصلة للكهرباء اعتماداً على عدد الإلكترونات والثقوب الموجودة في الذرة حيث أن إلكترونات التكافؤ (الأربعة إلكترونات الموجودة في المدار الخارجي للذرة) الموجودة في الرابطة التساهمية ليست قوية مثل التي في العازلة للكهرباء.

مما يجعل التعرض لقدر معين من الطاقة من البيئة الخارجية مثل الضوء أو الحرارة أو إثارة المجال الكهرومغناطيسي ينتج عنه كسر رابطة التكافؤ في إلكترونات التكافؤ وتصبح إلكترونات حرة وتسمى هذه الظاهرة بالإثارة الحرارية وتصبح موصلة للكهرباء.

أشباه الموصلات غير النقية : طريقة توصيلها للكهرباء عكس أشباه الموصلات غير النقية حيث أن وجود الشوائب (عدد مزيد من الإلكترونات) يجعلها موصلة للكهرباء ولها نوعين أشباه الموصلات من النوع N.

وتسمى أيضاً خماسئ التكافؤ وفي هذا النوع يزداد عدد الإلكترونات بينما تظل الثقوب كما هي مما يزيد من الشحنة السالبة داخل تلك الذرة.

حيث أن رمز n يشير إلى السالب وتعمل الفجوات كناقلات بينما الإلكترونات حاملات، وأشباه الموصلات من النوع P وفي ذلك النوع بدلاً من إضافة الإلكترونات كشوائب يتم إضافة ثقوب مما يزيد من الشحنة الموجبة داخل تلك الذرة.

تسمى أشباه الموصلات بذلك لأنها توصل الكهرباء بدرجة أقل من الموصلات ولكنها ليست عازلة للكهرباء ومن أمثلتها السيليكون الذي يدخل في تصنيع الدوائر الكهربائية والزرنيخيد الذي يدخل في تكوين الخلايا الشمسية وثنائيات الليزر.

كما تدخل أشباه الموصلات في الصناعات الإلكترونية مثل الآلات الحاسبة والهواتف المحمولة وأجهزة الميكروويف والثلاجات وفي صناعة الصمام الثنائي الباعث للضوؤ في لمبة LED.

ومن أمثلة الموصلات التي تكون في الغالب عبارة عن معادن النحاس والفضة والحديد والصلب والذهب والرصاص والألمونيوم ومن أمثلة العازلة للكهرباء المطاط والزجاج والسيراميك.[1][2]

استخدامات أشباه الموصلات

  • في صناعة الأجهزة الإلكترونية.
  • في الأجهزة الكهربائية.
  • كاميرات الأمان.
  • في الرعاية الطبية.
  • في وسائل النقل.

في صناعة الأجهزة الإلكترونية : تستخدم رقائق أشباه الموصلات في صناعة وحدة الذاكرة وواحدات المعالجة في أجهزة الكمبيوتر كما أنها تعمل على حماية البطارية أو الجهاز بالكامل من الاحتراق أثناء لعب ألعاب الفيديو.

في الأجهزة الكهربائية : تعمل أشباه الموصلات دوراً كبيراً في عمل الثلاجات والغسالات ومكيفات الهواء والميكروويف وغير من الأجهزة الكهربائية الموجودة في المنزل حيث أن رقائق أشباه الموصلات تتحكم في درجة حرارة والميزات الآلية للأجهزة الكهربائية.

كاميرات الأمان : تدخل رقائق أشباه الموصلات في صناعة كاميرات الأمان والأجهزة الرقمية مما يجعل البنك في حاجة لأشباه الموصلات للحفاظ على الأموال والمعلومات الشخصية كما تدخل أشباه الموصلات في صناعة أجهزة الصراف الآلي وآليات القفل الآلي.

في الرعاية الطبية : تستخدم أشباه الموصلات في المجال الطبي لأنها تدخل في صناعة أجهزة تنظيم دقات القلب وبعض الأجهزة التي تعمل بدقة وتستخدم في العمليات الجراحية المعقدة حيث أن رقائق أشباه الموصلات تتحكم في درجات الحرارة وأجهزة الاستشعار. 

في وسائل النقل : تستخدم أشباه الموصلات في صناعة القطارات والسيارات والحافلات كما تدخل في عمل نظام تحديد المكان (GPS) وشبكة الواي فاي المجانية.[3]

خصائص أشباه الموصلات

  • مع زيادة درجة الحرارة تقل مقاومة أشباه الموصلات والعكس صحيح.
  • مقاومة أشباه الموصلات أعلى من الموصلات وأقل من العازل.
  • تعطي أشباه الموصلات معامل درجة حرارة سالب للمقاومة.
  • عند صفر كلفن تعمل أشباه الموصلات كعوازل وعند ارتفاع درجة الحرارة تعمل كموصل للكهرباء.
  • تزداد توصيل أشباه الموصلات للكهرباء مع إضافة المزيد من الشوائب (ذرات غير نقية).[4]

من الامثلة على اشباه الموصلات

  • زرنيخيد الألومنيوم.
  • السيلينيوم.
  • الإنديوم.
  • الكادميوم.
  • سيلينيد الكادميوم.
  • أكسيد النحاس.
  • الكربون.
  • الكبريت.
  • موسفيت.

زرنخيد الألومنيوم : الصيغة الكيميائية له AlAs والكتلة المولية له 11.94 جرام لكل مول وبكثافة 3.72 جرام لكل سنتيمتر مكعب وقدرة التوصيل الكهربائي لزرنيخيد الألومنيوم حوالي 2.12 فولت والتوصيل الحراري له 0.9 وات لكل سنتيمتر وفي الطبيعي يكون لونه برتقالي.

السيلينيوم : هو من أشباه الموصلات غير المعدنية وعدد الذري 34 أما وزنه الذري 78.96 ويكون السيلينيوم في حالة صلبة عند درجة الحرارة 20 ويمكن أن يكون أكسيد حمضي قوي والصيغة الكيميائية له Se.

وهو موصل جيد للكهرباء عند توفر الضوء وتعرف هذه الظاهرة بالناقلية الضوئية كما أن له سبعة نظائر ومنهم Se 80 وSe 74 وSe76 وSe 77 وSe 78.

الإنديوم : عدده الذري 49 أما كتلته الذرية 114.85 جرام لكل مول ويكون الإنديوم في حالة صلبة عند درجة الحرارة 20 درجة مئوية وهو ليس متوفر في الطبيعية بصورة ممكنة.

الكادميوم : من أشباه الموصلات المتوفرة في القشرة الأرضية وهو عبارة عن خليط من المعدن مع مواد أخرى مثل الأكسجين أو الكبريت أو الكلور كما أن عدده الذري 48 والكتلة الذرية له 112.414.

ويكون في حالة صلبة عند درجة حرارة الغرفة كما أن الكادميوم له استخدامات عديدة منها طلاء المعادن ويدخل في صناعة البطاريات والأصباغ.

سيلينيد الكادميوم : الصيغة الكيميائية له CdSe والكتلة المولية له 191.386 جرام لكل مول بكثافة 5.81 جرام لكل سنتيمتر مكعب أما الوزن الجزيئي 191.38 وفي درجة حرارة الغرفة تكون قدرته على توصيل الكهرباء حوالي 1.74 فولت .

و سيلينيد الكادميوم له استخدامات عديدة منها أنه يدخل في مكونات المحفزات الضوئية ويستخدم على نطاق واسع في تطبيقات تكنولوجيا النانو.

أكسيد النحاس : الصيغة الكيميائية له Cu2o والوزن الجزيئي له 143.09 جرام لكل مول بكثافة 6 جرام لكل سنتيمتر مكعب ويسمى أيضاً أكسيد ديكوبر ونقطة الغليان له 1800 درجة مئوية أما درجة الانصهار 1232 درجة مئوية.

الكربون : العدد الذري له 6 ويكون في الحالة الصلبة في درجة حرارة الغرفة ويرمز له بالرمز C وترتيبه في الجدول الدوري العنصر الرابع عشر وكتلته

الذرية 12.01 جرام لكل مول وهو من أشباه الموصلات الموجودة في القشرة الأرضية حيث يشكل حوالي 0.025% من القشرة الأرضية.

الكبريت : يكون في حالة صلبة عند درجة حرارة الغرفة كما أن لونه يكون أصفر لامعاً وترتيبه العاشر في أكثر العناصر وفرة على كوكب الأرض.

موسفيت : من أكثر أنواع الترانزستور المستخدمة في الوقت الحاضر حيث أنه يتحكم في تدفق وتوصيل الكهرباء وينتج مجال كهربائي بعد تطبيق الجهد الكهربائي عليه ويتكون من ثلاث أجهزة طرفية.[5]

إشترك
نبّهني عن
guest
0 تعليقات
رد خطي
الإطلاع على كل التعليقات
زر الذهاب إلى الأعلى