أشباه الموصلات

english semiconductor

ملخص

  • موصل مصنوع من مادة أشباه الموصلات
  • مادة مثل الجرمانيوم أو السيليكون التي تكون الموصلية الكهربائية لها متوسطة بين تلك الموجودة في المعدن والعازل ؛ تزيد الموصلية مع درجة الحرارة وفي وجود شوائب

نظرة عامة

تحتوي مادة أشباه الموصلات على قيمة الموصلية الكهربائية التي تقع بين قيمة الموصل - مثل النحاس والذهب وما إلى ذلك - والعازل ، مثل الزجاج. تتناقص مقاومتهم كلما زادت درجة حرارتها ، وهو سلوك مخالف لسلوك المعدن. قد يتم تغيير خصائصها الموصلة بطرق مفيدة عن طريق إدخال الشوائب المتعمد والمسيطر عليه ("المنشطات") في التركيب البلوري. عندما توجد منطقتان مختلفتان في نفس البلورة ، يتم إنشاء تقاطع أشباه الموصلات. سلوك ناقلات الشحنة التي تشمل الإلكترونات والأيونات والثقوب الإلكترونية في هذه الوصلات هو أساس الثنائيات والترانزستورات وجميع الإلكترونيات الحديثة.
يمكن لأجهزة أشباه الموصلات عرض مجموعة من الخصائص المفيدة مثل تمرير التيار بسهولة في اتجاه واحد عن الآخر ، وإظهار مقاومة متغيرة ، وحساسية للضوء أو الحرارة. نظرًا لأنه يمكن تعديل الخواص الكهربائية لمادة أشباه الموصلات عن طريق المنشطات ، أو عن طريق تطبيق الحقول الكهربائية أو الضوء ، يمكن استخدام الأجهزة المصنوعة من أشباه الموصلات للتضخيم والتبديل وتحويل الطاقة.
يتم زيادة توصيلية السيليكون عن طريق إضافة كمية صغيرة من ذرات الخماسي التكافلي (الأنتيمون ، الفوسفور ، أو الزرنيخ) أو ثلاثي التكافؤ (ذرات البورون ، الغاليوم ، الإنديوم) (حوالي جزء في 10). تُعرف هذه العملية باسم المنشطات وتعرف أشباه الموصلات الناتجة بأشباه الموصلات المنشطات أو الخارجية.
يعتمد الفهم الحديث لخصائص أشباه الموصلات على فيزياء الكم لشرح حركة ناقلات الشحنة في الشبكة البلورية. يزيد تناول المنشطات بشكل كبير من عدد حاملات الشحن داخل البلورة. عندما يحتوي أشباه الموصلات المنشطات على ثقوب حرة في الغالب يطلق عليها "p-type" ، وعندما تحتوي على إلكترونات حرة في الغالب تُعرف باسم "n-type". يتم مخدر المواد شبه الموصلة المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية في ظل ظروف دقيقة للسيطرة على تركيز ومناطق dopants من نوع p و n. يمكن أن تحتوي بلورة أشباه الموصلات الفردية على العديد من مناطق p و n. تكون الوصلات بين هذه المناطق مسؤولة عن السلوك الإلكتروني المفيد.
على الرغم من أن بعض العناصر النقية والعديد من المركبات تعرض خصائص أشباه الموصلات ، فإن السيليكون والجرمانيوم ومركبات الغاليوم هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية. العناصر القريبة من ما يسمى ب "الدرج المعدني" ، حيث توجد المعادن في الجدول الدوري ، وعادة ما تستخدم أشباه الموصلات.
وقد لوحظت بعض خصائص مواد أشباه الموصلات خلال منتصف القرن التاسع عشر والعقود الأولى من القرن العشرين. كان أول تطبيق عملي لأشباه الموصلات في مجال الإلكترونيات هو تطوير عام 1904 لكاشف القطط ، وهو الصمام الثنائي لأشباه الموصلات المستخدم على نطاق واسع في مستقبلات الراديو المبكرة. التطورات في فيزياء الكم بدورها سمحت بتطور الترانزستور في عام 1947 والدوائر المتكاملة في عام 1958.
في اللغة الإنجليزية هو أشباه الموصلات. مصطلح عام للمواد الصلبة التي لها قيمة وسيطة في درجة حرارة الغرفة (حوالي 10 (- /) 1 (0 /) إلى 10 3 Ω (- /) 1 · سم (- /) 1 ) بين الموصل والعازل . في حين أن الموصلية الكهربائية للمعادن تتناقص مع زيادة درجة الحرارة ، فإن الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات تساوي 0 درجة مئوية مطلقة وتزداد بسرعة مع زيادة درجة الحرارة. في أشباه الموصلات الداخلية مثل الجرمانيوم والسليكون ، يهرب جزء من الإلكترونات المشاركة في الرابطة التساهمية بواسطة الطاقة الحرارية ليصبح إلكترونات حرة ، وبعد ذلك تبقى الثقوب ويتم تحريك كلاهما بواسطة المجال الكهربائي لإنتاج التوصيل الكهربائي. عندما ترتفع درجة الحرارة ، تزداد الموصلية الكهربائية بسبب زيادة الطاقة الحرارية وزيادة هروب الإلكترونات. عندما يتم مخدر أشباه الموصلات جوهري مع كمية ضئيلة من الشوائب ، ويسمى أشباه الموصلات الشوائب. عند إضافة البورون ثلاثي التكافؤ أو الغاليوم (وتسمى المستقبلة) ، تكون إلكترونات الرابطة التساهمية ناقصة لتوليد ثقوب (أشباه الموصلات من النوع p) ، خماسي التكافؤ عند إضافة الزرنيخ أو الأنتيمون (متبرع) ، تصبح الإلكترونات مفرطة من نوع أشباه الموصلات). نظرًا لأن حركة الإلكترونات الحرة والثقوب الموجودة في أشباه الموصلات يمكن التحكم فيها بواسطة مجال كهربائي ، يمكن استخدامها بنفس طريقة أنبوب الفراغ ، ولأنها لا تتطلب كاثودًا وفراغًا ساخنًا ، فهي تتمتع بالعديد من المزايا مثل الضغط والمتانة ، يتم تطبيقه على نطاق واسع على الأجزاء الإلكترونية مثل الثنائيات والترانزستورات بدلاً من الأنابيب المفرغة. تُستخدم أشباه الموصلات التي تمتص الطاقة الضوئية وتولد الإلكترونات والثقوب في الخلايا الكهروضوئية والخلايا الشمسية . → تقاطع pn / IC / LSI
→ المواد ذات الصلة n- نوع أشباه الموصلات | الناقل | السيليكون (السيليكون) | إلكترون حر | شركة شين إيتسو للكيماويات المحدودة | الموصلات | سيراميك خاص | المنشطات | اتفاقية أشباه الموصلات بين اليابان والولايات المتحدة | كربون جديد | تلوث عالي التقنية | الصمام الثنائي الباعث للضوء | دائرة أشباه الموصلات المتكاملة | أشباه الموصلات من نوع p | غير موصل | مركب الكلور العضوي | أشباه الموصلات العضوية