اشباه المواصلات

بسم الله الرحمن الرحيم

أشباه الموصلات
1 ـ تنقسم المواد من حيث قدرتها على توصيل التيار الكهربي إلى ثلاثة أقسام:
1 ـ مواد جيدة التوصيل: ـ مثل المعادن كالنحاس والفضة والرصاص.
(أ) يرجع جودة توصيلها للكهربية لاحتوائها على إلكترونات حرة بأعداد وفيرة.
(ب) تزداد مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة.
2 ـ مواد عازلة مثل الزجاج والمطاط والبلاستيك، ترجع عدم توصيلها للكهرباء لعدم احتوائها على إلكترونات حرة.
3 ـ أشباه الموصلات مثل الجرمانيوم والسيليكون.
أ
ـ هي مواد ليست جيدة التوصيل للكهرباء كالموصلات وليست عازلة تماماً
كالعازلات ولكن قدرتها على التوصيل تحتل موقعاً متوسطاً بينهما.
ب ـ ترتبط ذراتها بعضها ببعض في البلورة بروابط تساهمية.
ج ـ تقل مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة حيث تكون الطاقة الحرارية كافية لكسر بعض هذه الروابط وتحرير بعض الإلكترونات.
د ـ تعتمد في خواصها الكهربية على ما يضاف إليها من شوائب.
4 ـ يمكن جعل بلورة الجرمانيوم موصلة للكهرباء بطريقتين:
أ ـ رفع درجة الحرارة.
ب ـ إضافة شوائب إلى البللورة النقية.
أولاً: رفع درجة الحرارة:
أ
ـ في درجات الحرارة المنخفضة تكون الإلكترونات شديدة الإرتباط بذرات
الجرمانيوم ويصعب تحريرها لذا تكون البلورة رديئة التوصيل للكهربية وتكون
عازلة تماماً عند درجة الصفر المطلق.
ب ـ عند رفع درجة حرارة
الجرمانيوم تصبح الطاقة الحرارية كافية لكسر بعض الروابط فتحرر بعض
الإلكترونات وتصبح البلورة موصلة للكهربية، أي أن أشباه الموصلات تتميز
بزيادة قدرتها على التوصيل الكهربي إرتفاع درجة الحرارة.
ثانياً: إضافة شوائب إلى البللورة النقية:
تزداد
درجة التوصيل الكهربي لذرات الجرمانيوم في البلورة بإضافة نسبة قليلة جداً
من بعض الشوائب إليها. وهذه الشوائب على نوعين مثل شائبة من عنصر خماسي
التكافؤ مثل الزرنيخ وشائبة من عنصر ثلاثي التكافؤ مثل الألومنيوم.
5 ـ يعتمد التوصيل الكهربي في الجرمانيوم النقي الساخن على حركة كل من الإلكترونات والثقوب الموجبة.
6
ـ نحصل على الجرمانيوم الموجب النوع باستخدام شائبة ثلاثية التكافؤ مثل
الألومنيوم تسمى شائبة متقبلة، وتعمل على إحداث ثقوب موجبة ويتم التوصيل
الكهربي في البلورة نتيجة لحركة هذه الثقوب الموجبة.
7 ـ نحصل على
الجرمانيوم السالب النوع باستخدام شائبة خماسية التكافؤ مثل الزرنيخ تسمى
شائبة معطية، وتعمل على تواجد إلكترونات حرة ويتم التوصيل الكهربي في
البلورة نتيجة لحركة الإلكترونات الحرّة.
8 ـ مقارنة بين الجرمانيوم السالب والجرمانيوم الموجب.
الجرمانيوم السالبالجرمانيوم الموجب
البلورة تحتوي على شائبة من عنصر خماسي التكافؤ مثل الزرنيخالبلورة تحتوي على شائبة من عنصر ثلاثي التكافؤ مثل الألومنيوم
تعمل شائبة الزرنيخ على تواجد إلكترونات حرة في التشابك البلوريتعمل شائبة الألومنيوم على إحداث ثقوب موجبة في التشابك البلوري
يعتمد التوصيل الكهربي فيه على الإلكترونات الحرةيعتمد التوصيل الكهربي فيه على الثقوب الموجبة
9ـ
تسمى شائبة الزرنيخ شائبة معطية لأنها تعمل على تواجد الإلكترونات الحرة.
وتسمى بلورة الجرمانيوم التي تحتوي على شوائب من الزرنيخ بلورة من النوع
السالب، وذلك لأن التوصيل الكهري يتم فيها عن طريق الإلكترونات. وتكون
البلورة من النوع السالب متعادلة كهربياً لأن الشحنات الموجبة لذرات
الزرنيخ تتعادل مع الشحنات السالبة للإلكترونات المتحررة منه.
10 ـ
تسمى شائبة الألومنيوم شائبة متقبلة لأنها تعمل على إحداث ثقوب موجبة في
التشابك البلوري. وتسمى بلورة الجرمانيوم التي تحتوي على شوائب من
الألومنيوم بلورة من النوع الموجب وذلك لأن التوصيل الكهربي يتم فيها عن
طريق الثقوب الموجبة. تكون البلورة من النوع الموجب متعادلة كهربياً لأن
الشحنات الموجبة للفجوات تساوي الشحنات السالبة لذرات المادة المتقبلة
(الألومنيوم) .