أشباه الموصلات النقية Semiconductor pure conductors

الــوحــدة الـثــالـثـــة : الإلـكــتــرونــيـــات

أشباه الموصلات النقية 

أشباه الموصلات النقية Semiconductor pure conductors

إن المتتبع للصناعات الإلكترونية يلاحظ التطورات المتسارعة المصحووبة بالتقنية عالية الجودة , فقد ازداد الاعتماد على الدوائر الكهربائية المتكاملة أكثر من الاعتماد على الدوائر الكهربائية المنفصلة ,وظهور أسلوب جديد في صناعة الدوائر الكهربائية وهو أسلوب تقارب الأجزاء للدوائر الكهربائية في الأجهزة الإلكترونية الحديثة مما أدى إلى تناقص أحجام الأجهزة الإلكترونية , بحيث أصبح من الممكن وضع بعضها في جسم الإنسان , وهذا يعود إلى صناعة الوصلات الثنائية والترانزستورات والدوائر المتكاملة التي تدخل في صناعتها مواد تسمى أشباه موصلات .

تنقسم المواد من حيث توصيلها للتيار الكهربائي إلى ثلاثة أقسام هي :

1- مواد جيدة التوصيل للتيار الكهربائي( علل ) وذلك لامتلاكها عدداً كبيراً من الالكترونات حرة الحركة ( الكترونات طليقة ) وتسمى بالموصلات ومعظمها من الفلزات مثل النحاس والفضة وغيرها
2- مواد رديئة التوصيل للتيار الكهربائية ( علل )وذلك لاحتوائها على عدد قليل جداً من الالكترونات حرة الحركة بسبب ارتباطها الوثيق بذراتها وتسمى بالمواد العازلة مثل الخشب والمطاط والجلد والزجاج و...
3ـ مواد شبه موصلة وهذه المواد ليست جيدة التوصيل وليست رديئة التوصيل ( أي أنها تقع بين الموصلات والعوازل ) وهنالك ظروف معينه تجعلها موصلة أو غير موصلة من هذه الظروف درجة الحرارة وغيرها .

اشبــــــاه الموصــــلات

هنالك نوعان من أشباه الموصلات هما

أشباه الموصلات النقية             أشباه الموصلات غير النقية

أشباه الموصلات النقية :

هي العناصر الواقعة في المجموعة الرابعة في الجدول الدوري ( أي أن تكافؤها رباعي ) وتحتوي مستويات الطاقة الخارجية لذراتها على أربعة الكترونات ومن أشهر هذه العناصر السيليكون ( Si) والجرمانيوم (Ge).
أهم ما يميز أشباه الموصلات هو أن قدرتها على توصيل التيار تزداد بارتفاع درجة حرارتها وتقل بانخفاضها حتى أنها تكون عازلة تماماً عند درجة الصفر المطلق ( صفر كلفن = -273 درجة مئوية ) .
وبعبارة أخرى ( أن المقاومة النوعية لأشباه الموصلات تقل بارتفاع درجة حرارتها ) علل

ملاحظة : أشباه الموصلات على العكس تماماً من الموصلات التي يقل توصيلها للكهرباء بارتفاع درجة حرارتها ) علل

س: وضح مع الرسم التركيب البلوري لأشباه الموصلات النقية ؟ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

عندما تنتظم ذرات العنصر شبة الموصل ( رباعي التكافؤ ) مثل السليكون (Si) أو الجرمانيون (Ge) لتكوين بلورته فإن كل ذره ترتبط مع أربع ذرات مجاوره بروابط تساهمية بحيث تشارك كل ذره بإلكتروناتها الأربعة الموجودة في المستوى الخارجي لترتبط مع أربع ذرات مجاورة مكونه أربع روابط تساهمية وبذلك تصبح الذرة محاطة بثمانية الكترونات وتصبح خالية من الالكترونات الحرة فتكون عازلة في درجة الحرارة المنخفضة
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

س: ما الظروف التي تجعل أشباه الموصلات النقية جيدة التوصيل للتيار الكهربائي ؟

1- رفع درجة الحرارة 
2ـ إضافة شوائب خماسية التكافؤ أو ثلاثية التكافؤ 
3ـ تعرضها لأشعة مثل الأشعة السينية ( أشعة X)   

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

س: وضح أثر الحرارة على توصيلية أشباه الموصلات النقية .

1- في درجة الحرارة المنخفضة ( الصفر المطلق أي صفر كلفن =-⁵273م ) تكون أشباه الموصلات عازلة تماماً ( علل ) وذلك لعدم وجود الكترونات حرة حيث يصعب كسر الروابط التساهمية وبالتالي يصعب تحرير الكتروناتها في البلورة وبذلك تكون المقاومة النوعية كبيره فتكون عازلة تماماً .

2- عند رفع درجة حرارة المادة الشبه موصله تنكسر بعض الروابط التساهمية  للبلورة فتتحرر بعض الالكترونات التي تقوم بتوصيل التيار الكهربائي ( أي أن المقاومة النوعية لشبه الموصل تقل بزيادة درجة الحرارة ) وكلما زادت درجة الحرارة زادت درجة توصيلها للتيار الكهربائي

س :  ما أثر كل من : { أ } زيادة درجة الحرارة على كل من :1ـ  توصيلية أشباه الموصلات للكهرباء      وزاري (2004 ـ 2005)

س : علل تزداد قابلية أشباه الموصلات للتوصيل برفع درجة الحرارة .     وزاري (2004 ـ 2005)

ملاحظة:

كما ذكرنا سابقاً أنه عند تحرر الإلكترون من الرابطة التساهمية فإنه يترك مكانة فراغاً وهذا الفراغ يسمى ( فجوة ) فينتقل إلكترون من رابطة أخرى ليملأ هذه الفجوة وهكذا تبدو الفجوة متنقلة فتعمل الفجوة عمل الشحنة الموجبة و يمثل الإلكترون الشحنة السالبة وبذلك يتم التوصيل في أشباه الموصلات بواسطة الإلكترونات والفجوات.

فيديو على أشباه الموصلات

الدرس السابق ... الدرس التالي 

تعديل المقال