أشباه الموصلات غير النقية Impure Semicomductors

أشباه الموصلات غير النقية

أشباه الموصلات غير النقية Impure Semicomductors

تعريف أشباه الموصلات غير النقية : 

هي عبارة عن أشباه موصلات نقيه مطعمه بنسبه ضئيلة من أحد عناصر المجموعة الخامسة مثل الفوسفور (P) أو الزرنيخ (As) أوالأنتيمون (Sb) أو من أحد عناصر المجموعة الثالثة مثل عنصر البورون (B) أو الألمونيوم (Al) أو الأنديوم (In) أو الجاليوم (Ga) .

ملاحظة: عند إضافة شوائب إلى أشباه الموصلات النقية فإننا نضيف إليها خصائص هامة جعلتها تستخدم في صناعة العديد من الأدوات التي سببت التقدم الحضاري
ومن خلال إضافة الشوائب (التطعيم) تمكنا من :

1- الحصول على نوعين من أشباه الموصلات غير النقية هما :ـ
      أ ) شبه موصل من النوع السالب ( الشائبة المانحة للإلكترونات ) ( بلوره سالبة N type )
ب) شبه موصل من النوع الموجب ( الشائبة المستقبلة للإلكترونات ) ( بلوره موجبه P type )
2- زيادة قدرة أشباه الموصلات على توصيل التيار الكهربي .

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

هنالك نوعان من أشباه الموصلات غير النقية هما :

النوع الأول : شبه موصل من النوع السالب ( الشائبة المانحة للإلكترونات ) ( البلورة سالبة N- type )

تعريف 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 .

س: عرف البلورة السالبة ؟

جـ : ....................................................................................

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

س: وضح أثر وجود شوائب من عنصر خماسي التكافؤ على درجة التوصيل الكهربائي لمادة شبه موصله نقيه .

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 كما هو موضح بالشكل المقابل 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.

وبذلك تكون حاملات الشحنة الأساسية ( السائدة ) في هذا النوع من أشباه الموصلات هي الالكترونات( علل) لأن عددها أكبر من عدد الفجوات وحاملات الشحنة الغير أساسية فيها هي الفجوات ( علل )

س : ما ذا حدث في كل من الحالات التالية : إذا :

1-     طعمت بعض ذرات الجرمانيوم رباعية التكافؤ بذرات من عنصر خماسي التكافؤ مثل الزرنيخ .

جـ: ......................................................................................

 ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

س: علل سميت هذه البلورة بالبلورة السالبة  N- type ؟

   جـ: لأن حاملات الشحنة السائدة فيها هي الالكترونات التي تحمل شحنه سالبة .

س: علل البلورة السالبة متعادلة كهربياً ؟

  جـ لأن الشحنة الموجبة لذرات الشوائب المضافة تساوي الشحنة السالبة للإلكترونات المتحررة فيها

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

النوع الثاني : شبه موصل من النوع الموجب ( الشائبة المستقبلة للإلكترونات ) ( البلورة الموجبة P- type )

تعريف 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

س : عرف البلورة الموجبة ؟

جـ: .........................................................................................

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

س : وضح أثر وجود شوائب من عنصر ثلاثي التكافؤ على درجة التوصيل الكهربائي لمادة شبه موصلة نقيه ؟

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 ) كما هو موضح بالشكل المقابل وتسمح هذه الفجوة بانتقال إلكترون إليها من رابطة أخرى وهكذاا 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 وبذلك تكون حاملات الشحنة الأساسية ( السائدة ) في هذا النوع من أشباه الموصلات هي الفجوات( علل ) لأن عددها أكبر من عدد الالكترونات الحرة , وحاملات الشحنة غير السائدة هي الالكترونات .

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

س :علل سمية هذه البلورة بالبلورة الموجبة ؟

لأن حاملات الشحنة الأساسية ( السائدة ) فيها هي الفجوات والفجوة ينقصها إلكترون فهي تكافئ شحنة موجبه مقدارها يساوي مقدار شحنة الإلكترون .

علل البلورة الموجبة متعادلة كهربياً ؟

       لأن الشحنات السالبة للذرات المستقبلة للإلكترونات الحرة تتعادل مع الشحنة الموجبة للفجوات .

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

س : قارن بين شبه الموصل من النوع السالب N- type  وشبه الموصل من النوع الموجب P- type   من حيث :ـ

(1) التعريف    (2) حاملات الشحنة السائدة    (3) حاملات الشحنة غير السائدة   (5) الشكل الموضح للتركيب البلوري

ملاحظات :
 1ـ تعتمد درجة التوصيل الكهربائي  في شبه الموصل غير النقي (N- typeو   P- type) على نسبة الشوائب المضافة .

2ـ كما ذكرنا أنه من طرق زيادة توصيلية أشباه الموصلات هو التطعيم وقد حصلنا نتيجة ذلك على نوعين من أشباه الموصلات هما النوع السالب والنوع الموجبة وقد تم الاستفادة منهما في صناعة العديد من الأدوات التي تعد تطبيقات على أشباه الموصلات غير النقية :

ومن هذه التطبيقات :  
 1ـ الوصلة الثنائية       2ـ الترانزستور      3ـ الدوائر المتكاملة (I C)

س:  اذكر تطبيقاً واحداً لكل من :1ـ  أشباه الموصلات غير النقية وزاري ( 2004 / 2005 ) 

***************************

فيديو أشباه الموصلات غير النقية

الدرس السابق ... الدرس التالي 

تعديل المقال