الجوهر مقابل أشباه الموصلات الخارجية
من اللافت للنظر أن الإلكترونيات الحديثة تعتمد على نوع واحد من المواد ، وهو أشباه الموصلات. أشباه الموصلات هي مواد لها موصلية وسيطة بين الموصلات والعوازل. تم استخدام مواد أشباه الموصلات في الإلكترونيات حتى قبل اختراع الصمام الثنائي شبه الموصل والترانزستور في الأربعينيات من القرن الماضي ، ولكن بعد ذلك وجدت أشباه الموصلات تطبيقًا واسعًا في مجال الإلكترونيات. في عام 1958 ، أدى اختراع أدوات جاك كيلبي من تكساس للدائرة المتكاملة إلى رفع استخدام أشباه الموصلات في مجال الإلكترونيات إلى مستوى غير مسبوق.
تمتلك أشباه الموصلات بشكل طبيعي خاصية الموصلية بسبب ناقلات الشحن المجانية. تُعرف مادة أشباه الموصلات هذه ، التي تُظهر خصائص أشباه الموصلات بشكل طبيعي ، باسم أشباه الموصلات الجوهرية. لتطوير المكونات الإلكترونية المتقدمة ، تم تحسين أشباه الموصلات لتعمل بموصلية أكبر عن طريق إضافة مواد أو عناصر ، مما يزيد من عدد حاملات الشحنة في مادة أشباه الموصلات. يُعرف هذا النوع من أشباه الموصلات باسم أشباه الموصلات الخارجية.
المزيد عن أشباه الموصلات الجوهرية
موصلية أي مادة ترجع إلى الإلكترونات المنبعثة إلى شريط التوصيل بواسطة التحريض الحراري. في حالة أشباه الموصلات الجوهرية ، يكون عدد الإلكترونات المنبعثة أقل نسبيًا مما هو عليه في المعادن ، ولكنه أكبر منه في العوازل. هذا يسمح بتوصيل محدود للغاية للتيار عبر المادة. عندما تزداد درجة حرارة المادة ، يدخل المزيد من الإلكترونات في نطاق التوصيل ، وبالتالي تزداد أيضًا موصلية أشباه الموصلات.هناك نوعان من ناقلات الشحنة في أشباه الموصلات ، والإلكترونات التي يتم إطلاقها في نطاق التكافؤ والمدارات الشاغرة ، والمعروفة أكثر باسم الثقوب. عدد الثقوب والإلكترونات في أشباه الموصلات الجوهرية متساوية. تساهم كل من الثقوب والإلكترونات في تدفق التيار. عندما يتم تطبيق فرق جهد ، تتحرك الإلكترونات نحو الجهد الأعلى وتتحرك الثقوب نحو الجهد المنخفض.
هناك العديد من المواد التي تعمل كأشباه موصلات وبعضها عناصر وبعضها مركبات. السليكون والجرمانيوم هما عنصران لهما خصائص شبه موصلة ، بينما يعتبر زرنيخيد الغاليوم مركبًا. بشكل عام ، تُظهر العناصر في المجموعة الرابعة والمركبات من عناصر المجموعتين الثالثة والخامسة ، مثل زرنيخيد الغاليوم وفوسفيد الألومنيوم ونتريد الغاليوم ، خصائص أشباه الموصلات الجوهرية.
المزيد حول أشباه الموصلات الخارجية
بإضافة عناصر مختلفة ، يمكن تحسين خصائص أشباه الموصلات لإجراء المزيد من التيار.تُعرف عملية الإضافة باسم المنشطات بينما تُعرف المادة المضافة بالشوائب. تزيد الشوائب من عدد حاملات الشحنة داخل المادة ، مما يسمح بتوصيل أفضل. بناءً على الناقل الموفر ، يتم تصنيف الشوائب على أنها متقبلة ومانحة. المانحون هم المواد التي تحتوي على إلكترونات غير مرتبطة داخل الشبكة ، والمستقبلات هي مواد تترك ثقوبًا في الشبكة. بالنسبة لأشباه الموصلات من المجموعة الرابعة ، تعمل عناصر المجموعة الثالثة البورون والألمنيوم كمقبلات ، بينما تعمل عناصر المجموعة الخامسة الفوسفور والزرنيخ كمانحين. بالنسبة لأشباه الموصلات المركبة من المجموعة II-V ، يعمل السيلينيوم والتيلوريوم كمانحين ، بينما يعمل البريليوم والزنك والكادميوم كمقبلات.
إذا تمت إضافة عدد من الذرات المستقبلة كشوائب ، يزداد عدد الثقوب وتكون المادة تحتوي على حاملات شحنة موجبة زائدة عن ذي قبل. لذلك ، يُطلق على أشباه الموصلات المشبعة بشوائب متقبلة اسم أشباه الموصلات من النوع الموجب أو النوع P. وبنفس الطريقة ، يُطلق على أشباه الموصلات المشبعة بشوائب مانحة ، والتي تترك المادة زائدة عن الإلكترونات ، النوع السلبي أو أشباه الموصلات من النوع N.
تستخدم أشباه الموصلات لتصنيع أنواع مختلفة من الثنائيات والترانزستورات والمكونات ذات الصلة. تستخدم الليزر والخلايا الضوئية (الخلايا الشمسية) وأجهزة الكشف عن الصور أيضًا أشباه الموصلات.
ما هو الفرق بين أشباه الموصلات الداخلية والخارجية؟
