أشباه الموصلات Semiconductor

المواد الموصلة :
تلك المواد التى يمكن لالكترونات المدار الخارجى فيها أن تتحرر من ذراتها وتتحرك حركة عشوائية بين الذرات واذا تعرضت لفرق جهد – أى الالكترونات – كونت تيارا كهربياَ.
من أمثلة المواد الموصلة كهربياَ : الفضة ، النحاس ، الالومنيوم وعموم المعادن .


المواد العازلة :
تلك المواد التى تشتد فيها قوة جذب النواة لالكترونات المدار الخارجى فلا تستطيع الافلات من الذرة .
ومن أمثلة المواد العازلة للكهرباء : الورق ،الزجاج ،الميكا ، البلاستيك ، المطاط وغيرها .

المواد شبه الموصلة :
من المعروف أن الذرة هي أصغر جزء في العنصر ، وطبقاَ لنظرية (بوهر) التقليدية فان الذرة تحتوى على نواة مركزية محاطة بسحابة من الالكترونات سالبة الشحنة تدور في مدارات بيضاوية حول النواة .

تكوين الذرة
تحتوي النواة على نوعين من الأجسام ، أحدهما موجب الشحنة ويطلق عليها ( بروتونات ) والثاني متعادل الشحنة يطلق عليها (نيوترونات ) ويدور حول النواة (إلكترونيات) سالبة الشحنة في مدارات ثايته
تنتمي مادتي السيليكون والجرمانيوم الى عائلة أشباه الموصلات ، تحتوي كل من ذرتي السيليكون والجرمانيوم على أربعة الكترونات تكافؤ ،( الكترونات التكافؤ هي الكترونات المدار الخارجي للذرة وتساهم في التفاعلات الكيميائية ) والاختلاف بينهما هو أن ذرة السيليكون تحتوي على 14 بر وتون في النواة بينما ذرة الجرمانيوم تحتوي على 32 بروتون ،ويوضح الشكل التركيب الذري لمادة السيليكون و التركيب الذري لمادة الجرمانيوم .

البناء الذري للسيليكون>>>> البناء الذري للجرمانيوم

الرابطة التساهمية في أشباه الموصلات :

تحتوي ذرة الجرمانيوم على أربعة الكترونات في المدار الخارجي ، وحتى يكتمل نطاق التكافؤ للجرمانيوم فانة لابد من وجود ثمانية الكترونات في المدار الخارجي وعلى ذلك فان كل ذرة تشارك الذرات الأربع التي حولها في الكترونات بالصورة الموضحة في الشكل والتي يطلق عليها ( الرابطة التساهمية ) وفي هذه الرابطة تبدو الذرة وكأنها محاطة بثمانية الكترونا ت (الأربع ذرات الأصلية وأربع ذرات أخر بواسطة الرابطة التساهمية ) ، وبالتاكي د فان الذرة في هذه الحالة لا تكون قابلة للتوصيل حيث انة لا يوجد الكترونات حرة لنقل الطاقة ، ويطلق على هذا البناء (البناء البللوري ).

السيليكون والجرمانيوم في صورتيهما النقية أقرب الى المواد العازلة ، ولكن بعد أن تضاف اليهما بعض الشوائب يصبحا من أشباه الموصلات
الرابطة التساهمية في ذرات الجرمانيوم

البللوره السالبة N :
لكي تتحول البللوره النقية الى مادة قابلة للتوصيل فانه يتم تطعيمها بأحد المواد التي يطلق عليها (مواد شائ بة ) ، ومن أمثلة المواد الشائبة المستخدمة في تكوين البلورة السالبة ، مادة الفسفور (P) والزنك (AS) والانتيمون (SB) ، وتشترك هذه المواد في خاصية احتوائها على خمسة الكترونات خارجية .
ويظهر الشكل اسلوب تكوين البللورة السالبة (N) حيث نجد أن كل أربعة الكترونات تكافؤ من الكترونات المادة الشائبة (الزنك ) ترتبط في روابط تساهمية مع ذرة جرمانيوم ليكتمل المدار الخارجي لذرة الجرمانيوم ويتبقى الكترون زائد من الزنك يصبح حر الحركة خلال البللورة ، بهذا الأسلوب يزداد عدد الالكترونات (السالبة ) الحرة ، وتتحول المادة الى بللورة سالبة ، ويرمز لها بالرمز (N)

التطعيم بالشوائب خماسية التكافؤ
لتكوين البلورة السالبة N

البللورة الموجبة P :
بنفس الأسلوب يتم اضافة مادة شائبة الى الجرمانيوم أو السيليكون ، ولكن في هذه الحالة يستخدم مادة شائبة ثلاثية التكافؤ مثل الانديوم (I N) أو الجاليوم (GA) أو البورون (B) .
الكترونات التكافؤ الثلاثة للانديوم كما في الشكل ترتبط مع ذرات الجرمانيوم برابطة تساهمية وهنا نجد أن ذرة الجرمانيوم ينقصها الكترون واحد حتى يكتمل البناء الترابطي التساهمي وهذا يعني وجود فجوة HOLE والتي تمثل شحنة موجبة لها قدرة قوية على جذب الالكترون.
بهذه الصورة يزداد عدد الفجوات ، أي عدد الشحنات الموجبة وتزداد معها ايجابية المادة وتصبح هذه الفجوات الموجبة مسئولة عن توصيل التيار في المادة ولهن ا يطلق على المادة (بللورة موجبة ) ويرمز لها بالرمز P .
التطعيم بالشوائب ثلاثية التكافؤ
لتكوين البلورة الموجبة P