ما هو أشباه الموصلات

إلى جانب موصلات الكهرباء ، هناك العديد من المواد في الطبيعة التي لها موصلية كهربائية أقل بكثير من الموصلات المعدنية. المواد من هذا النوع تسمى أشباه الموصلات.

تشمل أشباه الموصلات: عناصر كيميائية معينة مثل السيلينيوم والسيليكون والجرمانيوم ومركبات الكبريت مثل كبريتيد الثاليوم وكبريتيد الكادميوم وكبريتيد الفضة والكربيدات مثل الكربوراندوم والكربون (الماس) والبورون والقصدير والفوسفور والأنتيمون والزرنيخ والتيلوريوم واليود ، وعدد المركبات التي تشتمل على واحد على الأقل من عناصر المجموعة 4-7 من نظام Mendeleev. هناك أيضا أشباه الموصلات العضوية.

تعتمد طبيعة التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات على نوع الشوائب الموجودة في المادة الأساسية لأشباه الموصلات وعلى تكنولوجيا التصنيع للأجزاء المكونة له.

أشباه الموصلات - الجوهر مع التوصيل الكهربائي 10-10-104 (أوم × سم) -1 تقع بهذه الخصائص بين الموصل والعازل.الفرق بين الموصلات وأشباه الموصلات والعوازل وفقًا لنظرية النطاق هو كما يلي: في أشباه الموصلات النقية والعوازل الإلكترونية ، يوجد نطاق طاقة محظور بين النطاق المملوء (التكافؤ) وشريط التوصيل.

لماذا تجري أشباه الموصلات التيار

يكون لأشباه الموصلات موصلية إلكترونية إذا كانت الإلكترونات الخارجية في ذرات الشوائب مرتبطة بشكل ضعيف نسبيًا بنوى تلك الذرات. إذا تم إنشاء مجال كهربائي في هذا النوع من أشباه الموصلات ، فعندئذ تحت تأثير قوى هذا المجال ، ستترك الإلكترونات الخارجية لذرات الشوائب في أشباه الموصلات حدود ذراتها وتصبح إلكترونات حرة.

ستخلق الإلكترونات الحرة تيار توصيل كهربائي في أشباه الموصلات تحت تأثير قوى المجال الكهربائي. لذلك ، فإن طبيعة التيار الكهربائي في أشباه الموصلات الموصلة كهربائيًا هي نفسها كما في الموصلات المعدنية. ولكن نظرًا لوجود عدد مرات أقل من الإلكترونات الحرة لكل وحدة حجم لأشباه الموصلات مقارنة بوحدة حجم الموصل المعدني ، فمن الطبيعي أن يكون التيار في أشباه الموصلات أصغر بعدة مرات مما هو عليه في المعدن. موصل.

يكون لأشباه الموصلات موصلية "ثقب" إذا كانت ذرات شوائبها لا تتخلى عن إلكتروناتها الخارجية فحسب ، بل تميل ، على العكس من ذلك ، إلى التقاط إلكترونات ذرات المادة الرئيسية لأشباه الموصلات. إذا كانت ذرة النجاسة تأخذ إلكترونًا من ذرة المادة الرئيسية ، فيكون نوعًا من الفضاء الحر للإلكترون - "ثقب".

تسمى ذرة أشباه الموصلات التي فقدت إلكترونًا "ثقب الإلكترون" أو ببساطة "ثقب".إذا امتلأ "الثقب" بإلكترون منقول من ذرة مجاورة ، فإنه يتم التخلص منه وتصبح الذرة متعادلة كهربائيًا ، وينتقل "الثقب" إلى الذرة المجاورة التي فقدت إلكترونًا. لذلك ، إذا تم تطبيق مجال كهربائي على شبه موصل مع توصيل «ثقب» ، فإن «ثقوب الإلكترون» سوف تتحرك في اتجاه هذا المجال.

إن تحيز «ثقوب الإلكترون» في اتجاه عمل مجال كهربائي مشابه لحركة الشحنات الكهربائية الموجبة في مجال ما ، وبالتالي فهو ظاهرة للتيار الكهربائي في أشباه الموصلات.

لا يمكن التمييز بين أشباه الموصلات بشكل صارم وفقًا لآلية توصيلها الكهربائي ، لأنه جنبًا إلى جنب مع الموصلية "Hole" ، يمكن أن يكون لأشباه الموصلات موصلية إلكترونية بدرجة أو بأخرى.

تتميز أشباه الموصلات بما يلي:

• نوع الموصلية (إلكتروني - نوع - نوع ثقب - نوع p) ؛

• مقاومة؛

• عمر حامل الشحنة (الأقلية) أو طول الانتشار ، معدل إعادة التركيب السطحي ؛

• كثافة الخلع.

أنظر أيضا: خصائص الجهد الحالي لأشباه الموصلات السيليكون هو أكثر مواد أشباه الموصلات شيوعًا

درجة الحرارة لها كائنات تؤثر على خصائص أشباه الموصلات. تؤدي زيادتها بشكل أساسي إلى انخفاض المقاومة والعكس صحيح ، أي تتميز أشباه الموصلات بوجود سلبي معامل درجة حرارة المقاومة... بالقرب من الصفر المطلق ، تصبح أشباه الموصلات عازلًا.

تعتمد العديد من الأجهزة على أشباه الموصلات. في معظم الحالات ، يجب الحصول عليها على شكل بلورات مفردة.لإعطاء الخصائص المرغوبة ، يتم تخدير أشباه الموصلات بشوائب مختلفة. يتم فرض متطلبات متزايدة على نقاء مواد أشباه الموصلات في البداية.

أجهزة أشباه الموصلات

المعالجة الحرارية بأشباه الموصلات

المعالجة الحرارية لأشباه الموصلات - تسخين وتبريد أشباه الموصلات وفقًا لبرنامج معين من أجل تغيير خصائصه الكهربية.

التغييرات: تعديل الكريستال ، كثافة الخلع ، تركيز الشواغر أو العيوب الهيكلية ، نوع الموصلية ، التركيز ، التنقل وعمر حاملات الشحنة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون الأربعة الأخيرة مرتبطة بتفاعل الشوائب والعيوب الهيكلية أو بانتشار الشوائب في كتلة البلورات.

يؤدي تسخين عينات الجرمانيوم إلى درجة حرارة> 550 درجة مئوية متبوعًا بالتبريد السريع إلى ظهور مستقبلات حرارية بتركيزات كلما ارتفعت درجة الحرارة. التلدين اللاحق عند نفس درجة الحرارة يعيد المقاومة الأولية.

الآلية المحتملة لهذه الظاهرة هي انحلال النحاس في شعرية الجرمانيوم التي تنتشر عن السطح أو قد ترسبت في السابق عند الخلع. التلدين البطيء يتسبب في ترسيب النحاس على العيوب الهيكلية والخروج من الشبكة. من الممكن أيضًا ظهور عيوب هيكلية جديدة أثناء التبريد السريع. كلتا الآليتين يمكن أن تقلل من العمر ، والذي تم إنشاؤه تجريبيًا.

في السيليكون عند درجات حرارة 350-500 درجة ، يحدث تكوين المانحين الحراري بتركيزات أعلى ، كلما زاد ذوبان الأكسجين في السيليكون أثناء نمو البلورات. في درجات حرارة أعلى ، يتم تدمير المانحين للحرارة.

يؤدي التسخين إلى درجات حرارة تتراوح من 700 إلى 1300 درجة إلى تقليل عمر حاملات الشحنة الأقلية بشكل حاد (عند> 1000 درجة ، يتم لعب الدور الحاسم من خلال انتشار الشوائب من السطح). يؤثر تسخين السيليكون عند 1000-1300 درجة على الامتصاص البصري للضوء وانتشاره.

تطبيق أشباه الموصلات

في التقنيات الحديثة ، وجدت أشباه الموصلات أوسع تطبيق ؛ لقد كان لها تأثير قوي للغاية على التقدم التكنولوجي. بفضلهم ، من الممكن تقليل وزن وأبعاد الأجهزة الإلكترونية بشكل كبير. يؤدي تطوير جميع مجالات الإلكترونيات إلى إنشاء وتحسين عدد كبير من المعدات المتنوعة القائمة على أجهزة أشباه الموصلات. تعمل أجهزة أشباه الموصلات كأساس للخلايا الدقيقة والوحدات الدقيقة والدوائر الصلبة وما إلى ذلك.

الأجهزة الإلكترونية القائمة على أجهزة أشباه الموصلات هي عمليا بالقصور الذاتي. يمكن أن يستمر جهاز أشباه الموصلات المصمم بعناية والمختوم جيدًا لعشرات الآلاف من الساعات. ومع ذلك ، فإن بعض مواد أشباه الموصلات لها حد درجة حرارة صغير (على سبيل المثال ، الجرمانيوم) ، ولكن ليس من الصعب جدًا تعويض درجة الحرارة أو استبدال المادة الأساسية للجهاز بأخرى (على سبيل المثال ، السيليكون وكربيد السيليكون) إلى حد كبير إزالة هذا العيب. التحسين ينتج عن تقنية تصنيع أجهزة أشباه الموصلات تقليل تشتت المعلمة الموجودة وعدم استقرارها.

أشباه الموصلات في الإلكترونيات

يتم استخدام التلامس بين أشباه الموصلات والمعدن وتقاطع ثقب الإلكترون (تقاطع n-p) الذي تم إنشاؤه في أشباه الموصلات في تصنيع ثنائيات أشباه الموصلات.تقاطعات مزدوجة (p-n-p أو n-R-n) - الترانزستورات والثايرستور. تستخدم هذه الأجهزة بشكل أساسي لتصحيح الإشارات الكهربائية وتوليدها وتضخيمها.

تُستخدم الخصائص الكهروضوئية لأشباه الموصلات لإنشاء مقاومات ضوئية وثنائيات ضوئية وترانزستورات ضوئية. تعمل أشباه الموصلات بمثابة الجزء النشط من المذبذبات (مكبرات الصوت) للتذبذبات ليزر أشباه الموصلات... عندما يمر تيار كهربائي عبر تقاطع pn في الاتجاه الأمامي ، تتحد حاملات الشحنة - الإلكترونات والثقوب - مع انبعاث الفوتونات ، والتي تُستخدم لإنشاء مصابيح LED.

المصابيح

جعلت الخصائص الحرارية لأشباه الموصلات من الممكن إنشاء مقاومات كهروحرارية لأشباه الموصلات ، ومزدوجات حرارية لأشباه الموصلات ، ومزدوجات حرارية ومولدات كهروحرارية وتبريد حراري لأشباه الموصلات بناءً على تأثير بلتيير ، - ثلاجات حرارية ومثبتات حرارية.

تستخدم أشباه الموصلات في محولات الطاقة الشمسية والحرارة الميكانيكية في المولدات الكهربائية - الكهروحرارية والمحولات الكهروضوئية (الخلايا الشمسية).

الضغط الميكانيكي المطبق على أشباه الموصلات يغير مقاومته الكهربائية (التأثير أقوى من المعادن) ، وهو أساس مقياس إجهاد أشباه الموصلات.

أصبحت أجهزة أشباه الموصلات منتشرة على نطاق واسع في الممارسة العالمية ، مما أحدث ثورة في الإلكترونيات ، فهي تعمل كأساس لتطوير وإنتاج:

• معدات القياس وأجهزة الكمبيوتر

• معدات لجميع أنواع الاتصالات والنقل ،

• لأتمتة العمليات الصناعية ،

• أجهزة البحث ،

• صاروخ،

• معدات طبية

• الأجهزة والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

يتيح لك استخدام أجهزة أشباه الموصلات إنشاء معدات جديدة وتحسين القديم ، مما يعني أنه يقلل من حجمها ووزنها واستهلاكها للطاقة ، وبالتالي تقليل توليد الحرارة في الدائرة ، وزيادة القوة ، والاستعداد الفوري للعمل ، فإنه يعطي يسمح لك بزيادة عمر الخدمة وموثوقية الأجهزة الإلكترونية.