أشباه الموصلات، مكوناتها وأنواعها

أشباه الموصلات: مقدمة

أشباه الموصلات هي مواد صلبة تقع في المنطقة الواقعة بين المواد العازلة والمواد الموصلة، وذلك لأن كفاءتها في توصيل التيار الكهربائي متوسطة نوعًا ما. تتكون أشباه الموصلات من عدد من العناصر أبرزها السيليكون والجرمانيوم، وتشمل أشباه الموصلات عدة أنواع؛ وهي: أشباه الموصلات الداخلية، والخارجية، التي يندرج أسفلها كل من أشباه الموصلات السالبة، والموجبة.

ما هي أشباه الموصلات؟

يمكن تعريف أشباه الموصلات بأنها مجموعة من المواد الصلبة البلورية، التي تمتلك قدرة متوسطة على توصيل الكهرباء، بحيث لا توصل الكهرباء بكفاءة المواد الموصلة (بالإنجليزية: Conductor) لكنّها ليست أيضًا من المواد العازلة (بالإنجليزية: Insulator). تتكون أشباه الموصلات من عدد من العناصر أبرزها السيليكون والجرمانيوم، وتشمل أشباه الموصلات عدة أنواع؛ وهي: أشباه الموصلات الداخلية، والخارجية، التي يندرج أسفلها كل من أشباه الموصلات السالبة، والموجبة.

مكونات أشباه الموصلات

تتكون أشباه الموصلات من شبكة بلورية تتكون من الذرات المرتبطة ببعضها البعض بروابط تساهمية. في أشباه الموصلات الداخلية، تكون جميع الذرات في الشبكة البلورية متشابهة، مما يعني أن جميعها تحتوي على نفس عدد الإلكترونات في مداراتها الخارجية.

في أشباه الموصلات الخارجية، تكون بعض الذرات في الشبكة البلورية مختلفة عن غيرها، مما يعني أن بعض الذرات تحتوي على عدد أكبر أو أقل من الإلكترونات في مداراتها الخارجية.

• تصفح أيضا: الدايود، أنواعه وخصائصه

أنواع أشباه الموصلات

تصنف أشباه الموصلات إلى قسمين رئيسيين، هما:

• أشباه الموصلات الداخلية (Intrinsic Semiconductors): وهي أشباه الموصلات التي تتكون من عنصر واحد فقط، مثل السيليكون أو الجرمانيوم.
• أشباه الموصلات الخارجية (Extrinsic Semiconductors): وهي أشباه الموصلات التي تتكون من عنصرين أو أكثر، مثل أشباه الموصلات ذات الشوائب donor أو acceptor.

أشباه الموصلات الداخلية

في أشباه الموصلات الداخلية، تكون جميع الذرات في الشبكة البلورية متشابهة، مما يعني أن جميعها تحتوي على نفس عدد الإلكترونات في مداراتها الخارجية. في السيليكون، على سبيل المثال، تحتوي كل ذرة على أربعة إلكترونات في مدارها الخارجي.

في حالة السيليكون النقي، يكون كل إلكترون في مداره الخارجي مرتبطًا بأحد الإلكترونات في مدار ذرة أخرى. هذا يعني أن أشباه الموصلات الداخلية تكون عادةً عازلًا للكهرباء.

أشباه الموصلات الخارجية

في أشباه الموصلات الخارجية، تكون بعض الذرات في الشبكة البلورية مختلفة عن غيرها، مما يعني أن بعض الذرات تحتوي على عدد أكبر أو أقل من الإلكترونات في مداراتها الخارجية.

أشباه الموصلات السالبة (N-Type Semiconductors):

هي أشباه الموصلات التي تحتوي على شوائب donor. الشوائب المتبرعة هي ذرات تحتوي على إلكترون إضافي في مدارها الخارجي.

في حالة السيليكون، يمكن أن تكون الشوائب المتبرعة هي عناصر مثل الفوسفور أو الزرنيخ. تحتوي كل ذرة من هذه العناصر على خمسة إلكترونات في مدارها الخارجي.

عندما تضاف شوائب متبرعة إلى السيليكون، فإن الإلكترون الإضافي في مدار الشوائب المتبرعة يصبح حرًا للتنقل في الشبكة البلورية. هذا يجعل أشباه الموصلات السالبة موصلًا للكهرباء.