- ما هو أشباه الموصلات؟
- تطبيقات أشباه الموصلات
- أنواع أشباه الموصلات
- أمثلة على مواد أشباه الموصلات
- المواد الموصلة
- المواد العازلة
نشرح ماهية أشباه الموصلات الكهربائية وأنواعها وتطبيقاتها وأمثلة عليها. بالإضافة إلى ذلك ، المواد الموصلة والعازلة.
ما هو أشباه الموصلات؟
أشباه الموصلات هي مواد قادرة على العمل كموصلات كهربائية أو عوازل كهربائية ، اعتمادًا على الظروف المادية التي توجد فيها. هذه الشروط عادة ما تنطوي على درجة الحرارة و ال ضغط، حدوث الإشعاع أو شدة الحقل الكهربائي أو حقل مغناطيسي التي تخضع لها المادة.
تتكون أشباه الموصلات من العناصر الكيميائية متنوعة جدًا فيما بينهم ، والتي تأتي في الواقع من مناطق أخرى غير الجدول الدوري، لكنهم يشتركون في بعض الصفات الكيميائية (بشكل عام تكون رباعي التكافؤ) ، والتي تمنحهم خصائصهم الكهربائية الخاصة. حاليًا ، أشباه الموصلات الأكثر استخدامًا هي السيليكون (Si) ، لا سيما في الصناعة إلكترونيات و الحوسبة.
إلى جانب المواد العازلة ، تم اكتشاف أشباه الموصلات في عام 1727 من قبل الفيزيائي وعالم الطبيعة الإنجليزي ستيفن جراي (1666-1736) ، ولكن تم وصف القوانين التي تصف سلوكياتها وخصائصها في وقت لاحق ، في عام 1821 ، من قبل الفيزيائي الألماني الشهير جورج سيمون. أوم (1789-1854).
تطبيقات أشباه الموصلات
تعتبر أشباه الموصلات مفيدة بشكل خاص في صناعة الإلكترونيات ، لأنها تسمح بقيادة وتعديل التيار الكهربائي حسب الأنماط اللازمة. لهذا السبب ، من المعتاد أنهم معتادون على:
- الترانزستورات
- دوائر متكاملة
- الثنائيات الكهربائية
- مجسات بصرية
- ليزر الحالة الصلبة
- مغيرات المحرك الكهربائي (مثل مضخم الجيتار الكهربائي)
أنواع أشباه الموصلات
يمكن أن تكون أشباه الموصلات من نوعين مختلفين ، اعتمادًا على استجابتها للبيئة المادية التي توجد فيها:
أشباه الموصلات الجوهرية
وهي مكونة من نوع واحد من ذرات، مرتبة في الجزيئات رباعي السطوح (أي أربع ذرات بتكافؤ 4) وذراتها مرتبطة روابط تساهمية.
يمنع هذا التكوين الكيميائي حركة حر من الإلكترونات حول الجزيء ، باستثناء زيادة درجة الحرارة: ثم تشارك الإلكترونات جزءًا من طاقة متوفر و "يقفز" ، مما يترك مساحة خالية تترجم على أنها شحنة موجبة ، والتي بدورها ستجذب إلكترونات جديدة. هذه العملية تسمى إعادة التركيب ، وكمية الحرارة المطلوب لهذا يعتمد على العنصر الكيميائي المعني.
أشباه الموصلات الخارجية
تسمح هذه المواد بعملية تعاطي المنشطات ، أي أنها تسمح بتضمين نوع من الشوائب في تكوينها الذري. اعتمادًا على هذه الشوائب ، التي يمكن أن تكون خماسية التكافؤ أو ثلاثية التكافؤ ، تنقسم مواد أشباه الموصلات إلى قسمين:
- أشباه الموصلات الخارجية من النوع N (المتبرعون). في هذه الأنواع من المواد ، يفوق عدد الإلكترونات عدد الثقوب أو ناقلات الشحن المجاني ("فراغات" الشحنة الموجبة). عندما يتم تطبيق فرق جهد على المادة ، تتحرك الإلكترونات الحرة إلى يسار المادة وتتحرك الثقوب ثم إلى اليمين. عندما تصل الثقوب إلى أقصى اليمين ، تدخل الإلكترونات من الدائرة الخارجية أشباه الموصلات ، ويحدث انتقال التيار الكهربائي.
- أشباه الموصلات الخارجية من النوع P (المتقبلات). في هذه المواد ، الشوائب المضافة ، بدلاً من زيادة الإلكترونات المتاحة ، تزيد من الثقوب. وبالتالي ، فإننا نتحدث عن مادة مستقبلية مضافة ، نظرًا لوجود طلب أكبر على الإلكترونات من الإتاحة وكل "مساحة" حرة حيث يجب أن يذهب الإلكترون يخدم لتسهيل مرور التيار.
أمثلة على مواد أشباه الموصلات
أشباه الموصلات الأكثر شيوعًا والمستخدمة في صناعة نكون:
- السيليكون (Si)
- الجرمانيوم (Ge) ، غالبًا في سبائك السيليكون
- زرنيخيد الغاليوم (GaAs)
- كبريت
- الأكسجين
- الكادميوم
- السيلينيوم
- هندي
- مواد كيميائية أخرى ناتجة عن توليفة عناصر من المجموعتين 12 و 13 من الجدول الدوري ، مع عناصر من المجموعتين 16 و 15 على التوالي.
المواد الموصلة
على عكس أشباه الموصلات ، التي تختلف خصائصها في التوصيل الكهربائي ، فإن المواد الموصلة جاهزة دائمًا لنقل كهرباء، بسبب التكوين الإلكتروني لذراته. يمكن أن تتقلب هذه الموصلية وتتأثر إلى حد ما بالحالة المادية للبيئة منذ الموصلية الكهربائية انها ليست مطلقة.
الغالبية العظمى من أمثلة المواد الموصلة المعادن (الحديد والزئبق ، نحاس، والألمنيوم ، وما إلى ذلك) و ماء.
المواد العازلة
أخيرًا ، المواد العازلة هي تلك التي تقاوم توصيل الكهرباء ، أي التي تمنع مرور الإلكترونات وبالتالي فهي مفيدة لحماية نفسها من الكهرباء ، ومنعها من السير في دورة مجانية ، أو من قصر الدائرة. لا تقوم العوازل أيضًا بعزل مائة بالمائة بكفاءة ، ولديها حد (جهد الانهيار) تكون الطاقة فوقها شديدة لدرجة أنها لا تستطيع الحفاظ على حالتها كعوازل ، وبالتالي ، تنقل التيار الكهربائي ، على الأقل بدرجة معينة.
أمثلة على المواد العازلة بلاستيكوالسيراميك والزجاج والخشب والورق.