ما هو فيزياء المواد شبه الموصلة؟

ما هي فيزياء المواد شبه الموصلات؟

تعريف فيزياء المواد شبه الموصلات

تُعرَّف فيزياء المواد شبه الموصلات بأنها دراسة المواد ذات التوصيل الكهربائي بين الموصلات والعازلات، وتتضمن بشكل أساسي عناصر مثل السيليكون والألمانيوم.

خصائص المواد شبه الموصلات

تمتلك المواد شبه الموصلات مقاومة متوسطة ومعامل مقاومة سلبي للحرارة، مما يعني أن مقاومتها تنخفض مع زيادة الحرارة.

الربط الكوفيالي

يلعب الإلكترونات القيمية في ذرات المواد شبه الموصلات دورًا حيويًا في الربط بين الذرات في البلورة شبه الموصلة. يحدث الربط بين الذرات لأن كل ذرة تميل إلى ملء أقصى خلية لها بثمانية إلكترونات.

لكل ذرة من المواد شبه الموصلات أربع إلكترونات قيمة ويمكنها مشاركة أربع إلكترونات من الذرات المجاورة لإكمال ثمانية إلكترونات في قشرتها الخارجية. هذه المشاركة من الإلكترونات تخلق روابط كوفياتية.

تقوم كل ذرة من المواد شبه الموصلات بإنشاء أربعة روابط كوفياتية مع أربع ذرات مجاورة في البلورة. هذا يعني أن الرابطة الكوفياتية الواحدة تنشأ مع كل واحدة من الأربع ذرات المجاورة للمواد شبه الموصلة. يظهر الشكل أدناه الروابط الكوفياتية التي تشكلت في بلورة الألمانيوم.

في بلورة الألمانيوم، لكل ذرة ثمانية إلكترونات في مدارها الأخير. ولكن في ذرة ألمانيوم منعزلة، يوجد 32 إلكترونًا. يتكون المدار الأول من اثنين من الإلكترونات. يتكون المدار الثاني من ثمانية إلكترونات. يتكون المدار الثالث من 18 إلكترونًا والباقي أربعة إلكترونات في المدار الرابع أو الخارجي.

ولكن في بلورة الألمانيوم، تشترك كل ذرة في أربعة إلكترونات قيمة من أربع ذرات مجاورة لملء مدارها الخارجي بثمانية إلكترونات. بهذه الطريقة، سيكون لكل منها في البلورة ثمانية إلكترونات في مدارها الخارجي.

من خلال تشكيل الروابط الكوفياتية، يتم ربط كل إلكترون قيمة بذرة، مما لا يترك أي إلكترونات حرة في بلورة شبه موصل مثالية. تتراصف الذرات بشكل منتظم بسبب هذه الروابط، مما يخلق بنية البلورة للمواد شبه الموصلات.

نظرية الفرقة الطاقوية

تمتلك المواد شبه الموصلات فجوة طاقة صغيرة بين الفرقة القيمية وفرقة التوصيل، مما يسمح بالإلكترونات بالتحرك والتوصيل الكهربائي عند تطبيق الطاقة.

أنواع المواد شبه الموصلات

• شبه موصل داخلي

• شبه موصل خارجي

• شبه موصل من النوع N وشبه موصل من النوع P