فیزیک نیمهرسانا چیست؟
فیزیک نیمهرسانا چیست؟
تعریف فیزیک نیمهرسانا
فیزیک نیمهرسانا به مطالعه موادی که رسانایی الکتریکی بین هادیها و عایقها قرار دارند، اطلاق میشود. این مواد عمدتاً شامل عنصرهایی مانند سیلیکون و ژرمانیوم هستند.
ویژگیهای نیمهرساناهای
نیمهرساناهای دارای مقاومت متوسط و ضریب مقاومت منفی در دمایی هستند، یعنی مقاومت آنها با افزایش دما کاهش مییابد.
پیوند کووالانسی
الکترونهای والانس در اتمهای نیمهرسانا نقش مهمی در پیوند بین اتمها در بلور نیمهرسانا دارند. پیوند بین اتمها به دلیل تمایل هر اتم برای پر کردن حلقه بیرونی خود با هشت الکترون اتفاق میافتد.
هر اتم نیمهرسانا چهار الکترون والانس دارد و میتواند چهار الکترون از اتمهای مجاور خود را به اشتراک بگذارد تا حلقه بیرونی خود را با هشت الکترون پر کند. این به اشتراک گذاشتن الکترونها منجر به تشکیل پیوندهای کووالانسی میشود.
هر اتم نیمهرسانا چهار پیوند کووالانسی با چهار اتم مجاور خود در بلور ایجاد میکند. یعنی، یک پیوند کووالانسی با هر یک از چهار اتم مجاور نیمهرسانا ایجاد میشود. شکل زیر پیوندهای کووالانسی تشکیل شده در یک بلور ژرمانیوم را نشان میدهد.
در بلور ژرمانیوم، هر اتم هشت الکترون در آخرین مدار خود دارد. اما در یک اتم ژرمانیوم تک و جدا شده، ۳۲ الکترون وجود دارد. اولین مدار شامل ۲ الکترون است. دومین مدار شامل ۸ الکترون است. سومین مدار شامل ۱۸ الکترون است و ۴ الکترون باقیمانده در چهارمین یا مدار بیرونی قرار دارد.
اما در یک بلور ژرمانیوم، هر اتم چهار الکترون والانس از چهار اتم مجاور خود را به اشتراک میگذارد تا حلقه بیرونی خود را با هشت الکترون پر کند. به این ترتیب، هر یک از آنها در بلور هشت الکترون در حلقه بیرونی خود خواهد داشت.
تشکیل پیوندهای کووالانسی هر الکترون والانس را با یک اتم مرتبط میکند و هیچ الکترون آزادی در یک بلور نیمهرسانا ایدهآل باقی نمیماند. اتمها به دلیل این پیوندها به طور مرتب و منظم در جای خود قرار میگیرند و ساختار بلوری یک نیمهرسانا را ایجاد میکنند.
نظریه باندهای انرژی
نیمهرساناهای دارای یک فاصله انرژی کوچک بین باند والانس و باند هادی هستند که به الکترونها اجازه میدهد تا با اعمال انرژی حرکت کرده و برق را هدایت کنند.
نوعهای نیمهرساناهای
نیمهرسانا ذاتی
نیمهرسانا غیر ذاتی
نیمهرسانا نوع N و P
