מה היא פיזיקה של חומרים מוליכים למחצה

מה היא פיזיקה של חומרים מוליכים למחצה?

הגדרת פיזיקה של חומרים מוליכים למחצה

פיזיקה של חומרים מוליכים למחצה מוגדרת כחקר חומרים בעלי נויריות חשמלית בין מוליכים למבודדים, בעיקר המעורבים איברים כמו סיליקון וג'רמניום.

מאפיינים של חומרים מוליכים למחצה

חומרים מוליכים למחצה הם בעלי עמידות מתונה ומקדם טמפרטורה שלילי של העמידה, כלומר העמידה שלהם יורדת עם עלייה בטמפרטורה.

קשר קוולנטי

אלקטרונים שוליים באטומים של חומרים מוליכים למחצה משחקים תפקיד חשוב בקשר בין האטומים במגזר של חומר מוליך למחצה. הקשר בין האטומים מתרחש כי לכל אטום יש נטייה להרגיש שהקליפה החיצונית שלו מלאה בעשרה אלקטרונים.

לכל אטום מוליך למחצה יש ארבעה אלקטרונים שוליים והוא יכול לשתף ארבעה אלקטרונים מאטומים שכנים כדי להשלים שמונה אלקטרונים בקליפת החיצונית שלו. השיתוף הזה של אלקטרונים יוצר קשרים קוולנטים.

כל אטום מוליך למחצה יוצר ארבעה קשרים קוולנטים עם ארבעה אטומים שכנים במגזר. כלומר, כל קשר קוולנטי נוצר עם אחד מארבעת האטומים השכנים של מוליך למחצה. התמונה שלהלן מציגה את הקשרים הקוולנטים שנוצרים במגזר ג'רמניום.

במגזר ג'רמניום, לכל אטום יש שמונה אלקטרונים במסלול האחרון שלו. אבל באטום ג'רמניום בודד, יש 32 אלקטרונים. המסלול הראשון מכיל שני אלקטרונים. המסלול השני מכיל שמונה אלקטרונים. המסלול השלישי מכיל שמונה-עשר אלקטרונים והשאר ארבעה אלקטרונים הם במסלול הרביעי או החיצוני ביותר.

אבל במגזר ג'רמניום, לכל אטום יש חלק בשיתוף ארבעה אלקטרונים שוליים מאטומים שכנים כדי למלא את המסלול החיצוני ביותר שלו עם שמונה אלקטרונים. באופן זה, כל אחד מהם במגזר יהיה בעל שמונה אלקטרונים במסלול החיצוני ביותר שלו.

יצירת קשרים קוולנטים מקשרת כל אלקטרון שולי עם אטום, ללא אלקטרונים חופשיים במגזר מוליך למחצה אידיאלי. האטומים מסודרים בצורה מסודרת בשל הקישורים הללו, ויוצרים את מבנה המגזר של חומר מוליך למחצה.

תורת פסיות האנרגיה

לחומרים מוליכים למחצה יש פער אנרגיה קטן בין פס האנרגיה של הולכי המתכת לפס האנרגיה של מוליכים, המאפשר לאלקטרונים לנוע ולהוביל חשמל כאשר מופעלת עליהם אנרגיה.

סוגי חומרים מוליכים למחצה

• מוליך למחצה פנימי

• מוליך למחצה חיצוני

• מוליך למחצה מסוג N ומוליך למחצה מסוג P