Podcast Beta
Questions and Answers
ما هي خاصية المواد شبه الموصلة التي تميزها عن المواد العازلة؟
ماذا يحدث لأشباه الموصلات عند الصفر المطلق؟
ما هي المادة الثانية الأكثر شيوعًا المستخدمة في أشباه الموصلات بجانب السيليكون؟
ما هي الطريقة التي يمكن من خلالها الحصول على أعداد نواقل أكبر في المواد شبه الموصلة؟
Signup and view all the answers
ما الذي يحدث عند إضافة ذرات الشوائب داخل المادة شبه الموصلة؟
Signup and view all the answers
أشباه الموصلات تتواجد في حالة موصلية بين المواد الجيدة التوصيل والمواد العازلة.
Signup and view all the answers
تكون أشباه الموصلات موصلة للكهرباء عند درجة الصفر المطلق.
Signup and view all the answers
يمكن تغيير معامل التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات من خلال إضافة الشوائب.
Signup and view all the answers
الفجوة الطاقية الكبيرة تجعل المادة شبه موصلة.
Signup and view all the answers
مادة السيليكون هي واحدة من أشهر المواد شبه الموصلة.
Signup and view all the answers
أشباه الموصلات تمتلك موصليتها بين المواد الجيدة التوصيل والمواد العازلة.
Signup and view all the answers
عند درجة الصفر المطلق، تكون أشباه الموصلات موصلة للكهرباء.
Signup and view all the answers
يمكن تغيير معامل التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات بإضافة الشوائب.
Signup and view all the answers
الفجوة الطاقية الكبيرة تجعل المادة عازلة.
Signup and view all the answers
كيف يمكن التحكم في موصلية أشباه الموصلات؟
Signup and view all the answers
ما هو تأثير درجة الحرارة على أعداد الإلكترونات في أشباه الموصلات؟
Signup and view all the answers
كيف تساهم الشوائب في تغيير خصائص أشباه الموصلات؟
Signup and view all the answers
ما هو البناء البلوري لكل من السيليكون والجرمانيوم؟
Signup and view all the answers
ما هي أنواع المركبات شبه الموصلة التي تحتوي على عناصر ثلاثية وخماسية التكافؤ؟
Signup and view all the answers
Study Notes
أشباه الموصلات
- تعتبر أشباه الموصلات موادا صلبة موصلة للكهرباء لكن موصليتها أقل من المواد المعدنية وأكثر من المواد العازلة.
- يمكن التحكم في قدرة أشباه الموصلات على توصيل التيار الكهربائي عن طريق التحكم في درجة الحرارة أو التركيز الشوائب ونقصان البلورات.
- تتميز أشباه الموصلات بكونها مواد عازلة عند درجة حرارة الصفر المطلق خاصة إذا كانت بلوراتها نقية.
- تتراوح المقاومة النوعية (ρ) لاشباه الموصلات عند درجة حرارة الغرفة بين 10-3 - 10⁶ اوم سم، مما يجعلها وسطًا بين المقاومة النوعية للمعادن والعوازل.
- تؤثر شرائط الطاقة نصف المملوءة بالألكترونات على توصيل التيار، بينما لا تؤثر الشرائط المملوءة بالكامل أو الفارغة على عملية التوصيل.
- تعتبر المادة عازلة عندما يكون الفجوة الطاقية (Eg) بين أعلى نقطة في شريط التكافؤ وأدنى نقطة في شريط التوصيل كبيرة (>2.5eV).
- يمكن للألكترونات القفز فوق الفجوة الطاقية عند درجات حرارة عادية، مما يؤدي إلى زيادة توصيلها للتيار، حيث أن الطاقة الحرارية المكتسبة كافية لجعل الإلكترونات تقفز إلى شريط التوصيل.
- يمكن للضوء الساقط على أشباه الموصلات أن يزيد من توصيلها للتيار.
- تُّصنف أشباه الموصلات إما إلى نوع n أو p اعتمادا على نوع الشوائب المُضافة.
- من أشهر أشباه الموصلات:
- السيليكون (Si)
- الجيرمانيوم (Ge)
- مركبات (III-V) مثل InSb, GaAs, InP, AlSb
- مركبات (II-VI) مثل ZnS, CdSe, CdTe
الشوائب في أشباه الموصلات
- تعتبر الكثافة العددية الذاتية للنواقل (ni) في أشباه الموصلات قليلة عند درجة حرارة الغرفة.
- يمكن زيادة عدد النواقل عن طريق إضافة الشوائب الفاعلة كهربائياً إلى المادة شبه الموصلة، مما يوفر مصدرًا إضافيًا للألكترونات أو الثقوب.
- يمكن تصنيف الشوائب إلى نوعين:
- المانحة: هذه الشوائب تمنح الإلكترونات للبلورة عن طريق تحريرها مما يجعلها تنتقل إلى شريط التوصيل.
- المستقبلة: تقبّل هذه الشوائب الإلكترونات من شريط التكافؤ مما يؤدي إلى خلق ثقوب في شريط التكافؤ.
أشباه الموصلات
- أشباه الموصلات هي مواد صلبة موصلة للكهرباء بدرجة متوسطة بين المواد الموصلة والعازلة.
- يمكن تغيير موصلية أشباه الموصلات عن طريق التحكم في درجة الحرارة أو تركيز الشوائب.
- تُصبح مواد أشباه الموصلات عازلة عند درجة حرارة الصفر المطلق، خاصةً إذا كانت نقية.
- تقع مقاومية أشباه الموصلات في نطاق 10^-3 إلى 10^4 أوهم-سم عند درجة حرارة الغرفة.
- تساهم الشرائط النصف ممتلئة بالإلكترونات في توصيل التيار الكهربائي.
- الشرائط المملوءة كليًا أو الفارغة كليًا لا تساهم في توصيل التيار الكهربائي.
- تكون مادة عازلة عندما تكون الفجوة الطاقية بين أعلى نقطة في شريط التكافؤ وأدنى نقطة في شريط التوصيل كبيرة (E ≥ 2.5eV).
- يمكن أن تنتقل الإلكترونات من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل عند درجات حرارة عادية إذا لم تكن الفجوة الطاقية كبيرة (≈ 1eV).
- يمكن زيادة عدد الإلكترونات التي تنتقل من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل بزيادة درجة الحرارة.
- يمكن أن يزيد ضوء الساقط على المادة من عدد الإلكترونات التي تنتقل من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل.
ال شوائب في أشباه الموصلات
- تعتبر الشوائب من العوامل المهمة التي تُؤثر في نقل التيار في أشباه الموصلات.
- توجد شوائب طبيعية في بلورات أشباه الموصلات بمعدل 10^16 إلى 10^4 ذرة لكل سنتيمتر مكعب.
- يمكن أن تؤثر الشوائب في أعداد النواقل الكهربائية إما بإضافة إلكترونات إلى شريط التوصيل أو إزالة إلكترونات من شريط التكافؤ.
- يمكن تصنيف الشوائب إلى نوعين، المانحة (Donors) و المستقبلة (Acceptors).
- تُطلق الذرات المانحة إلكترونات ل تنتقل إلى شريط التوصيل.
- تُقبل الذرات المستقبلة إلكترونات من شريط التكافؤ و تُشكل الثقوب.
أشباه الموصلات (Semiconductors)
- أشباه الموصلات هي مواد صلبة موصلة للكهرباء، لكن موصليتها ضعيفة مقارنة بالفلزات والعوازل.
- يمكن تعديل قدرتها على التوصيل باستخدام درجة الحرارة أو تركيز الشوائب.
- عند الصفر المطلق، تكون أشباه الموصلات عازلة إذا كانت نقية.
- تقع مقاومتها النوعية عند درجة حرارة الغرفة بين 10^-3 و 10^4 أوم- سم، مما يجعلها متوسطة بين الفلزات (10^-6 أوم- سم) والعوازل (10^12 أوم- سم).
- الشرائط المملوءة بالإلكترونات جزئيا تساهم في توصيل التيار الكهربائي، بينما الشرائط المملوءة كليّا أو الخالية تمامًا من الإلكترونات لا تساهم في التوصيل.
- في المواد العازلة، تكون الفجوة الطاقية (Eg) بين شريط التكافؤ وشريط التوصيل كبيرة (أكبر من 2.25 إلكترون فولت).
- في أشباه الموصلات، تكون الفجوة الطاقية صغيرة (حوالي 1 إلكترون فولت)، مما يسمح بانتقال الإلكترونات من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل عند درجات حرارة عادية.
- تزداد قابلية التوصيل عند ارتفاع درجة الحرارة، لأن المزيد من الإلكترونات تنتقل إلى شريط التوصيل.
- يمكن للضوء الساقط على أشباه الموصلات أيضًا أن يزيد من توصيلها.
تأثير الشوائب (Impurities)
- يمكن تغيير معامل التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات بشكل كبير بإضافة كميات محدودة من مواد أخرى تسمى الشوائب.
- نوع الشوائب يحدد نوع النواقل، إما الإلكترونات (-) أو الثقوب (+).
- هذه الخاصية مهمة في تصنيع الأجهزة الإلكترونية.
أنواع أشباه الموصلات
-
أشباه الموصلات الأولية:
- السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge) هما عنصران رباعيا التكافؤ.
- بناءهما البلوري هو من النوع الماسي.
-
أشباه الموصلات الثنائية والثلاثية:
- أشباه الموصلات الثنائية (II-VI) مثل: ZnS, CdS, CdSe, HgTe
- أشباه الموصلات الثلاثية (III-V) مثل: InSb, GaAs, InP, AlSb
الشوائب في أشباه الموصلات (Impurities in Semiconductors)
- الكثافة العددية الذاتية للنوّاقل الكهربائية، ni، عند درجة حرارة الغرفة ليست كبيرة (مثلاً 1.5 × 10^10 سم⁻³ للسيليكون و5 × 10^7 سم⁻³ لـ GaAS).
- إضافة الشوائب (doping) تزيد كثافة النواقل بشكل كبير.
- الشوائب موجودة بشكل طبيعي في أشباه الموصلات، ولكن يمكن زيادتها بشكل متعمد.
- الشوائب توفر مصدرًا إضافيًا للإلكترونات أو الثقوب.
أنواع الشوائب:
-
الشوائب المانحة (Donors):
- توفر إلكترونات إضافية.
- مثال: ذرة P أو As أو Sb (خماسية التكافؤ).
- تُستخدم لعمل أشباه الموصلات من النوع "n".
-
الشوائب القابلة (Acceptors):
- تُخلق ثقوبًا إضافية.
- مثال: ذرة B أو Ga أو In (ثلاثية التكافؤ)
- تُستخدم لعمل أشباه الموصلات من النوع "p".
-
الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترونات أو الثقوب من الشوائب صغيرة جدًا مقارنة بالفجوة الطاقية بين شريط التكافؤ وشريط التوصيل.
-
تُعد الشوائب عنصرًا رئيسيًا في عمل الأجهزة الإلكترونية المصنوعة من أشباه الموصلات.
أشباه الموصلات
- مواد صلبة موصلة جزئيًا للكهرباء، بين المواد جيدة التوصيل والعوازل.
- خاصية مميزة: تغيير الموصلية بالتحكم في درجة الحرارة أو تركيز الشوائب أو العيوب البلورية.
- أشباه الموصلات عوازل عند الصفر المطلق، خاصة إذا كانت البلورات نقية.
- المقاومة النوعية (ρ) تعتمد على درجة الحرارة وموجودة بين مواد جيدة التوصيل (10⁻³ Ω·cm) والعوازل (10¹² Ω·cm).
- شرائط الطاقة المملوءة جزئيًا تُساهم في توصيل التيار.
- شرائط الطاقة المملوءة أو الخالية تمامًا لا تُساهم في التوصيل.
- الفجوة الطاقية (Eg) بين أعلى نقطة في شريط التكافؤ وأدنى نقطة في شريط التوصيل تُحدد نوع المادة:
- عازلة: Eg كبيرة (≥ 2.5 eV)
- شبه موصل: Eg صغيرة (حوالي 1 eV)
- انتقال الإلكترونات من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل:
- درجة الحرارة: الطاقة الحرارية كافية لإلكترونات القفز فوق الفجوة الطاقية.
- الضوء: الطاقة الضوئية كافية لإلكترونات القفز فوق الفجوة الطاقية.
- تُميز أشباه الموصلات عن الفلزات: تغيير معامل التوصيل الكهربائي بإضافة شوائب.
- الشوائب تُغير نوع النواقل: إلكترونات (n) أو ثقوب (p).
- أهم مواد أشباه الموصلات:
- عناصر: سيليكون (Si)، جرمانيوم (Ge) (رباعية التكافؤ، بنية الماس).
-
مركبات:
- (III-V): InSb, GaAs, InP, AlSb
- (II-VI): ZnS, CdSe, CdTe
الشوائب في أشباه الموصلات
- الكثافة العددية الذاتية للنواقل (ni) عند درجة حرارة الغرفة (300K) منخفضة:
- Si: 1.5 × 10¹⁰ cm⁻³
- GaAS: 5 × 10⁷ cm⁻³
- إضافة شوائب (doping) لزيادة أعداد النواقل، بحيث توفر مصدرًا آخر للإلكترونات أو الثقوب.
- الشوائب موجودة في بلورات أشباه الموصلات بشكل طبيعي (3 × 10¹⁶ ذرة/cm³).
- زيادة كثافة ذرات الشوائب تُزيد أعداد النواقل في المادة.
- الشوائب تُسبب زيادة أعداد النواقل إما:
- بتحرير الإلكترونات وانتقالها إلى شريط التوصيل (ذرات مانحة).
- بقبول الإلكترونات من شريط التكافؤ وخلق الثقوب (ذرات قابلة).
- أنواع الشوائب:
-
مانحة (Donors):
- ذرات خماسية التكافؤ (P, As, Sb): تُحرر إلكترونًا إلى شريط التوصيل.
- تُشكل مستويات طاقة أعلى قليلاً من قاع شريط التوصيل.
-
قابلة (Acceptors):
- ذرات ثلاثية التكافؤ (B, Ga, In): تقبل إلكترونًا من شريط التكافؤ، وتخلق ثقبًا.
- تُشكل مستويات طاقة أقل قليلاً من قمة شريط التكافؤ.
-
مانحة (Donors):
- الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترونات أو الثقوب من الشوائب صغيرة مقارنة بالفجوة الطاقية.
- مستويات طاقة الشوائب موجودة داخل الفجوة الطاقية.
Studying That Suits You
Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.
Description
اختبر معرفتك حول أشباه الموصلات وخصائصها الفيزيائية. يُعد هذا الموضوع أساسياً لفهم كيفية توصيل التيار وخصائص المواد في مختلف الظروف. استعد لتحدي معلوماتك في هذا المجال المهم.
