Podcast Beta
Questions and Answers
ما هي الطريقة التي يمكن من خلالها تغيير قدرة التوصيل لأشباه الموصلات؟
ماذا يحدث لأشباه الموصلات عند درجة الصفر المطلق؟
ما التصنيف الصحيح للمركبات التي تحتوي على عنصر ثلاثي التكافؤ وعنصر خماسي التكافؤ؟
أشباه الموصلات مواد تتصف بأنها موصلة بشكل كامل.
Signup and view all the answers
موصلية أشباه الموصلات تقع بين المواد جيد التوصيل والمواد العازلة.
Signup and view all the answers
جميع المواد تعتبر أشباه موصلات.
Signup and view all the answers
أشباه الموصلات تحتاج إلى ظروف خاصة لتحسين قدرتها على التوصيل.
Signup and view all the answers
أشباه الموصلات هي مواد عازلة بالكامل.
Signup and view all the answers
تعتبر النقطة الدنيا في شريط التوصيل هي نقطة الصفر.
Signup and view all the answers
الكتلة الفعالة للإلكترونات في الاتجاه العمودي تعبر عن قيمة m.
Signup and view all the answers
الكتلة الفعالة للإلكترونات في الاتجاه الطولي تعبر عن قيمة مختلفة عن m.
Signup and view all the answers
يمثل الاتجاه [111] هياكل ثلاثية الأبعاد.
Signup and view all the answers
يختلف نظام القطع الناقص في المحور الرئيسي عن المحوران الفرعيان.
Signup and view all the answers
يمكن تمثيل السطوح المتساوية الطاقة للإلكترونات بشكل تقريبي على هيئة قطع ناقص ثلاثي الأبعاد.
Signup and view all the answers
السطوح المتساوية الطاقة تعتمد فقط على متغيرات الزاوية.
Signup and view all the answers
الطريقة التي يتم بها تمثيل السطوح تتضمن وجود أكثر من متغير.
Signup and view all the answers
لا يوجد أي نوع من المعادلات يُستخدم لوصف السطوح المتساوية الطاقة للإلكترونات.
Signup and view all the answers
السطوح المتساوية الطاقة مرتبطة بتقنيات أشباه الموصلات فقط.
Signup and view all the answers
Study Notes
خصائص أشباه الموصلات
- تختلف قدرة التوصيل في أشباه الموصلات بتغير درجة الحرارة أو كثافة الشوائب والعيوب في بنيتها البلورية.
- عند درجة حرارة الصفر المطلق، تُصبح أشباه الموصلات مواد عازلة، خاصة إذا كانت نقية.
- المركبات شبه الموصلة من النوع AB، حيث A عنصر ثلاثي التكافؤ و B عنصر خماسي التكافؤ.
- تسمى هذه المركبات بالمركبات (III-V) الثلاثية – الخماسية مثل InSb, GaAs, InP, AlSb.
- تُعرف الذرات التي تقبل الإلكترونات من شريط التكافؤ باسم الذرات القابلة (Acceptors).
- عندما تحل ذرة خماسية التكافؤ مثل (PAS) محل إحدى ذرات الجرمانيوم رباعية التكافؤ، فإنها تُصبح ذرة مانحة.
طاقة الربط للإلكترون الخامس
- تعتمد طاقة الربط للإلكترون الخامس في الذرة المانحة على نصف قطر بور الذرة.
- تُحسب طاقة الربط باستخدام المعادلة (10.14).
- مثلاً، طاقة الربط للإلكترون الخامس في ذرة الجرمانيوم تساوي 10 meV, ونصف قطر بور يبلغ 40Å.
- طاقة الربط للإلكترون الخامس في ذرة السيليكون تساوي 31 meV, ونصف قطر بور يبلغ 20Å.
- تُعد طاقة الربط للإلكترون الخامس صغيرة جداً مقارنة بالفجوة الطاقية.
- من السهل فصل هذا الإلكترون عن الذرة المانحة ونقله إلى شريط التوصيل بواسطة الطاقة الحرارية.
- تقع مستويات طاقة الشوائب داخل الفجوة الطاقية، على مسافة قريبة من حافة شريط التوصيل للإلكترونات، وحافة شريط التكافؤ للثقوب.
- تُعد هذه المستويات محددة المواقع وتوجد عند وجود ذرات الشوائب.
أشباه الموصلات
- أشباه الموصلات هي مواد صلبة موصلة للتيار الكهربائي، ولكن موصليتها تقع بين المواد جيدة التوصيل والمواد العازلة.
- تُستخدم هذه المعادلة لحساب كثافة الثقوب في شريط التكافؤ
- معادلة كثافة الثقوب (holes):
p=22mkTp=22mkTp=22mkT - معادلة كثافة الإلكترونات: n=npn = npn=np
- تُظهر هاتان المعادلتان (10.10) و (10.9) أن حاصل ضرب np = n لا يعتمد على مستوى فيرمي، بل هو مرتبط بالفجوة الطاقية للمادة والكتلة الفعالة في كل من الشريطين.
- تؤدي وجود شوائب داخل المادة إلى زيادة أعداد النواقل الكهربائية.
- تُطلق على الشوائب التي تُطلق إلكترونات إلى شريط التوصيل اسم الذرات المانحة (Donors).
- تُعتبر المواد المانحة إيجابية الشحنة بسبب فقدانها للإلكترون
- تحدث أنصاف النواقل من نوع n (n-type) عندما تكون أعداد الإلكترونات القادمة من الشوائب هي المسيطرة.
- معادلة كثافة الإلكترونات في أنصاف النواقل من نوع n: n=Nae-B(u-B₂+Ba}
- معادلة مستوى فيرمي في أنصاف النواقل نوع n: M=E−+28dNkT2dnoM=E-+ 2 8 d N kT 2 d noM=E−+28dNkT2dno
- يقع مستوى فيرمي في منتصف المسافة بين مستويات الذرات المانحة وقاع شريط التوصيل عندما تكون 0 = ...
خصائص شرائط التوصيل والتكافؤ في أشباه الموصلات
-
يمكن تمثيل السطوح متساوية الطاقة لِإلكترونات شريط التوصيل في أشباه الموصلات كقطع ناقص (ellipsoid) ثلاثي الأبعاد.
-
يتم وصف الطاقة (E) لدالة زخم الإلكترون (k) باستخدام المعادلة التالية:
$E(k)=Ak²y + Bk²x + Ck²z$
حيث A، B، C هي ثوابت تتناسب مع الكتلة الفعالة للإلكترون في مختلف الاتجاهات.
-
يمكن أن تُوصف الكتلة الفعالة للإلكترونات في أشباه الموصلات كدالة للاتجاه.
-
تعكس الكتلة الفعالة قدرة الإلكترونات على التسارع تحت تأثير مجال كهربائي.
-
تُعرف الكتلة الفعالة m100 على أنها الكتلة الفعالة في الاتجاه الموازي للمحور الـ 100.
-
تُعرف الكتلة الفعالة m111 على أنها الكتلة الفعالة في الاتجاه الموازي للمحور الـ 111.
-
عند إثارة إلكترون إلى شريط التوصيل، فإنه يخلق ثقبًا في شريط التكافؤ.
-
يكون عدد الإلكترونات مساويًا لعدد الثقوب، ونطلق على هذا النوع من الناقلات اسم "النواقل الذاتية".
-
تُعرف تركيز الإلكترونات الذاتية بِ ni.
علاقة تركيز الإلكترونات بالفجوة الطاقية
-
ترتبط كثافة تركيز الإلكترونات الذاتية بالفجوة الطاقية للمادة (Eg) وبالكتلة الفعالة في كل من شريط التوصيل وشريط التكافؤ.
-
يمكن التعبير عن العلاقة بين كثافة تركيز الإلكترونات الذاتية (ni) والفجوة الطاقية (Eg) بالمعادلة التالية:
$n_i = 2(2πκT/h²)^(3/2)e^(-E_g/2kT)$
-
حيث k ثابت بولتزمان، T هي درجة الحرارة، وh ثابت بلانك.
-
تساوي تركيزات الإلكترونات الذاتية (ni) في السيليكون حوالي 1010 cm-3 وفي الجرمانيوم حوالي 1013 cm-3 عند درجة حرارةالغرفة.
-
تُعد هذه القيم صغيرة نسبياً مقارنة بكثافة أعداد ذرات الشوائب.
-
لذلك، عند درجات الحرارة المنخفضة، تُعد مساهمة ذرات الشوائب في توفير الإلكترونات هي المساهمة الكبرى.
-
عند درجات الحرارة المرتفعة، تتزايد أعداد الإلكترونات الذاتية (ni) فوق أعداد إلكترونات الشوائب، وينتقل مستوى فيرمي إلى منتصف الفجوة الطاقية (Eg).
Studying That Suits You
Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.
Related Documents
Description
استكشف خصائص أشباه الموصلات وتأثيرات درجة الحرارة وكثافة الشوائب على قدرتها على التوصيل. تعرف على أهمية المكونات مثل الذرات القابلة والمانحة وكيفية حساب طاقة الربط للإلكترون الخامس في المواد شبه الموصلة.
