ماذا تعرفون عن أشباه الموصلات (semi-conductors) ؟ الجزء الثاني

تحدثنا في المقال السابق عن أنَّ أهم مميزات أشباه#الموصلات هو:
أنَّه يمكن التحكم في التيار المار خلالها ؛وذلك من خلال عملية التطعيم (doping)،وعملية التطعيم هي :العملية التي يتم فيها إضافة شوائب (impurities) من عناصر معينة إلي شبه الموصل النقي (intrinsic)، وذلك لزيادة التوصيلية الكهربائية لشبه الموصل، عبر زيادة حاملات الشحنة (current carriers)، وهما :الإلكترونات والفجوات.

وينتج عن تلك #العملية نوعان من شبه الموصل غير النقي (extrinsic)، وهما :
(N -type) و (p-type semiconductors)،وذلك على حسب نوع الشوائب المضافة واللذان يعدان اللبنات الأساسية لمعظم الأجهزة الإلكترونية .

أمَّا الآن فسوف نلقي نظرة عن كثب على كل نوع من هذين النوعين. وسوف نبدأ ب( N-Type Semiconductor) , وحرف( N )يرمز إلى الشحنة السالبة على الإلكترون ( the negative charge on an electron ) .

ولزيادة عدد الإلكترونات الحرة في مادة شبه الموصل -وسوف نأخذ السيليكون كمثال -عناصر خماسية التكافؤ (pentavalent)، أي : يحتوي مدارها الأخير على خمسة إلكترونات، يتم إضافتها مثل الفوسفور والزرنيخ .

حيث ترتبط أربعة #إلكترونات من كل ذرة من تلك العناصر بالإلكترونات الأربعة الموجودة في المدار الأخير لذرة السيليكون بروابط تساهمية، وبالتالي يتبقى إلكترون واحد من ذرة العنصر خماسي التكافؤ بدون أي روابط فيتحول إلى إلكترون حر، وتلك الذرة خماسية التكافؤ التي يتم إضافتها تسمى: ذرة مانحة (donor atom) .

حاملات الشحنة الأغلبية والأقلية-(Majority and Minority Carriers) :
في هذا النوع من أشباه الموصلات (N_type)، تكون حاملات الشحنة الأغلبية هي الإلكترونات وذلك لاحتوائها على عدد كبير من الإلكترونات الحرة ( بسبب إضافة الذرة خماسية التكافؤ ) , وتكون حاملات الشحنة الأقلية هي الفجوات (holes )، والتي نتجت -كما ذكرنا في المقال السابق- بسبب الطاقة الحرارية .

#ملحوظة : مصطلح الفجوات يشير إلى الفراغ الذي يتركه الإلكترون أثناء مغادرته للذرة.

والآن وبعد أن قمنا بتوضيح ما هو المقصود بـ( N-Type Semiconductor )؛فقد جاء دور النوع الآخر من أشباه الموصلات الذي ينتج من عملية التطعيم وهو : p-type semiconductors)):
ينتج هذا النوع من أشباه الموصلات عن طريق إضافة#ذرات عناصر ثلاثية التكافؤ( trivalent )، مثل : (البورون والجاليوم) إلى شبه الموصل النقي , حيث ترتبط إلكترونات التكافؤ الثلاثة بثلاثة من إلكترونات ذرة (السيلكون) بروابط تساهمية وبالتالي يتبقى إلكترون التكافؤ الرابع لذرة (السيليكون )بدون ارتباط، وينتج عن ذلك وجود فجوة يمكن أن يتم من خلالها نقل التيار. ويمكن التحكم في عدد الفجوات في ذلك النوع من أشباه الموصلات عن طريق التحكم في عدد الذرات ثلاثية التكافؤ المضافة . وتسمي تلك الذرة المضافة : الذرة المستقبلة (acceptor atom).

حاملات الشحنة الأغلبية والأقلية في هذا النوع من أشباه الموصلات .
في هذا النوع من أشباه الموصلات تكون حاملات الشحنة الأغلبية هي : الفجوات _ وذلك لاحتوائها على عدد كبير منها _ وحاملات الشحنة الأقلية هي : الالكترونات والتي نتجت من الطاقة الحرارية .
__________________________________________________
والآن وبعد أن انتهينا من التعرف على عملية التطعيم، وأنواع أشباه الموصلات التي تنتج من تلك العملية، فإننا في المقال القادم- بإذن الله- سوف نكتشف : ماذا يحدث عندما يتم وضع هذين النوعين من أشباه الموصلات بجانب بعضيهما البعض، وطريقة استخدام ذلك في صناعة الكثير من المكونات والأجهزة الإلكترونية ؟ .

#الباحثون_المسلمون

المصدر :
electronic-devices-9th-edition-by-Floyd