نظرة عامة حول أشباه الموصلات
تنقسم المواد عادة حسب قدرتها على التوصيل إلى ثلاث فئات هي: العوازل (بالإنجليزية: Insulators) وأشباه الموصلات (بالإنجليزية: Semiconductors)، والموصلات (بالإنجليزية: Sonductors)، وبشكل عام يمكن تعريف أشباه الموصلات بأنها المواد الصلبة البلورية التي تعتبر متوسطة في قدرتها على التوصيل الكهربائي بين الموصلات والعوازل، وهي تُستخدم في صنع أنواع مختلفة من الأجهزة الإلكترونية، مثل الثنائيات، والترانزستورات، والدوائر المتكاملة.[١]
تتميز المواد العازلة مثل الكوارتز المنصهر والزجاج بقيم منخفضة للموصلية تتراوح بين 10^-18 و 10^-10 سيمنز لكل سنتيمتر، أما الموصلات مثل الألمنيوم، فتتراوح الموصلية لها بين 10^4 إلى 10^6 سيمنز لكل سنتيمتر، أما قيم الموصلية لأشباه الموصلات، فتتراوح بين قيم الموصلية للموصلات والعوازل.[١]
أمثلة على أشباه الموصلات
من الأمثلة على أشباه الموصلات من العناصر كلاً من: الأنتيمون، والزرنيخ، والبورون، والكربون، والجرمانيوم (Ge)، والسيلينيوم (Se)، والسيليكون (Si)، والكبريت، والتيلوريوم (Te)، ويعد السيليكون أشهر أشباه الموصلات، وهو يشكل الأساس لمعظم الدوائر المتكاملة (ICs)، أما أشباه الموصلات من المركبات فمنها: زرنيخيد الغاليوم (GaAs) الذي يُستخدم على نطاق واسع في أجهزة التضخيم منخفضة الإشارة، وأنتيمونيد الإنديوم (InSb)، وأكاسيد معظم المعادن.[٢]
استخدامات أشباه الموصلات
يمكن تغيير موصلية أشباه الموصلات وخصائصها الأخرى المختلفة عبر إدخال بعض الشوائب إليها عبر عملية تًعرف باسم الإشابة أو التطعيم (بالإنجليزية: Doping)، لتصبح مناسبة للمكوّن الإلكتروني الذي توجد فيه، وبشكل عام يمكنك العثور على أشباه الموصلات، أو الرقائق، في العديد من المنتجات الإلكترونية مثل أجهزة الحاسوب، والهواتف الذكية، وأجهزة المنازل، والألعاب الإلكترونية، والمعدات الطبية.[٣]
تتميز أجهزة أشباه الموصلات بمجموعة من الخصائص المفيدة مثل المقاومة المتغيرة، وتمرير التيار بسهولة في اتجاه واحد، والتفاعل مع الضوء والحرارة، وتتمثل وظيفتها الرئيسية بتضخيم الإشارات، والتبديل، وتحويل الطاقة مما يجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات والصناعات،[٣] وبشكل عام يمكن القول إنّ أشباه الموصلات تلعب دوراً مهماً في حياتنا نظراً لدورها الكبير في في تصنيع الأجهزة الإلكترونية؛ فالتطورات في تقنية أشباه الموصلات خلال مدة الخمسين عاماً الماضية جعلت الأجهزة الإلكترونية من حولنا أصغر حجماً، وأكثر سرعة وموثوقية.[٤]
كيفية عمل أشباه الموصلات
تنتظم الإلكترونات في الذرة على شكل طبقات تسمى الأغلفة، ويسمى الغلاف الخارجي منها بغلاف التكافؤ، وعادة تعتبر الإلكترونات الموجودة في هذا الغلاف هي المسؤولة عن تشكيل روابط مع الذرات المجاورة، والتي تُسمّى بالروابط التساهمية، وبشكل عام تحتوي معظم الموصلات على إلكترون واحد فقط في غلاف التكافؤ، أما أشباه الموصلات، فتحتوي عادةً على أربعة إلكترونات في غلاف التكافؤ.[٥]
لا يمكن استغلال بلورات السيليكون النقية إلكترونياً، ولكن وفي المقابل يمكن استخدامها في حال إدخال كميات صغيرة من العناصر الأخرى في البلورة، لتبدأ في العمل بطريقة مناسبة، من خلال عملية الإشابة أو التطعيم (بالإنجليزية: Doping) التي تم ذكرها سابقاً لتتحول بلورات السيليكون إلى نوع من نوعين متميزين من الموصلات هما:[٥]
أشباه الموصلات من النوع N
(بالإنجليزية: N-type semiconductor)، وهي التي يتم إنشاؤها عندما تكون الشائبة (بالإنجليزية: Dopant) التي تمت إضافتها عنصرًا يحتوي على خمسة إلكترونات في غلافه الأخير؛ كالفسفور مثلاً، والذي يشيع استخدامه لهذا الغرض، إذ ترتبط ذرات الفوسفور مع ذرات السيليكون، عن طريق ارتباط كل أربع ذرات سيليكون مع ذرة فسفور واحدة؛ ولأن ذرة الفسفور تحتوي على خمسة إلكترونات في غلافه التكافؤ الخاص بها، فإنّ الإلكترون الخامس منها سيُترك بدون أن يرتبط بشيء؛ وعليه تبدأ جميع إلكترونات التكافؤ الحرة هذه بالتصرف مثل إلكترونات التكافؤ الأحادية في الموصلات العادية كالنحاس.[٥]
أشباه الموصلات من النوع P
(بالإنجليزية: P-type semiconductor)، وهي التي يتم إنشاؤها عندما تكون الشائبة (بالإنجليزية: Dopant) التي تمت إضافتها عنصرًا يحتوي على ثلاثة إلكترونات في غلافه الأخير؛ كالبورون مثلاً، الذي يرتبط فقط بثلاث ذرات سيليكون، نظراً لأن لديه ثلاثة إلكترونات فقط، مما يؤدي إلى إنشاء ثقب يتصرف شحنة موجبة تجذب الإلكترونات، وعند تحرك الإلكترون في الثقب، فإنه يترك ثقباً آخر في موقعه السابق، وهكذا، مما يؤدي إلى تحرّك الثقوب باستمرار داخل البلورة؛ بسبب محاولة الإلكترونات ملأها باستمرار.[٥]
وبشكل عام يمكن القول إن تطبيق الجهد على أشباه الموصلات مهما كان نوعها سيؤدي إلى تدفق التيار، كما في الموصلات المنتظمة تماماً.[٥]
المراجع
- ^ أ ب "Semiconductor", www.britannica.com, Retrieved 23-6-2021. Edited.
- ↑ "semiconductor", https://whatis.techtarget.com/, Retrieved 23-6-2021. Edited.
- ^ أ ب TROY SEGAL (11-6-2021), "Semiconductor", www.investopedia.com, Retrieved 23-6-2021. Edited.
- ↑ "Semiconductors", depts.washington.edu, Retrieved 23-6-2021. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج Doug Lowe, "Electronics Basics: What Is a Semiconductor?", www.dummies.com, Retrieved 23-6-2021. Edited.
