ما هي أشباه الفلزات؟
أشباه الفلزات أو أشباه الموصلات هي مواد لها موصلية تقع بين موصلية الفلزات أو الموصلات (المعادن)، وغير الفلزات أو غير الموصلات (العوازل)، تتواجد على شكل مركبات مثل زرنيخيد الغاليوم أو عناصر نقية، مثل الجرمانيوم أو السيليكون، إذ يعتبر زرنيخيد الغاليوم والجرمانيوم والسيليكون من أكثر أشباه الموصلات شيوعًا، حيث يستخدم السيليكون في تصنيع الدوائر الإلكترونية، ويستخدم زرنيخيد الغاليوم في الخلايا الشمسية وثنائيات الليزر.[١]
السيليكون
تحتوي ذرة السيليكون على 14 إلكترونًا حول النواة، وعند توزيع إلكتروناتها، يحصل المدار الخارجي أو مدار التكافؤ على 4 إلكترونات، وفي بلورة السيليكون، تتحد الـ 4 إلكترونات مع 4 إلكترونات ذرة سيليكون أخرى مكونة رابطة تساهمية، بحيث يصبح عدد الإلكترونات في المدار الخارجي لكل ذرة 8 إلكترونات، ولأن الإلكترونات في هذه الحالة مستقر (ليست حرة) في المدار الخارجي، لا تتحرك، وبالتالي لا يسري التيار الكهربائي، ولتحويلها إلى موصلات (أشباه موصلات معالجة) يتم إضافة مواد أخرى إليها بحيث تصبح قادرة على التوصيل الكهربائي في عملية تسمى إضافة الشوائب (Doping).[٢]
يتم تصنيف أشباه الموصلات إلى نوعين؛ نوع p، ونوع n اعتمادًا على نوع الشوائب التي يتم إضافتها إليها:
نوع n
في نوع n من شبه الموصل (السيليكون)، يتم إضافة شوائب (مثل الزرنيخ أو الفسفور) إلى بلورة السيليكون، تحتوي ذراتها على 5 إلكترونات تكافؤ، بحيث تتحد 4 إلكترونات منها مع 4 إلكترونات من ذرة السيلكون، ويبقى إلكترون الخامس حر الحركة، ولأنه حر الحركة يتطلب طاقة قليلة لرفعه من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل.[٢][٣]
نوع p
في نوع p من شبه الموصل (السيليكون)، يتم إضافة شوائب إلى بلورة السيليكون، تحتوي ذراتها على 3 إلكترونات تكافؤ، بحيث تتحد 3 إلكترونات مع إلكترونات من ذرة السيلكون، وسيبقى فجوة (Hole) موجبة غير مملوءة بإلكترون في ذرة المادة الأخرى، لذلك ستتحرك إلكترونات التكافؤ الحرة لملء هذه الفجوة، الأمر الذي يؤدي زيادة قدرة أشباه الموصلات على التوصيل الكهربائي.[٢][٣]
يتم دمج أشباه الموصلات من النوع p مع أشباه الموصلات من النوع n، في بلورة واحد لتكون وصلة p - n (p–n junction)، بحيث يحتوي الجانب "p" على عدد كبير من الثقوب، بينما يحتوي الجانب "n" على عدد كبير من الإلكترونات في الأغلفة الخارجية للذرات، وتستخدم هذه الوصلات في صنع الترانزستورات والدايودات.
لماذا يستخدم السيليكون في صنع الأجهزة الكهربائية؟
يدخل عنصر السيليكون (Si) في تصنيع جميع الأجهزة الكهربائية، من أجهزة الكمبيوتر العملاقة والهواتف الذكية إلى أفران الميكروويف، وهذا لأنه من المواد شبه الموصلة التي يمكن تعديل خصائصها الكهربائية لتصبح مواد موصلة أو عازلة، من خلال عملية إضافة الشوائب لبلوراتها، أيضًا من أهم الأسباب التي تجعل السليكون بالذات من المكونات الرئيسية للأجهزة الكهربائية، هو أنه متوفر بكثرة في القشرة الأرضية، إذ إنه العنصر الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض، ولذلك فهو قليل التكلفة.[٤]
المراجع
- ↑ "semiconductors", byjus. Edited.
- ^ أ ب ت silicon atom has 14,a material for semiconductor products.&text=When it crystalizes, the nuclei,8 electrons around each nucleus. "Semiconductor material...Silicon", shindengen. Edited.
- ^ أ ب "doping", halbleiter. Edited.
- ↑ "Why is Silicon Used for Electronic Devices?", waferworld, Retrieved 28/9/2022. Edited.
