التعريف بأشباه الموصلات المعالجة
أشباه الموصلات المعالجة (بالإنجليزية: Doped Semiconductors)، هي أشباه موصلات تمت معالجتها بغرض تعديل خصائصها الكهربائية والبلورية عن طريق إضافة الشوائب وهي ذرات من عناصر أخرى، إلى أشباه الموصلات النقية، وتُعرف أشباه الموصلات النقية أيضًا باسم أشباه الموصلات من النوع i.[١]
ولفهم عملية إضافة الشوائب، لنتخيل بلورة ذرة سيليكون (وهي من المواد شبه الموصلة)؛ تحتوي ذرة السيليكون على 4 إلكترونات في مدارها الخارجي، ترتبط هذه الإلكترونات بإلكترونات 4 ذرات أخرى من السليكون مكونة رابطة تساهمية يصعب كسرها، ومن هنا جاء مفهوم ضعف موصلية أشباه الموصلات، ولكن عند زيادة درجة الحرارة تزداد الموصلية في أشباه الموصلات، وبازدياد درجة الحرارة، تكتسب الإلكترونات طاقة أكبر للتحرر من النواة، الأمر الذي يؤدي إلى حركة الإلكترونات عبر الذرات.[٢]
وتزداد موصلية أشباه الموصلات بإضافة نسبة صغيرة من الشوائب أو الذرات الأخرى في الشبكة البلورية العادية للسيليكون أو الجرمانيوم، نظرًا لتوفير هذه الذرات الغريبة المدمجة في التركيب البلوري لأشباه الموصلات حاملات شحنة حرة (إلكترونات أو ثقوب إلكترونية)، ومن أهم المواد التي يمكن معالجة بلورة السيليكون بها، البورون (3 إلكترونات التكافؤ = ثلاثي التكافؤ) والفوسفور (5 إلكترونات التكافؤ = خماسي التكافؤ)، وأيضًا الألومنيوم والإنديوم (ثلاثية التكافؤ) والزرنيخ والأنتيمون (خماسية التكافؤ).[٣]
يتم دمج ذرات العناصر الخارجية أو الشوائب في الهيكل الشبكي لبلورة أشباه الموصلات، ويحدد عدد الإلكترونات الخارجية لذرة شبة الموصل نوع شبه الموصل المعالج، حيث تُستخدم العناصر التي تحتوي على 3 إلكترونات تكافؤ في تكون شبه الموصل المعالج من النوع p، والعناصر التي تحتوي على 5 إلكترونات تكافؤ في تكون شبه الموصل المعالج من النوع n.[١][٣]
نوع n
عند إضافة ذرة بتكافؤ خماسي لبلورة السليكون، تتحد أربعة إلكترونات خارجية مع ذرات السيليكون، في حين يبقى الإلكترون الخامس يتحرك بحرية ويعمل كحامل شحنة، يتطلب هذا الإلكترون الحر طاقة أقل بكثير لرفعه من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، من الأمثلة على هذه ذرات التكافؤ الخماسي المضافة؛ الزرنيخ والفسفور.[١][٣]
نوع p
يعتمد النوع p على إضافة ذرات ثلاثية التكافؤ إلى بلورة السيليكون، حيث ستتحد ثلاثة إلكترونات مع ذرات السيليكون، وسيبقى فجوة (Hole) موجبة غير مملوءة بإلكترون، لذلك تصبح الإلكترونات في نطاق التكافؤ متحركة، تتحرك الثقوب في الاتجاه المعاكس لحركة الإلكترونات، الأمر الذي يؤدي زيادة قدرة أشباه الموصلات على التوصيل الكهربائي، وتكون الطاقة اللازمة لرفع الإلكترون إلى مستوى نطاق التوصيل في أشباه الموصلات المعالجة، 1٪ فقط من الطاقة اللازمة لرفع إلكترون التكافؤ من السيليكون إلى نطاق التوصيل.[١][٣]
يسري التيار في أشباه الموصلات المعالجة من النوع p وn بطريقة واحدة؛ مع زيادة كمية الشوائب، يزداد عدد حاملات الشحنة في بلورة أشباه الموصلات، وهذا لا يتطلب سوى كمية صغيرة جدًا من الشوائب أو الذرات الأخرى، تحتوي بلورات السيليكون المعالجة ضعيفة التوصيل الكهربائي على ذرة خارجية واحدة فقط لكل 100000000 ذرة سيليكون، وتحتوي أشباه الموصلات المعالجة عالية التوصيل على ذرة خارجية واحدة لكل 1000 ذرة سيليكون.[١]
المراجع
- ^ أ ب ت ث ج "Fundamentals: Doping: n- and p-semiconductors", halbleiter, Retrieved 5/7/2022. Edited.
- ↑ conductivity increases in semiconductors,, thus, increasing the conductivity. "Why Does Conductivity Increase With Temperature In Semiconductors?", atlas scientific, 28/1/2022, Retrieved 5/7/2022. Edited.
- ^ أ ب ت ث "Semiconductors and Doping", libre texts, Retrieved 5/7/2022. Edited.
