شبه موصل

شِبهُ المُوصِلأونِصفُ الناقِلهومادة صلبةينتقل فيها التيار الكهربائي بصعوبة، يتم التحكم فيموصليتها الكهربائيةبإضافة عناصر أخرى بكميات ضئيلة. شبه الموصل تكونمقاومته الكهربائيةما بينالموصلاتوالعوازل. كما يمكن لمجال كهربائي خارجي تغيير درجة مقاومة شبه الموصل. فالأجهزة والمعدات التي يدخل في تصنيعها مواد شبه موصلة هي أساس الإلكترونيات الحديثة والتي تشملالراديووالكمبيوتروالهاتفوالتلفزيونوأجهزة أخرى كثيرة. والأجزاء الإلكترونية التي تعمل بأشباه الموصلات تشملالترانستوروالخلايا الشمسيةوالصمامات الثنائيةوالثنائيات باعثة الضوءومقومات التيار المترددالتي تعمل بالسيليكون،والدوائر المتكاملةالتناظرية والرقمية.
وكما تمثلألواح الطاقة الشمسيةأكبر مثال لأجهزة التي تعمل بالمواد شبه الموصلة، حيث تقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلىطاقة كهربائية.
في الموصلات المعدنية تقومالألكتروناتبنقلالتيار الكهربائي، أما في أشباه الموصلات فينتقل التيار الكهربي عن طريق سيل من الإلكترونات تتجه إلى القطب الموجب، مصحوبا بسيل من الفجوات holes (ذات شحنة موجبة) خلال البناء الذري للمادة تتجه إلى القطب السالب. يساعد على تكون تلك الفجوات الإلكترونية الموجبةتشويبالمادة الشبه موصلة مثلالجرمانيومبمشوبمنعنصرآخر.
ويستخدم السيليكون لتصنيع معظم الأجهزة التجارية التي تحتوي على مواد شبه موصلة، كما تستخدم مواد أخرى كثيرة منهاالجرمانيوموزنيخ الجاليوم الثلاثيوكربيد السيليكون. ويعرف شبه الموصل النقي بـشبه موصل «أصيل». ويتم تحسين التوصيلية (القدرة على توصيل الكهرباء) بإضافة عنصر أو عناصر أخرى تسمى «الشوائب» عن طريق صهرها وتركها لتبرد لتكوّنبلورةجديدة ومختلفة عن الأصلي؛ وتسمى هذه العملية بعمليةالتشويب(إضافة شوائب إلى مادة نقية).
هيبلورةشبه الموصل التي تتكون من ذراتالسيليكونأوالجرمانيومعن طريق مشاركة كل ذرة بإلكترونات التكافؤ الأربعة مع أربع ذرات مجاورة (رابطة تساهمية).
ومن المواد التي تشكل أشباه الموصلاتعناصررباعية التكافؤ، أي أن لكل ذرة 4 إلكترونات تشترك في الروابط مع جيرانها من الذرات. ومن تلك الموادالسيليكونالنقيوالجرمانيومالنقي. وجميع المواد شبه الموصلة تتسم بأن لها في المتوسط 4 إلكترونات تكافؤ. ومنها عناصر المجموعتين III وV. من النظام الدوري للعناصر، مثلسيلينيدالجاليومGaAsوأنتيمونيد الإنديومInSb كذلك عناصر المجموعتين II وVI منالجدول الدوري، مثلسيلينيد الزنكZnSeوكبريتيد الكادميومCdS.
هو نوع منالتطعيموهو إضافة كمية صغيرة من ذرات مادة معينة إلىبلورةشبه الموصل النقي (تشويب) بنسب تصل إلى (1 : 1.000.000) بهدف زيادةالإلكتروناتأوالثغرات الإلكترونيةholes في البلورة.
هي الفراغ الذي يخلفهالإلكترونالمتحرر منذرتهفيترك ثغرة شحنتها موجبة. ويعتمد نقلالتيار الكهربائيفي شبه الموصل على حركة الاكترونات التي تتحرك في اتجاهالمصعدوتتحرك في نفس الوقت الثغرات الموجبة الشحنة إلى القطب السالب، وهوالمهبط.
هيبلورةشبه موصلمشوبةأو مطعمةبذراتمن مادة أخرى، أي تكون البلورةمشوبةبذرات عنصر آخر، تغير من خواصها الفيزيائية، مثلالتوصيل الكهربائيوالتوصيل الحراري، ومدى تأثرهابالمجال المغناطيسي.
كما ذكرنا يمكن التحكم بايصالية البلورة غير النقية بإضافة نسب قليلة من الشوائب والتي يمكن تصنيفها لشوائب مانحة للإلكترونات أو قابلة، ويمكن أيضا التحكم بالايصالية عن طريق رفع درجة الحرارة لكن رفع درجة الحرارة غير مرغوبة بالنسبة للعناصر المصنعة من أشباه الموصلات.
(بالإنجليزية:n-type Semiconductor)‏ بلورات لمواد شبه موصلة مطعمة بذرات عناصر خماسية التكافؤ، مثلالزرنيخأو الفسفور.
(بالإنجليزية:p-type Semiconductor)‏بلورةمادة شبه موصلةمشوبةبذراتعنصرثلاثي التكافؤ مثلالجاليوم.
(بالإنجليزية:Diode)‏ مكون إلكتروني ينتج عند وصل شريحة نصف ناقلة من النوع n (سالبة) مع شريحة نصف ناقلة من النوع p (موجبة) __ (P-N Junction).
للثنائيات عدد من التطبيقات الإلكترونية كتحويلالتيار المتناوبإلىتيار مستمروالكشف عنالإشارات الراديويةوتنفيذ وظائف الحاسب المنطقية
هو شبه موصل يشاب بدرجة عالية، حتى تبدأ المادة تسلك سلوكاً يشبه أكثر سلوك المعدن (من حيث الموصلية الكهربائية مثلاً).
تلاقي شبه الموصلات تطبيقات متعددة في صناعة الأجهزة الإلكترونية على مختلف وظائفها. ومنهاالدارات المتكاملة،والمعالج الدقيقMicroprocessor والضابط الصغير Microcontroller وغيرها. وهو يعتبر من الأدوات الأساسية في صناعة الإلكترونيات.
وتلاقي حاليا اهتماما كبيرا في مجال استغلال الأشعة الشمسيةلتوليد الطاقة الكهربيةبواسطةالألواح الضوئية،والخلايا الضوئية.
كما تستخدم كعدادات ومكشافات لقياسالأشعة السينيةوأشعة غاماوبديلةلعداد جايجروعدادات الجسيمات الأوليةالمستخدمة في فيزياء الجسيمات الأولية.
ونظرا للتقنية الرفيعة في إنتاجها فهي تشكل الجزء الحساس فيالكاميرات الرقمية، حيث يمكن صناعة عدة ملايين منها في 1 سنتيمتر مربع. واستطاع العلماء استغلالها في الحواسيبوالهاتف الجوال، وأجهزة تحديد الموقع (نظام التموضع العالمي).
ويستخدم النوع المنتج للضوء منها في لوحات الإعلانات الضوئية.
تتسم بلورات المواد بتوزيع للإلكترونات فيها في أنظمة طبقية للطاقة. الطبقات السفلى لا تقوم بتوصيل التيار. في المعادن (الموصلات) تكون طبقات طاقة الإلكترونات متصلة بين الطبقات التحتية والطبقات الموصلة (أحمر في الشكل). بينهما حد التوصيل وهي تسمى طاقة فيرمي EF. فيسهل على الإلكترونات الحركة والتوصيل. في العوازل تفصل بين طبقة التوصيل والطبقات العازلة التحتية طبقة عازلة؛ لهذا لا تستطيع الإلكترونات الوثوب إلى أعلى إلى طبقة التوصيل، ولهذا تكون المادة عازلة. أما في أشباه الموصلات فتكون الطبقة العازلة رقيقة بحيث يسهل للإلكترون تعديتها إلى الطبقة العليا الموصلة (أحمر) باكتسابه طاقة خارجية صغيرة، فينطلق ويقوم بالتوصيل الكهربائي.
في الشكل defectelectron هو الثغرة التي يتركها الإلكترون في شبه الموصل في الطبقة السفلية (أزرق) عندما يغادر موقعه فيها ويصعد إلى طبقة التوصيل. بهذا تصبح الثغرة ذات شحنة موجبة.