|  |
| --- |
| جزء من سلسلة مقالات حول |
| فيزياء المواد المكثفة |
|  |
| طور · تحول طوري · نقطة كمومية حرجة |
| حالات المادة* صلب
* سائل
* غاز
* بلازما
* تكاثف بوز-أينشتاين
* غاز بوز
* تكاثف فرميوني
* غاز فيرمي
* سائل فيرمي
* صلب فائق
* ميوعة فائقة
* سائل لوتينجر
* بلورة الزمكان
 |
| ظواهر الطور* وسيط الترتيب
* تحول طوري
* QCP
 |
| الأطوار الإلكترونية* بنية نطاق إلكتروني
* بلازما
* عازل
* Mott insulator
* شبه موصل
* Semimetal
* موصل
* موصل فائق
* كهروحراري
* كهربائي انضغاطي
* Ferroelectric
* Topological insulator
* Spin gapless semiconductor
 |
| الظواهر الإلكترونية* تأثير هول الكمي
* Spin Hall effect
* Kondo effect
 |
| الأطوار المغناطيسية* مغناطيسية معاكسة
* Superdiamagnet
مغناطيسية مسايرة
* Superparamagnetمغناطيسية حديدية
* مغناطيسية حديدية مضادةMetamagnet
* Spin glass
 |
| أشباه الجسيمات* فونون
* أكسيتون
* بلازمونبولاريتون
* بولارون
* ماغنون
 |
| المادة اللينة* مادة لابلورية
* غرواني
* مادة حبيبية
* بلورة سائلة
* مبلمر
 |
| العلماء* فان دير فالس
* أونس
* فون لاوي
* براغ
* ديباي
* بلوخ
* أونساغر
* موت
* بيرلز
* لانداو
* لوتينجر
* أندرسون
* فان فليك
* هابارد
* شوكلي
* باردين
* كوبر
* شريفر
* جوزيفسن
* لوي نيل
* إساكي
* ييفر
* كون
* كادانوف
* فيشر
* ويلسون
* فون كليتزينغ
* بينيج
* روهرير
* بيدنورتز
* مولر
* لافلين
* شتورمر
* يانج
* تسوي
* أبريكوسوف
* غينزبورغ
* ليجت
* باريزي
 |
| شعار بوابة بوابة الفيزياء |
| * ع
* ن
* ت
 |

**ثغرة إلكترونية** في الفيزياء وعلى الأخص أشباه الموصلات هي ثغرة تخيلية موجبة الشحنة، وتشترك مع الإلكترونات في نقل التيار الكهربائي وهي توجد في المواد شبه الموصلة ويساعد على إنشائها تشويب المادة شبه الموصلة مثل الجرمانيوم بشوائب من مادة أخرى، وتصل تركيزها في شبه الموصل إلى نحو 1 :1.000.000. 
.

وينتقل التيار الكهربائي واقعيا عن طريق حركة الإلكترونات وقد ابتكرت فكرة الثغرة الإلكترونية من باب تبسيط المعاملة الرياضية المتعلقة بوصف أشباه الموصلات.

وصفها
-----

إلى اليسار: تولد زوج الإلكترون والثغرة، وحركة أحد الإلكترونات وعودة ارتباطه بثغرة في بلورة السيليكون.وإلى اليمين : نطاق ارتباط الإلكترون في الذرة (كمومي) وأعلاه نطاق تحرر الإلكترون (نطاق التوصيل) عند اكتسابه حرارة.
تنشأ الثغرة الإلكترونية عند إثارة أحد الذرات في البناء البلوري لمادة مثل السيليكون. ففي البلورة الأحادية لعنصر شبه موصل مثل السيليكون والجرمانيوم أو لمركب شبه موصل نقي مثل أرسينيد الجاليوم وغيرها تكون إلكترونات التكافؤ جمعها مشتركة في الربط بين الذرات عند درجة حرارة الصفر المطلق. أي تكون جميع إلكترونات التكافؤ مرتبطة بالذرات مباشرة ويكون نطاق التوصيل (نطاق التوصيل في الذرة) خاليا من الإلكترونات. لذلك فلا يكون هناك إمكانية لتكون الثغرة الإلكترونية.

ولكي تتكون الثغرة الإلكترونية فلا بد من إثارة الذرة عن طريق رفع درجة حرارتها مثلا وتسمى هذه إثارة حرارية، أو عن طريق امتصاص الذرة لأحد الفوتونات. فعندئذ يرتفع أحد إلكترونات الذرة من نطاق الأرتباط إلى نطاق التوصيل، ويخلف وراءه ذرة ناقصة إلكترون (ثغرة إلكترونية موجبة الشحنة)، ويسمي الفزيائيون تلك التشكيلة زوج الإلكترون والثغرة.

تأثير مجال كهربائي
------------------

عندما يوضع شبه الموصل تحت جهد كهربائي تشترك كل من الإلكترونات (وهي سالبة الشحنة) والثغرات (وهي موجبة الشحنة) في نقل التيار الكهربائي.

وبينما تتحرك الإلكترونات المتحررة بحرية فلا تستطيع الثغرات الموجبة التحرك بسبب ثباتها في موقعها في البلورة. وإنما يمكن تخيل حركتها من كون الإلكترونات تقفز بين ثغرة وثغرة، فتبدو كما لو كانت الثغرات الموجبة تتحرك في عكس اتجاه حركة الإلكترونات.

وتوجد طريقة أخرى لنشأة الثغرات الإلكترونية في شبه الموصل وذلك عن طريق تشويبه بذرات مختلفة عنه. ففي شبه الموصل تتسبب الذرات الغريبة في تكون مستويات للطاقة في الذرة 
في نطاقات فارغة من الإكترونات. وهي تتسم بأن الطاقة الازمة لتحرير أحد الإلكترونات في شبه الموصل المشوب تكون أقل عن الطاقة اللازمة لتحرير إلكترون في شبه الموصل النقي.

وهذا هو السبب في أن التوصيل الكهربائي يتم عند درجات حرارة منخفضة في أشبا الموصلات المشوبة. وبحسب عدد إلكترونات التكافؤ في العنصر المشوب الغريب عن البلورة يمكن تولد عدد من الثغرات الإلكترونية في شبه الموصل المشوب.

وفي تقنية أشباه الموصلات تستخدم عناصر مشوبة مثل الفسفور أو البورون B لتشويب السيليكون Si. وهي تشوب السيليكون، بغرض زيادة قابليته على التوصيل الكهربائي بالمقارنة بمعامل توصيله للكهرباء في حالته النقية.

Bei p-Dotierung ersetzt ein Atom mit einem Valenzelektron weniger (Akzeptor) ein Gitteratom, so dass die Fehlstelle wie ein positiver Ladungsträger wirkt
ويبين الشكل أعلاه بلورة شبه الموصل Si السيليكون مشوب بذرتي بور B تنتج تشويب من نوع p-Dotierung، حيث تحتوي كل ذرة مشوبة B على 1 إلكترون أقل عن جيرانها Si، مكونة ثغرة إلكترونية (ممثلة بدائرة بيضاء صغيرة).

أما الشكل على اليمين فهو يوضح حزمة إلكترونات التكافوء في الذرة (أصفر) ويبلغ فيه طاقة الإلكترون Ev. وتقع حزمة التوصيل (الإلكتروني) (أزرق) فوق حزمة إلكترونات التكافؤ، وتنفصل عنه بطاقة كمومية مقدارها Ec - Ev. تسمى Ec - Ev «ثغرة الحزم» ، ولا بد أن يكتسب الإلكترون تلك الطاقة (وتسمي طاقة التحرير = وهي تعادل الطاقة اللازمة للإلكترون لكي يقفز من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل .) يكتسب الإلكترون تلك الطاقة من الخارج، إما بالإثارة الحرارية أو بامتصاص فوتون فيصبح حرا طليق الحركة، أي غير مرتبط بالذرة.

أشباه الموصلات والثغرة الإلكترونية
----------------------------------

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 هي **الثغرة الإلكترونية**  التي يتركها الإلكترون في شبه الموصل في الطبقة السفلية (أزرق) عندما يغادر موقعه فيها ويصعد إلى طبقة التوصيل. بهذا تصبح الثغرة ذات شحنة موجبة (أنظر الشكل السفلي إلى اليسار، حالة شبه موصل). 

أنظمة طبقات الطاقة في المعادن وأشباه الموصلات وفي العوازل. (*E* = الطاقة – وهذا يعادل الشغل W الذي يمكن أن يؤديه الإلكترون بالإنتقال ؛ و EF طاقة التوصيل (أو حد التوصيل ) وهي تسمى طاقة فيرمي. لا بد أن يتعدى الإلكترون طاقة فيرمي ليقوم بالتوصيل الكهربي. طبقات الطاقة في المعادن تكون متصلة ويمكن للإلكترونات التحرك ونقل التيار. أما في العوازل فتوجد بين طبقات التوصيل طبقة عازلة لا تستطيع الإلكترونات أن تتخطاها إلا بعد الحصول على طاقة كبيرة (أو حرارة عالية). واما في أشباه الموصلات فتكون الطبقة العازلة بين طبقات التوصيل قليلة السمك بحيث يسهل للإلكترونات عبورها إلى طبقة التوصيل (العليا) عند اكتساب الإلكترونات طاقة ضئيلة إضافية.

اقرأ أيضا
---------

* تصنيع أجهزة أشباه الموصلات
* غرفة نظيفة
* عداد شبه الموصلات
* أوسيليستور

مراجع
-----

1. ↑  Rudolf Müller: *Grundlagen der Halbleiter-Elektronik.* 5. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 1987. ISBN 3-540-18041-9, S. 25 und 30.

| * ع
* ن
* ت
الجسيمات في الفيزياء |
| --- |
| أولية | 

|  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| فرميونات | 

|  |  |
| --- | --- |
| كواركات | 
* كوارك علوي
	+ مضاد
* كوارك سفلي
	+ مضاد
* كوارك ساحر
	+ مضاد
* كوارك غريب
	+ مضاد
* كوارك قمي
	+ مضاد
* كوارك قعري
	+ مضاد

 |
| لبتونات | 
* إلكترون
	+ بوزيترون
* ميوون
	+ مضاد
* تاوون
	+ مضاد
* إلكترون نيوترينو
	+ مضاد
* ميوون نيترينو
	+ مضاد
* تاوون نيترينو
	+ مضاد

 |

 |
| بوزونات | 

|  |  |
| --- | --- |
| عيارية | 
* فوتون
* غلوون
* بوزونات دبليو وزد

 |
| سلمية | 
* بوزون هيغز

 |

 |
| حقول شبحية | 
* شبح فادييف-بوبوف

 |
| افتراضية | 

|  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| نظائر فائقة | 

|  |  |
| --- | --- |
| غوجينوات | 
* غلوينو
* غرافيتينو
* فوتينو

 |
| أخرى | 
* أكسينو
* شارجينو
* هيكزينو
* نيوترالينو
* سفرميون (إيقاف الكوركات المتناظرة)

 |

 |
| أخرى | 
* أكسيون
* كرفاتون
* ديلاتون
* جرافتون مزدوج
* جرافيفوتون
* جرافتون
* إنفلايتون
* ليبتوكواركات
* أحادي القطب المغناطيسي
* ماجورون
* فرميون ماجورانا
* فوتون مظلم
* بريوون
* نيوترينو خامل
* تاكيون
* بوزونات دبليو′ وزد′
* بوزونات إكس وواي

 |

 |

 |
| مركبة | 

|  |  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| هادرونات | 

|  |  |
| --- | --- |
| باريونات | 
* نوية
	+ بروتون
	+ مضاد البروتون
	+ نيوترون
	+ مضاد نيوترون
* باريون دلتا
* باريون لامدا
* باريون سيغما
* باريون ساي
* باريون أوميغا

 |
| ميزونات | 
* بيون
* ميزون رو
* ميزونات إيتا وإيتا الأولية
* ميزون إيتا القاعي
* ميزون فاي
* ميزون جاي/بساي
* ميزون أوميغا
* ميزون أبسلون
* كاون
* ميزون بي
* ميزون دي
* كواركونيوم

 |
| هادرونات شاذة | 
* تترا كوارك (تترا كوارك مزدوج-ساحر)
* بنتا كوارك

 |

 |
| أخرى | 
* نواة الذرة
* ذرة
* ذرة شاذة
	+ بوزترونيوم
	+ ميونيوم
	+ تونيوم
	+ أونيوم
	+ بيونيوم
	+ بروتونيوم
* ذرة فائقة
* جزيء

 |
| افتراضية | 

|  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 

|  |  |
| --- | --- |
| باريونات | 
* هيكساكوارك
* هيبتاكوارك
* سكارميون

 |
| ميزونات | 
* كرة الغراء
* ميزون ثيتا
* ميزون تي

 |

 |
| أخرى | 
* جزيء ميزوني
* بوميرن
* ديكوارك
* هادرون-آر

 |

 |

 |
| أشباه الجسيمات | 
* أنيوون
* سوليتون دافيدوف
* دروبليتون
* أكسيتون
* فراكتون
* ثغرة
* ماغنون
* فونون
* بلازمارون
* بلازمون
* بولاريتون
* بولارون
* روتون
* تريون

 |
| قوائم | 
* الباريونات
* الميزونات
* الجسيمات
* أشباه الجسيمات
* التسلسل الزمني لاكتشاف الجسيمات

 |
| متعلق | 
* تاريخ الفيزياء دون الذرية
	+ الجدول الزمني
* النموذج المعياري
	+ صياغة رياضية
* جسيم دون ذري
* جسيم
* جسيم مضاد
* فيزياء نووية
* طريقة ثمانية
	+ نموذج الكوارك
* مادة غريبة
* جسيم عديم الكتلة
* جسيم نسبي
* جسيم افتراضي
* ازدواجية موجة جسيم
* شوفينية الجسيمات

 |
|  **بوابة الفيزياء** |


|  |  |
| --- | --- |
| ضبط استنادي: وطنية عدلها في ويكي بيانات | 
* الملف الاستنادي المتكامِل (GND)
* المكتبة القومية الإسرائيلية (J9U)
* مكتبة الكونغرس (LCNAF)

 |

* أيقونة بوابةبوابة الكيمياء
* أيقونة بوابةبوابة كيمياء فيزيائية
* أيقونة بوابةبوابة ميكانيكا الكم
* أيقونة بوابةبوابة الفيزياء