أشباه الموصلات هي مواد تم تصميمها خصيصًا لاستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات الإلكترونية. تتميز هذه المواد بقدرتها على التحكم وتوصيل الكهرباء، مما يجعلها مثالية للاستخدام في كل شيء من أجهزة الكمبيوتر إلى الهواتف المحمولة.
بينما يمكن تصنيع أشباه الموصلات من مجموعة متنوعة من المواد المختلفة، فإن السيليكون هو الأكثر استخدامًا إلى حد بعيد.
ما هي أشباه الموصلات؟
أشباه الموصلات هي مواد لها خصائص بين الموصلات العادية والعوازل. إنها مصنوعة من عناصر نقية، عادةً السيليكون أو الجرمانيوم، أو المركبات الأخرى.
تستخدم أشباه الموصلات على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية. كما يوحي اسمها، فإن أشباه الموصلات هي مادة تقوم بتوصيل التيار الكهربائي.
أنواع أشباه الموصلات.
تصنف أشباه الموصلات إما داخلية أو خارجية. تتكون أشباه الموصلات الداخلية من عنصر واحد، بينما تحتوي أشباه الموصلات الخارجية على شوائب مضافة إليها.
السيليكون هو أكثر أنواع أشباه الموصلات شيوعًا ويستخدم في جميع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا.
هيكل النطاق لأشباه الموصلات.
يصف هيكل النطاق الإلكتروني لأشباه الموصلات نطاق مستويات الطاقة التي قد تشغلها الإلكترونات داخل المادة، ويتحدد هيكل النطاق من خلال التركيب البلوري لأشباه الموصلات.
نطاق التكافؤ هو أعلى مستوى طاقة مشغول داخل المادة، في حين أن نطاق التوصيل هو أدنى مستوى طاقة غير مشغول. فجوة النطاق هي فرق الطاقة بين هذين النطاقين.
أشباه الموصلات الداخلية والخارجية.
يمكن تصنيف أشباه الموصلات على أنها داخلية أو خارجية. تتكون أشباه الموصلات الداخلية من مادة شبه موصلة نقية، بينما تمت إضافة شوائب إلى أشباه الموصلات الخارجية.
تتميز أشباه الموصلات الداخلية بموصلية كهربائية منخفضة جدًا ولا تُستخدم عمومًا في الأجهزة الإلكترونية. من أمثلة أشباه الموصلات الداخلية السيليكون والجرمانيوم.
من ناحية أخرى، تحتوي أشباه الموصلات الخارجية على شوائب مضافة إليها مما يزيد من توصيلها الكهربائي. النوعان الرئيسيان لأشباه الموصلات الخارجية هما النوع n والنوع p.
معادلة الصمام الثنائي.
الصمام الثنائي أو الدايود مصنوع من مكونات أشباه الموصلات، وعادة ما يكون السيليكون عبارة عن صمام ثنائي أشباه الموصلات.
يتم تشكيله ببساطة عن طريق وضع نوعين من أشباه الموصلات من النوع p و n على مقربة من بعضهما البعض. عند القيام بذلك، تنتشر الإلكترونات من أشباه الموصلات من النوع n إلى النوع p، وتنتشر الثقوب من النوع p إلى النوع n. والنتيجة هي ما يُعرف بمنطقة النضوب.
الترانزستور ثنائي القطب (BJT)
الترانزستور ثنائي القطب هو نوع من الترانزستور يستخدم كلاً من الإلكترونات وثقوب الإلكترون. يستخدم الترانزستور ثنائي القطب طبقة أخرى من مادة أشباه الموصلات لإنتاج جهاز بخصائص وخصائص مكبر للصوت.
إذا انضممنا إلى طبقتين BJT، فإن الترانزستور npn يتكون من مادتين من أشباه الموصلات من النوع n مفصولة بطبقة رقيقة من مادة من النوع P.
ببساطة، BJT هو جهاز أشباه الموصلات ثلاثي الأطراف. يأتي اسم “ثنائي القطب” من حقيقة أن هذا النوع من الترانزستور يتم إجراؤه باستخدام كل من الشحنات الموجبة والسالبة.