ما هي أشباه الموصلات؟ وما هي خصائصه؟ وما هي الأمثلة على كل ما سنتعرف عليه في هذا المقال، حيث تعتبر أشباه الموصلات من الأنواع الأساسية للمواد الصلبة، وتنقسم المواد الصلبة من حيث توصيلها للكهرباء إلى مواد موصلة وعوازل وأشباه موصلات، وقد اختلفت المواد التي تتواجد في الطبيعة في العديد من الخصائصِ التي سوف نتعرف عليها أكثر في هذه المقالة.
ما هي أشباه الموصلات
أشباه الموصلات هي مادة، عادة ما تكون عنصرًا أو مركبًا كيميائيًا صلبًا، يمكنها توصيل الكهرباء في ظل ظروف معينة دون غيرها، مما يجعلها وسيلة ممتازة للتحكم في تدفق التيار الكهربائي. قد يكون أشباه الموصلات نوعًا من المواد الصلبة البلورية التي تقع بين خصائص الموصل والعازل. من حيث التوصيل الكهربائي، فإن العوازل وأشباه الموصلات والموصلات هي الأنواع الأساسية الثلاثة للمواد الصلبة.
خصائص أشباه الموصلات
فيما يلي بعض خصائص أشباه الموصلات:
- يعمل أشباه الموصلات كعازل عند صفر كلفن، ويعمل كموصل عند زيادة درجة الحرارة.
- نظرًا لخصائصها الكهربائية الاستثنائية، يمكن تعديل أشباه الموصلات عن طريق تعاطي المنشطات لجعل أجهزة أشباه الموصلات مناسبة لتحويل الطاقة والمفاتيح ومضخمات الصوت.
- فقدان طاقة أقل.
- أشباه الموصلات أصغر وأقل وزنًا.
- مقاومته أعلى من مقاومة الموصلات ولكنها أقل من مقاومة العوازل.
- تقل مقاومة المواد شبه الموصلة مع زيادة درجة الحرارة والعكس صحيح.
خصائص أشباه الموصلات الصلبة
تتمتع أشباه الموصلات بالقدرة على توصيل الكهرباء في ظل الظروف المثلى، وهذا ما يميزها باعتبارها مادة ممتازة لتوصيل الكهرباء بطريقة مضبوطة، على عكس الموصلات، حيث يتم إنشاء ناقلات الشحنة في أشباه الموصلات فقط بواسطة الطاقة الخارجية (الحث الحراري)، و عدد معين من إلكترونات التكافؤ تقفز إلى نطاق التوصيل وتعبر فجوة الطاقة تاركة عددًا متساويًا من حالات الطاقة غير المشغولة. تعتبر المادة الصلبة أشباه موصلات إذا كانت لها الخصائص التالية:[1]
- المقاومة: 10 ^ -5 إلى 10 ^ 6 ميكرومتر.
- الموصلية: 10 ^ 5 إلى 10 ^ -6 أوم / م.
- معامل مقاومة درجة الحرارة: سلبي.
- تتناقص مقاومة أشباه الموصلات مع زيادة درجة الحرارة: تقل مقاومة أشباه الموصلات مع زيادة درجة الحرارة، لأن عدد حاملات الشحنة يزداد بسرعة مما يؤدي إلى حدوث تحول جزئي في المقاومة.
أنواع أشباه الموصلات
يمكن تصنيف أشباه الموصلات على النحو التالي:
- أشباه الموصلات الجوهرية: نوع جوهري من مادة أشباه الموصلات مصنوع ليكون نقيًا كيميائيًا ويتكون من نوع واحد فقط من العناصر. الجرمانيوم (Ge) والسيليكون (Si) هما النوع الأكثر شيوعًا لعنصر أشباه الموصلات الجوهرية، ولهما أربعة إلكترونات تكافؤ (رباعي التكافؤ). ، ويرتبط بالذرة بواسطة رابطة تساهمية عند درجة حرارة الصفر المطلق.
- أشباه الموصلات الخارجية: يمكن تحسين موصلية أشباه الموصلات بشكل كبير عن طريق إدخال عدد صغير من ذرات الاستبدال المناسبة تسمى الشوائب. تسمى عملية إضافة ذرات الشوائب إلى أشباه الموصلات النقية DOPING، وغالبًا ما يتم استبدال ذرة واحدة فقط في 10 ^ 7 بذرة شوائب في أشباه الموصلات المخدرة.
أمثلة على أشباه الموصلات
هناك العديد من الأمثلة على أشباه الموصلات، بما في ذلك العناصر، بما في ذلك المواد العضوية، وفيما يلي عرض لمجموعة أمثلة لأشباه الموصلات:
- الكادميوم
- البورون
- الألومنيوم
- الغاليوم
- الجرمانيوم
- السيليكون
- الفوسفور
- الزرنيخ
- الأنتيمون
- كبريت
- السيلينيوم
- التيلوريوم
- أنثراسين
- النفثالين
- فثالوسيانين
- الهيدروكربونات متعددة النوى
- البوليمرات