انصاف النواقل - الالكترونيات .. الفيزياء
انصاف النواقل
اعتمدت معظم الدوائر الالكترونية الموجودة حتى الآن في تركيبها بشكل اساسي على الصمامات . الا انه منذ الخمسينات ، ظهرت نزعة راسخة لاستبدالها بالترانزستور الذي يتميز بصغر حجمه ، وخفة وزنه ، وصلابته ، وعدم حاجته لتيار تسخين ، وقدرته العمل مستعينا بفلطية صغيرة . والترانزستورات عبارة عن مكونات تصنع من المواد التي تسمى أنصاف النواقل .
والجدير بالذكر أن معظم الفلزات ناقلة جيدة للكهرباء لانها تحتوي على عدد كبير من الالكترونات الطليقة ، وأن معظم المواد غير الفلزية لا تحتوي الا على عدد قليل مـن الالكترونات النقلية بسبب ارتباطها المحكم بنواة الذرة نفسها ولهذا السبب تسمى هذه المواد أجساما عازلة وهناك نوع ثالث من المواد تكون طاقة الالكترونات فيه كافية لكسر الطوق الذي يربطها واطلاقها من ا مكنتها - ويطلق على هذه المواد اسم نصف النواقل مثل السيليسيوم والجرمانيوم والسيلينيوم .
بالاضافة الى ذلك ينخفض عدد الالكترونات الطليقة في نصف النواقل كلما انخفضت درجة حرارتها ، وتنعدم اطلاقا اذا بلغت درجة حرارتها الصفر المطلق ذلك انه كلما ارتفعت درجة الحرارة ، كلما زادت طاقة الالكترونات ، وارتفع بالتالي عددها القادر على كسر الرباط الذي يقيدها . ولهذا السبب ، تنخفض مقاومة نصف النواقل كلما ارتفعت درجة حرراتها بعكس المعادن التي تزيد مقاومتها مع ارتفاع درجة الحرارة .
يتميز نصف الناقل البلوري بمناقلية صغيرة لكن هذه المناقلية تكبر الى حد كبير اذا اضيفت الى نصف الناقل بعض الشوائب .
والمعروف أن بلور الجرمانيوم يحتوي في طبقة التكافؤ الخارجية فيه على اربعة الكترونات يرتبط كل منها بالذرة المجاورة بواسطة رابطة تكافؤ تساهمية . أما ذرة الزرنيخ مثلا ، فانها تحتوي في طبقتها الخارجية على خمسة الكترونات فقط . ولو أضيف ت الى مادة الجرمانيوم ، اثناء تبلورها ، كمية من الزرنيخ ، يبقى فيه الكترون
واحد احتياطي لكل ذرة من ذرات الزرنيخ الموجودة في الشبكة . هذا الالكترون يساهم مع بقية الالكترونات المماثلة له بنقل التيار . وقد سمي هذا النوع من النقل الكهربائي النقل . . - س ( سالب ) . اما في حال اضافة ذرات الانديوم ، التي تحتوي كل منها على ثلاثة الكترونات في طبقتها الخارجية ، الى مادة الجرمانيوم ، فانه يتبقى داخل المجموعة عدد من الثقوب وبما أن الكترونات التكافؤ ليست طليقة حتى تنجرف الى هنا وهناك ، فانها تسقط داخل الثقوب المجاورة لها وتعتبر الثقوب في هذه الحالة بمثابة شحنات موجبة ، ويسمى النقل الناتج عنها النقل - م ( موجب ) وتعتبر كل من الالكترونات والثقوب بمثابة حاملات للشحنة ، كما انه يوجد داخل كل نوع من انواع النقل الكهربائي بضعة حاملات للشحنة من النوع المضاد له .
ولهذا السبب فان الثقوب في الصنف م والالكترونات في الصنف س تسمى اغلبية الحاملات .
( فوق ، الى اليسار ) حركة » ثقب » محمل بشحنة موجبة في مجال كهربائي . ( فوق الى اليمين ) التقويم بواسطة الالتحام م - س .
( الى الاسفل ) شبكة جرمانيوم وتحتوي على شوائب الزرنيخ )
واذا وصلنا نصف ناقل من الصنف - م الى نصف ناقل من الصنف - س وسلطنا على الوصلة فلطية كهربائية بشكل يجعل من الصنف الاول موجبا ومن الثاني سالبا ، تضطر حاملات الشحنة تحت تأثير المجال أن تسير باتجاه الوصلة حيث تتحد مع بعضها البعض .
ينتج عن ذلك توليد حاملات أخرى للشحنة خلف الوصلة ويتدفق التيار طالما كانت العملية مستمرة . أما في حالة عكس الفلطية ، فان الشحنات تبتعد عن بعضها البعض ولا يتدفق بالتالي سوى تيار ضئيل جدا ، لذلك تعتبر الوصلة نصف الناقلة بمثابة مقوم كهربائي .
انصاف النواقل
اعتمدت معظم الدوائر الالكترونية الموجودة حتى الآن في تركيبها بشكل اساسي على الصمامات . الا انه منذ الخمسينات ، ظهرت نزعة راسخة لاستبدالها بالترانزستور الذي يتميز بصغر حجمه ، وخفة وزنه ، وصلابته ، وعدم حاجته لتيار تسخين ، وقدرته العمل مستعينا بفلطية صغيرة . والترانزستورات عبارة عن مكونات تصنع من المواد التي تسمى أنصاف النواقل .
والجدير بالذكر أن معظم الفلزات ناقلة جيدة للكهرباء لانها تحتوي على عدد كبير من الالكترونات الطليقة ، وأن معظم المواد غير الفلزية لا تحتوي الا على عدد قليل مـن الالكترونات النقلية بسبب ارتباطها المحكم بنواة الذرة نفسها ولهذا السبب تسمى هذه المواد أجساما عازلة وهناك نوع ثالث من المواد تكون طاقة الالكترونات فيه كافية لكسر الطوق الذي يربطها واطلاقها من ا مكنتها - ويطلق على هذه المواد اسم نصف النواقل مثل السيليسيوم والجرمانيوم والسيلينيوم .
بالاضافة الى ذلك ينخفض عدد الالكترونات الطليقة في نصف النواقل كلما انخفضت درجة حرارتها ، وتنعدم اطلاقا اذا بلغت درجة حرارتها الصفر المطلق ذلك انه كلما ارتفعت درجة الحرارة ، كلما زادت طاقة الالكترونات ، وارتفع بالتالي عددها القادر على كسر الرباط الذي يقيدها . ولهذا السبب ، تنخفض مقاومة نصف النواقل كلما ارتفعت درجة حرراتها بعكس المعادن التي تزيد مقاومتها مع ارتفاع درجة الحرارة .
يتميز نصف الناقل البلوري بمناقلية صغيرة لكن هذه المناقلية تكبر الى حد كبير اذا اضيفت الى نصف الناقل بعض الشوائب .
والمعروف أن بلور الجرمانيوم يحتوي في طبقة التكافؤ الخارجية فيه على اربعة الكترونات يرتبط كل منها بالذرة المجاورة بواسطة رابطة تكافؤ تساهمية . أما ذرة الزرنيخ مثلا ، فانها تحتوي في طبقتها الخارجية على خمسة الكترونات فقط . ولو أضيف ت الى مادة الجرمانيوم ، اثناء تبلورها ، كمية من الزرنيخ ، يبقى فيه الكترون
واحد احتياطي لكل ذرة من ذرات الزرنيخ الموجودة في الشبكة . هذا الالكترون يساهم مع بقية الالكترونات المماثلة له بنقل التيار . وقد سمي هذا النوع من النقل الكهربائي النقل . . - س ( سالب ) . اما في حال اضافة ذرات الانديوم ، التي تحتوي كل منها على ثلاثة الكترونات في طبقتها الخارجية ، الى مادة الجرمانيوم ، فانه يتبقى داخل المجموعة عدد من الثقوب وبما أن الكترونات التكافؤ ليست طليقة حتى تنجرف الى هنا وهناك ، فانها تسقط داخل الثقوب المجاورة لها وتعتبر الثقوب في هذه الحالة بمثابة شحنات موجبة ، ويسمى النقل الناتج عنها النقل - م ( موجب ) وتعتبر كل من الالكترونات والثقوب بمثابة حاملات للشحنة ، كما انه يوجد داخل كل نوع من انواع النقل الكهربائي بضعة حاملات للشحنة من النوع المضاد له .
ولهذا السبب فان الثقوب في الصنف م والالكترونات في الصنف س تسمى اغلبية الحاملات .
( فوق ، الى اليسار ) حركة » ثقب » محمل بشحنة موجبة في مجال كهربائي . ( فوق الى اليمين ) التقويم بواسطة الالتحام م - س .
( الى الاسفل ) شبكة جرمانيوم وتحتوي على شوائب الزرنيخ )
واذا وصلنا نصف ناقل من الصنف - م الى نصف ناقل من الصنف - س وسلطنا على الوصلة فلطية كهربائية بشكل يجعل من الصنف الاول موجبا ومن الثاني سالبا ، تضطر حاملات الشحنة تحت تأثير المجال أن تسير باتجاه الوصلة حيث تتحد مع بعضها البعض .
ينتج عن ذلك توليد حاملات أخرى للشحنة خلف الوصلة ويتدفق التيار طالما كانت العملية مستمرة . أما في حالة عكس الفلطية ، فان الشحنات تبتعد عن بعضها البعض ولا يتدفق بالتالي سوى تيار ضئيل جدا ، لذلك تعتبر الوصلة نصف الناقلة بمثابة مقوم كهربائي .
تعليق