أنواع مواد أشباه الموصلات وتصنيفاتها

الوصف

تعتبر مواد أشباه الموصلات ضرورية للإلكترونيات الحديثة. فهي تستخدم في إنشاء أجهزة مختلفة، مثل الترانزستورات والثنائيات والدوائر المتكاملة. ستغطي هذه التدوينة الجوانب الأساسية لأشباه الموصلات، بما في ذلك تصنيفها، ومبدأ عملها، والأنواع المختلفة المستخدمة في الصناعات اليوم.

ما هي أشباه الموصلات؟

أشباه الموصلات هي مادة لها موصلية كهربائية بين الموصلات والعازل. وهذا يعني أنه في ظل ظروف معينة، يمكن لأشباه الموصلات توصيل الكهرباء، ولكنها ليست موصلة للكهرباء مثل المعادن. أكثر المواد شبه الموصلة شهرة هي السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge)، حيث تجعلها خصائصها ضرورية في تصنيع المكونات الإلكترونية مثل الرقائق الإلكترونية والخلايا الشمسية والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED).

يمكن تعديل الخصائص الموصلة لأشباه الموصلات عن طريق إدخال شوائب، وهي عملية تُعرف باسم التطعيم. ومن خلال إضافة أنواع مختلفة من الشوائب، يمكن التحكم في التوصيل الكهربائي للمادة، مما يجعل من الممكن إنشاء خصائص كهربائية محددة لتطبيقات مختلفة.

كيف تعمل أشباه الموصلات؟

تعتمد أشباه الموصلات على سلوك الإلكترونات والثقوب لتوصيل الكهرباء. في حالتها النقية، تحتوي أشباه الموصلات على عدد قليل من الإلكترونات الحرة لتوصيل الكهرباء. ومع ذلك، من خلال إدخال الشوائب (المنشطات)، يمكن زيادة عدد الإلكترونات الحرة أو الثقوب (غياب الإلكترون).

عندما يتم تطبيق جهد خارجي على أشباه الموصلات، تتحرك الإلكترونات نحو الجانب الموجب، بينما تتحرك الثقوب نحو الجانب السالب. تخلق هذه الحركة تيارًا كهربائيًا. هذا هو مبدأ العمل الأساسي للصمامات الثنائية والترانزستورات وغيرها من الأجهزة القائمة على أشباه الموصلات.

أنواع أشباه الموصلات

هناك نوعان رئيسيان من أشباه الموصلات: أشباه الموصلات الجوهرية والخارجية.

أشباه الموصلات الجوهرية: وهي مواد نقية لم يتم تخديرها بالشوائب. وتعتمد توصيلية أشباه الموصلات الجوهرية على درجة الحرارة، وعند الصفر المطلق، لا تقوم بتوصيل الكهرباء.

أشباه الموصِّلات الخارجية: هي أشباه الموصِّلات التي تم تطعيمها عمدًا بالشوائب لتعزيز توصيلها للكهرباء. وتضيف عملية التطعيم إلكترونات حرة أو ثقوباً حرة إلى المادة، اعتماداً على نوع المادة المطعّمة المستخدمة. يمكن تصنيف أشباه الموصلات الخارجية إلى نوعين:

• النوع N (النوع السالب): يتم تطعيم أشباه الموصلات هذه بعناصر توفر إلكترونات إضافية، مما يزيد من توصيلها.
• النوع P (النوع الموجب): يتم تطعيم أشباه الموصلاتهذه بعناصر تخلق ثقوبًا تزيد أيضًا من التوصيلية.

مجموعات مواد أشباه الموصلات

يتم تجميع مواد أشباه الموصلات بشكل عام بناءً على طبيعتها العنصرية أو المركبة. بعض المجموعات الرئيسية هي:

أشباه الموصلات العنصرية: وتشمل هذه المواد مثل السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge)، وهي عناصر نقية والأكثر شيوعًا في تصنيع أشباه الموصلات.

أشباه الموصلات المركبة: تُصنع من عنصرين أو أكثر وغالباً ما تُستخدم لتطبيقات محددة مثل الإلكترونيات الضوئية. وتشمل الأمثلة على ذلك زرنيخيد الغاليوم ( GaAs) وفوسفيد الإنديوم (InP).

أشباه الموصلات العضوية: تعتمد هذه المواد على مركبات تحتوي على الكربون وتستخدم في الإلكترونيات المرنة والصمامات الثنائية العضوية الباعثة للضوء (OLEDs) والخلايا الشمسية العضوية.

أشباهموصلات السبائك: تتكون من عنصرين أو أكثر بنسب متفاوتة لإنشاء أشباه موصلات ذات خصائص كهربائية محددة. على سبيل المثال، يُستخدم زرنيخيد زرنيخيد الغاليوم -الفوسفيد (GaAsP ) في مصابيح LED.

قائمة المواد شبه الموصلة

فيما يلي قائمة بالمواد شبه الموصلة الشائعة الاستخدام:

يتم اختيار هذه المواد بناءً على خواصها الكهربائية والبصرية والحرارية المحددة، وتُستخدم في تطبيقات تتراوح بين الإلكترونيات اليومية والتقنيات المتقدمة مثل الليزر والخلايا الشمسية.

اقرأ المزيد القائمة الأساسية للمواد الإلكترونية

الأسئلة المتداولة

مم تصنع أشباه الموصلات؟
تُصنع أشباه الموصلات عادةً من عناصر مثل السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge) والمواد المركبة مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وفوسفيد الإنديوم (InP).

كيف تختلف أشباه الموصلات عن العوازل والموصلات؟
تتمتع أشباه الموصلات بتوصيلية بين العوازل (التي لا توصل الكهرباء) والموصلات (التي تسمح بتدفق الكهرباء بسهولة). ويمكن التحكم في توصيلها من خلال التطعيم.

ما هو التطعيم في أشباه الموصلات؟
التطعيم هو عملية إضافة شوائب إلى مادة شبه موصلة لتعديل خواصها الكهربائية. وهذا أمر ضروري في تكوين أنواع مختلفة من أشباه الموصلات، مثل النوع N والنوع P.

ما هي بعض تطبيقات أشباه الموصِّلات؟
تُستخدم أشباه الموصلات في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الترانزستورات والصمامات الثنائية والرقائق الدقيقة والخلايا الشمسية والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED).

ما هي أشباه الموصلات المركبة المستخدمة؟
تُستخدم أشباه الموصلات المركبة مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) ونيتريد الغاليوم (GaN) في الإلكترونيات عالية السرعة والإلكترونيات الضوئية وأجهزة الطاقة نظرًا لخصائصها الكهربائية والبصرية الفائقة.