النواقل و العوازل

12 08 2008

 نواقل
–أنصاف النواقل
–عوازل .

إنك على الأرجح تعرف العديد من النواقل والعوازل ، كالنحاس والمطاط .

أما أنصاف النواقل فهي تضم مواد مثل
السيليكون و الجرمانيوم والكربون والسلينيوم وزرنيخيدالغاليوم وسلفيد الرصاص وغيرها……..

يكمن الفرق الهام بين النواقل وأنصاف النواقل والعوازل في عدد الإلكترونات الحرّة الموجودة في المادة . ولعل أفضل الأجسام الصلبة طريقة لدراسة الفروقات بينها تتمثل في استخدام نظرية العصابات في الأجسام الصلبة .

قد يكون معلوم لديك أن الإلكترونات في ذرة مفردة محصورة في سويات طاقة معينة تماما وأن تغيرات الطاقة ضمن الذرة تحدث فقط بين إحدى سويات الطاقة وسوية أخرى . تكون الذرات في الجسم الصلب مرتبطة مع بعضها البعض ويمكن أن تشغل الإلكترونات سلسلة كاملة من سويات الطاقة تتجمع في عصابات يكون الفرق في الطاقة بين السويات ضمن العصابة صغيراجدا مقارنة مع فرجة الطاقة بين بين العصابات .
وتكمن الفروقات الكهربائية بين نوع جسم صلب ونوع آخر في الترتيبات المختلفة للعصابات .

النواقل Conductors :
في الناقل تكون عصابة التكافؤ ممتلئة بالإلكترونات في الوقت الذي تكون فيه عصابة النقل ممتلئة جزئيا فقط. وإضافة كمية قليلة جدا من الطاقة سوف تسمح للإلكترونات بالحركة ضمن عصابة النقل بحيث يرتفع بعضها إلى سوية أعلى ويعود البعض الآخر إلى سويات أخفض . تشكل حركة الإلكترونات هذه نقلا كهربائيا . في بعض النواقل تتراكب فعليا عصابة التكافؤ وعصابة النقل وهذا يعطي بالنتيجة عصابة علوية ممتلئة جزئيا .

أنصاف النواقل الذاتية (التحليلية) Intrinsic semiconductors :

أنصاف النواقل التحليلية وهي مادة تكون نصف ناقلة بحكم طبيعتها الذاتية دون أن يضاف إليها شيء . في نصف الناقل الذاتي تكون عصابة التكافؤ ، مرة أخرى أيضا، ممتلئة لكن عصابة النقل تكون فارغة عند درجات حرارة منخفضة جدا ، مع ذلك تكون فرجة الطاقة بين العصابتين صغيرة جدا بحيث تتمكن الإلكترونات من القفز عبرها بإضافة طاقة حرارية فقط ، بعبارة أخرى يكفي تسخين العينة لإحداث نقل كهربائي . تزداد الناقلية مع درجات الحرارة بقدر ما يتحرر من إلكترونات ، وبالتالي فإن لأنصاف النواقل معاملات درجة حرارة سالبة المقاومة .
فمن أجل الجرمانيوم تبلغ فرجة الطاقة 0،66 إلكترون فولط
وبالنسبة للسيلكون 1،11 إلكترون فولط عند C 5 27 .
عندما يقفز إلكترون إلى عصابة النقل يترك وراءه فراغا أو ثقبا Hole في عصابة التكافؤ . ويكون هذا الثقب بالنتيجة موجبا. وبما ن بإمكان أي إلكترون أن يقفز إليه من جزء آخر من عصابة التكافؤ يبدو لنا وكأن الثقب بحد ذاته قد تحرك . يحدث النقل إما بحركة الإلكترون السالبة ضمن عصابة النقل أو بحركة الثقوب الموجبة ضمن عصابة التكافؤ . يمكن تسبيه نصف الناقل بمرآب سيارات متعدد الطوابق وممتلىء تقريبا تمثل السيارات الإلكترونات والأماكن الفارغة الثقوب(لا يسمح لأية سيارة بدخول المرآب أو الخروج منه وإنما يمكنها فقط التجوال داخله). إذا كانت فكرة الثقوب هذه تبدو لك غريبة ، تأمل كومة تراب والحفرة التي جاءت منهاهذه الكومة في الطريق . إذا ارتطمت بكل من الكومة(الإلكترون) والحفرة(الثقب) وأنت تقود دراجة هوائية سيكون لكليهما تأثير فيزيائي عليك . النقل بواسطة الثقوب الموجبة .

العوازل Insulators :

في العازل تكون عصابة التكافؤ ممتلئة أيضا . لكن في هذه المواد تكون فرجة الطاقة بين عصابة التكافؤ هذه وعصابة النقل الفارغة كبيرة جدا. وسيكون هناك حاجة إلى طاقة كبيرة لجعل الإلكترون يقفز الفرجة ولإبطال العزل (انهيار العزل) . عند درجات حرارو عالية أو تحت تأثير حقول كهربائية كبيرة جدا يحدث الإنهيار وعلى غرار أنصاف النواقل كلما عظمت درجة الحرارة عظم النقل . وعلى غرار أنصاف النواقل أيضا يكون للعوازل معاملات درجة حرارة سالبة للمقاومة .
أنصاف النواقل اللاذاتية Extrinsic semiconductors :
نصف الناقل اللاذاتي هو في الأساس نصف ناقل أضيفت إليه كمية صغيرة من شائبة . تستبدل ذرة شائبة بحوالي ذرة واحدة في كل مليون ذرة تقريبا . تدعى هذه العملية بالتطعيم Doping . يمكن أن يكون للتطعيم بالشوائب تأثيرات ملحوظة تماما على الخواص الكهربائية للمادة . فإضافة ذرة شائبة واحدة في مئة مليون ذرة سوف تزيد من ناقلية الجرمانيوم بمعدل 12 عند درجة حرارة 300 كلفن . ويمكن إجراء تطعيم دقيق جدا بالمشع النتروني .


Actions

Informations

Laisser un commentaire

Vous devez être connecté pour poster un commentaire