المواد النصف ناقلة والبنية الإلكترونية والإشابة مع أنصاف النواقل

مصطلح المواد النصف ناقلة هو الأكثر شيوعاً للمختصين في العناصر الإلكترونية، حيث أن مواد نصف الناقلة هي أساس صناعة الأجهزة الإلكترونية الفعالة والغير فعالة وهي أساس التطور الحديث.

المواد نصف الناقلة

المواد النصف ناقلة أو أنصاف النواقل نوع من المواد المنتشرة في الطبيعة، حيث أن ناقليتها الكهربائية تكون متوسطة بين النواقل والعوازل، كما أن أهم المواد النصف ناقلة هي السليكون Si والجرمانيوم Ge، كما ينتمي كلاهما إلى العمود الرابع IV في الجدول الدوري للعناصر، كما يوجد أنصاف نواقل مركبة أخرى مثل زرنيخيد الغاليوم Ga As، حيث تتكون بلورتها من عنصرين مختلفين (الغاليوم Ga من العمود الثالث (III) والزرنيخ As من العمود الخامس (V))، حيث يتم تصنيف المواد في الطبيعة حسب قدرتها على نقل (توصيل) الكهرباء، إذ تصنف المواد في الطبيعية إلى 3 أصناف رئيسية هي:

• المواد الناقلة.
• المواد العازلة.
• المواد نصف الناقلة.

البنية الإلكترونية للمواد النصف ناقلة

الإلكترونات هي حوامل الشحنة الرئيسية، حيث من أجل فهم طبيعة أنصاف النواقل يجب فهم البنية الإلكترونية لذرات المواد النصف ناقلة، حيث أن السيليكون (أو الجرمانيوم) يمتلك أربعة إلكترونات على المدار السطحي، حيث تتشارك كل ذرة مع جارتها بهذه الإلكترونات لتمتلك كل ذرة ثمانية إلكترونات في طبقتها السطحية (ربط ذرتين)، وبالتالي تصل لحالة الإستقرار.

ما المقصود بحالة الاستقرار المذكور في الفقرة السابقة؟

الذرة في حالة الاستقرار أي أنها لن تتخلى عن أي إلكترون من إلكتروناتها بسهولة، في حال أردنا يلزمنا طاقة لانتزاع هذه الإلكترونات، يمكن أن تكون هذه الطاقة ببساطة زيادة في درجة حرارة المادة عبر تسخينها بشكل دقيق، نستنج أن أنصاف النواقل (المواد النصف الناقلة) هي عوازل في درجات الحرارة الباردة، ويمكن أن تتحول إلى مواد نصف ناقلة (أو مواد ناقلة) مع زيادة درجة الحرارة.

الإشابة مع أنصاف النواقل

المواد نصف الناقلة تستخدم في صناعة الشرائح الإلكترونية والإلكترونيات، كما أنها لا تستخدم في حالتها النقية بل يتم إشابتها (خلطها) بعناصر أخرى وبشكل دقيق بهدف تحسين ناقليتها، حيث يوجد لدينا نوعين أساسيين من الإشابة:

1. الإشابة من النمط N: الإشابة من النمط N تعبر عن إضافة مادة تمتلك في طبقتها السطحية إلكترون إضافي إلى مادة السيليكون، مثال إشابة مادة السيليكون بذرات الأنتيموني لنحصل على مادة نصف ناقلة من النمطN.
2. الإشابة من النمط P: الإشابة من النمط P تعني إضافة مادة تمتلك في طبقتها السطحية ثلاثة إلكترونات فقط (أي أقل من إلكترونات السيليكون السطحية بإلكترون واحد) إلى مادة السيليكون، حيث يمكن إضافة ذرة البورون لمادة السيليكون للحصول على مادة نصف ناقلة من النمط P.

ختاماً فإن ما ذكرناه في مقالتنا عبر موقع تويال للمعلومات عن المواد النصف ناقلة وأهم المواد نصف الناقلة، كما شرحنا بشكل مفيد وسلس عن بنية المواد نصف الناقلة وووضحنا ما هي حالة الاستقرار وكيف تصل إليها المواد، بالإضافة أيضاً تكلمنا عن الإشابة مع المواد النصف ناقلة بشكل مختصر ومفيد ونوعي الإشابة مع شرح مبسط لهما، في الختام نتذكر سوياً أنه لولا المواد النصف ناقلة ما استطعنا صناعة العناصر الإلكترونية وبالتالي ما استطعنا استعمال الهواتف والحواسيب والتي تعتبر نعمة كبيرة تسهل حياتنا اليومية.