وهذا ما يسمح لأربعة إلكترونات حرة بالإرتباط مع جزيء سيليكون آخر بين يبقى الإلكترون الخامس حرا حيث يسمح بنقل التيار الكهربائي بمجرد تطبيق فولطية. العناصر الشبه موصلة الموجبة: إذا ما قمنا الآن بإضافة بعض الشوائب ثلاثية التكافؤ مثل الغاليوم (Gallium) أو البورون (Boron) إلى البنية البلورية لشبه الموصل، لا يمكن للرابطة الرابعة أن تتشكل مما يُؤدي إلى وجود وفرة في الثغرات موجبة الشحنة، حيث في هذه الحالة سينتقل إلكترون متواجد بالقرب من أجل سد هذه الثغرة لكنه بالمقابل سيُخلف ورائه ثغرة أخرى سينتقل إليها إلكترون آخر من أجل سدها مخلفا ورائه هو الآخر ثغرة أخرى يجب أن يسده إلكترون آخر وهكذا دواليك، وهذا ما يسمح بمرور التيار الكهربائي حيث أن هذه الثغرات تنتقل كشحنة موجبة. ما هي تطبيقات أشباه الموصلات؟ تُستعمل أشباه الموصلات في عديد التطبيقات والتي نذكر منها على سبيل المثال لا الحصر: وبهذا نصل إلى ختام مقالتنا هذه والتي تعرفنا من خلالها على أنه يمكننا تصنيف المواد حسب مقاوميتها إلى ثلاثة أقسام هي المواد الناقلة للتيار الكهربائي، والمواد العازلة وأشباه الموصلات، حيث أن لهذه الأخيرة تأثير بالغ على التكنولوجيا الحديثة فهي تعتمد عليه بشكل كبير وأخيرا تطرقنا باختصار إلى بعض من تطبيقات أشباه الموصلات.
بعد معادلة بيث بلوخ يعتمد فقدان التأين للجسيمات المشحونة على ض ²/ الخامس ² ينقص ، لذلك يتناقص مع ارتفاع العدد الذري وأصغر سرعة ل. وبالتالي فإن كثافة أزواج ثقب الإلكترون تزداد مع العمق ، لأن سرعة جسيم ألفا تقل عندما يخترق. لها حد أقصى واضح عند نقطة النهاية ( منحنى براج). إشعاع بيتا الإلكترونات بالمقارنة مع جسيمات ألفا ، فإن لها كتلة أقل من حيث الحجم ونصف أكبر شحنة كهربائية. وبالتالي فإن قدرتها على التأين أقل بكثير. النسبية (طاقة عالية) إشعاع بيتا لذلك يخترق الكاشف بشكل أعمق أو يخترقه تمامًا ويخلق كثافة موحدة لأزواج ثقب الإلكترون على طول مساره. إذا تم إطلاق معظم طاقتها ، فعندئذ - على غرار جسيمات ألفا - يحدث تأين أعلى في نقطة نهاية مدارها. لم تعد الإلكترونات منخفضة الطاقة للغاية تولد حاملات شحنة وتتفاعل معها بشكل أساسي فونون. كل ما تحتاج معرفته عن أزمة أشباه الموصلات.. نفط القرن الواحد والعشرين! - أراجيك - Arageek. أنواع أخرى من الجسيمات جسيمات مشحونة ذات طاقة عالية ( الرواد, كاونس إلخ) الكاشف بسرعة ثابتة تقريبًا وتولد أزواجًا من الثقوب الإلكترونية بكثافة موحدة على طول مسارها. هذه الكثافة مستقلة تقريبًا عن طاقة الجسيمات وتتناسب مع مربع شحنتها الكهربائية. من ناحية أخرى ، تولد البروتونات والنواة (المشحونة) كثافة تأين تتناسب أيضًا مع مربع شحنتها ، ولكن بشكل عكسي يتناسب مع طاقتهم.
فوق درجة الحرارة المطلقة: مع زيادة درجة الحرارة، يقفز عدد قليل من إلكترونات التكافؤ إلى نطاق التوصيل وبالتالي تتصرف كموصل ضعيف. حساب التيار الكهربائي المار في أشباه الموصلات الداخلية: في أشباه الموصلات الداخلية، يتدفق التيار بسبب حركة الإلكترونات الحرة وكذلك الثقوب، إجمالي التيار هو مجموع تيار الإلكترون (I e) الناتج عن الإلكترونات المتولدة حرارياً وتيار الثقوب (الشحنات الموجبة) (I h): Total Current (I) = I e + I h بالنسبة لأشباه الموصلات الداخلية، عند درجة حرارة معينة، يتناقص احتمال وجود الإلكترونات في نطاق التوصيل بشكل كبير مع زيادة فجوة الحزمة (E g): n = n 0 e -Eg/ فجوة نطاق الطاقة – Eg = Energy bandgap. ما هي اشباه الموصلات - موقع محتويات. ثابت بولتزمان – Kb = Boltzmann's constants. أشباه الموصلات الخارجية – Extrinsic Semiconductor: يمكن تحسين موصلية أشباه الموصلات بشكل كبير عن طريق إدخال عدد صغير من ذرات الاستبدال المناسبة تسمى (IMPURITIES)، تسمى عملية إضافة ذرات الشوائب إلى أشباه الموصلات النقية (DOPING)، عادةً يتم استبدال ذرة واحدة فقط في 107 ذرة شائبة في أشباه الموصلات المخدرة، يمكن تصنيف أشباه الموصلات الخارجية إلى: أشباه الموصلات – N – type Semiconductor.
عاصفة أربكت أكبر الشركات في العالم، تراجع في الإنتاج وفجوة بين العرض والطلب، كل ذلك كان على خلفية النقص في إنتاج أشباه الموصلات (semiconductors) أو يمكننا تسميتها بعصب التكنولوجيا الحديثة. فالفرشاة الكهربائية على مغسلتك أو الأقمار الصناعية التي تحلق عالياً في الفضاء، جوالك والسيارات، وغيرها يتوقف تشغيلها على استخدام أشباه الموصلات تلك. اقرأ أيضًا: تعرف على شركة TSMC التي تصنع تكنولوجيا العالم.. القصة وراء عملاق أشباه الموصلات التايواني! برزت أزمة أشباه الموصلات عقب جائحة كورونا لتخلق معها ساحة صراع جديدة بين الصين وأمريكا، حيث تسعى كل منهما لإشهار هذا السلاح في وجه الأخرى بهدف تحقيق مطامحهم في سبيل التفوق التكنولوجي، فكيف لتلك الدول أن تعيد الأمور إلى توازنها بعد أن شهدت عدة شركات كبيرة هبوطًا في أسهمها، وتغييرات كبيرة في خطط الإنتاج إثر تلك الأزمة، وما السبب الذي أودى لهذه النقطة من العوز لأشباه الموصلات. كورونا، الشعرة التي قصمت ظهر البعير في أزمة أشباه الموصلات يعتمد العالم بشكل كبير على المصنع التايواني TSMC لتغطية حاجاته من أشباه الموصلات، حيث يغطي إنتاجه ما يزيد عن الـ 50%، تليه سامسونج الكورية وإنتل الأمريكية، حيث عانت الأخيرة من مشاكل في التصنيع، بسبب أخطاء في الإدارة مما جعلها تتأخر في إطلاق شرائح بمعمارية 7 نانوميتر، مما أدى إلى مشاكل في إنتاج المعماريات الأخرى، وبالتالي حدثت أزمة أدت إلى نقص في إنتاج الشرائح.
وبنأءاً على ذلك فإن كل ذرة تشارك الأربع ذرات التي حولها بالإلكترونات الأربع مكونة لي الرابطة التساهمية. (كما موضح في الصورة التالية) اتحاد ذرات السيليكون مع بعضها مكونة بلورة السيليكون الحصول على البلورة السالبة N-type ولكي تتحول بلورة السيليكون النقية إلى مادة قابلة للتوصيل فإنه يتم إضافة لها شوائب من مواد اخرى وتسمى هذه العملية بالتطعيم Junction. و بعد اضافة شوائب من مادة مثل الأنتيمون (Sb) إلى بلورة السيليكون فإن ذرة الانتيمون تتحد مع ذرات السيليكون ويتشاركوا الالكترونات الحرة (-) في المدار الخارجي لكل من الأنتيمون والسيليكون. وكما نعلم بأن ذرة السيليكون تحتوى في مدارها الاخير على 4 الكترونات ، وذرة الانتيمون تحتوى في مدارها الاخير على 5 الكترونات ، 4 منهم يتحدوا مع اربع ذرات سيليكون ويتبقى الكترون واحد حر (-)Free Electron. والصورة التالية توضح هذه العملية الحصول على البلورة السالبة N-type من بلورة السيليكون النقية فنحن هنا نتكلم عن الذرات ولكن مع تكرار هذه العملية بالملايين في عينة صغيرة جدا ؛ فنحصل على عدد كبير من الالكترونات الحرة.. وهذه الالكترونات الحرة تكون لي البلورة السالبة N-type.
لدى هذه الأجهزة مجموعة واسعة من إمكانيات التعامل مع التيار والجهد، والأهم من ذلك أنًها قابلة للاندماج في الدوائر الإلكترونية الدقيقة المعقدة ولكن يسهل تصنيعها، إنًها ستكون في المستقبل المنظور، العناصر الرئيسية لغالبية الأنظمة الإلكترونية التي تخدم الإتصالات ومعالجة الإشارات والحوسبة وتطبيقات التحكم في كل من الأسواق الاستهلاكية والأسواق الصناعية. أمثلة على أشباه الموصلات: يعتبر زرنيخيد الغاليوم والجرمانيوم والسيليكون من أكثر أشباه الموصلات شيوعاً. يستخدم السيليكون في تصنيع الدوائر الإلكترونية، ويستخدم زرنيخيد الغاليوم في صناعة الخلايا الشمسية وثنائيات (دايودات) الليزر. عادةً ما يتم تجميع المواد الصلبة في ثلاث فئات: العوازل وأشباه الموصلات والموصلات. (في درجات الحرارة المنخفضة، قد تصبح بعض الموصلات وأشباه الموصلات والعوازل موصلات فائقة)، تتميز العوازل مثل الكوارتز والزجاج المنصهر، بموصلات منخفضة جدًا تتراوح من 10 إلى 18 إلى 10 سيمنز لكل سنتيمتر، والموصلات مثل الألومنيوم، لها موصلية عالية تتراوح عادةً من 104 إلى 106 سيمنز لكل سنتيمتر. تكون موصلية أشباه الموصلات بين هذين النوعين (العوازل والموصلات) وهي حساسة عموماً لدرجة الحرارة والإضاءة والمجالات المغناطيسية والكميات الدقيقة من ذرات الشوائب، على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي إضافة حوالي 10 ذرات من البورون (المعروف باسم dopant) لكل مليون ذرة من السيليكون إلى زيادة التوصيل الكهربائي لألف ضعف.