شروط حدوث التيار في أشباه الموصلات. التيار الكهربائي في أشباه الموصلات. الصمام الثنائي أشباه الموصلات. أجهزة أشباه الموصلات. التيار الكهربائي في الفراغ

في هذا الدرس ، سوف نعتبر وسيطًا لمرور التيار الكهربائي مثل أشباه الموصلات. سننظر في مبدأ التوصيل ، واعتماد هذه الموصلية على درجة الحرارة ووجود الشوائب ، وننظر في مفهوم مثل تقاطع pn وأجهزة أشباه الموصلات الأساسية.

إذا قمت بإجراء اتصال مباشر ، فسيقوم الحقل الخارجي بتحييد قفل القفل ، وسيتم إجراء التيار بواسطة ناقلات الشحن الرئيسية (الشكل 9).

أرز. 9.تقاطع p-n مع اتصال مباشر ()

في هذه الحالة ، فإن تيار ناقلات الأقلية لا يكاد يذكر ، فهو غير موجود عمليًا. لذلك ، يوفر الوصل pn توصيلًا أحادي الاتجاه للتيار الكهربائي.

أرز. 10. التركيب الذري للسيليكون مع زيادة درجة الحرارة

توصيل أشباه الموصلات هو ثقب إلكتروني ، ويسمى هذا التوصيل التوصيل الجوهري. وعلى عكس المعادن الموصلة ، مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد عدد الشحنات المجانية فقط (في الحالة الأولى ، لا يتغير) ، وبالتالي تزداد موصلية أشباه الموصلات مع زيادة درجة الحرارة ، وتنخفض المقاومة (الشكل 10).

من القضايا المهمة جدًا في دراسة أشباه الموصلات وجود الشوائب فيها. وفي حالة وجود النجاسة يجب الحديث عن موصلية النجاسة.

أشباه الموصلات

أدى صغر حجم الإشارات المرسلة وجودتها العالية جدًا إلى جعل أجهزة أشباه الموصلات شائعة جدًا في التكنولوجيا الإلكترونية الحديثة. يمكن أن يشمل تكوين هذه الأجهزة ليس فقط السيليكون المذكور أعلاه مع الشوائب ، ولكن أيضًا ، على سبيل المثال ، الجرمانيوم.

أحد هذه الأجهزة هو الصمام الثنائي - وهو جهاز قادر على تمرير التيار في اتجاه واحد ومنع مروره في الاتجاه الآخر. يتم الحصول عليها عن طريق زرع نوع آخر من أشباه الموصلات في بلورات أشباه الموصلات من النوع p أو n (الشكل 11).

أرز. 11. تسمية الديود على الرسم التخطيطي والرسم البياني لجهازه على التوالي

جهاز آخر ، الآن مع اثنين من تقاطعات pn ، يسمى الترانزستور. إنه لا يعمل فقط على تحديد اتجاه التدفق الحالي ، ولكن أيضًا لتحويله (الشكل 12).

أرز. 12. مخطط هيكل الترانزستور وتعيينه على الدائرة الكهربائية ، على التوالي ()

وتجدر الإشارة إلى أن الدوائر الدقيقة الحديثة تستخدم العديد من مجموعات الثنائيات والترانزستورات والأجهزة الكهربائية الأخرى.

في الدرس التالي ، سننظر في انتشار التيار الكهربائي في الفراغ.

فهرس

1. تيخوميروفا إس إيه ، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - M: Mnemozina، 2012.
2. جيندينشتاين إل إي ، ديك يو. الصف العاشر في الفيزياء. - م: إليكسا ، 2005.
3. مياكيشيف ج يا ، سينياكوف أ.ز. ، سلوبودسكوف ب. الفيزياء. الديناميكا الكهربائية. - م: 2010.

1. مبادئ تشغيل الأجهزة ().
2. موسوعة الفيزياء والتكنولوجيا ().

الواجب المنزلي

1. ما الذي يسبب توصيل الإلكترونات في أشباه الموصلات؟
2. ما هي الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات؟
3. كيف تعتمد موصلية أشباه الموصلات على درجة الحرارة؟
4. ما الفرق بين نجاسة المانح ونجاسة المتقبل؟
5. * ما هي موصلية السيليكون مع خليط من أ) الغاليوم ، ب) الإنديوم ، ج) الفوسفور ، د) الأنتيمون؟

أشباه الموصلات هي المواد التي تحتل موقعًا وسيطًا من حيث الموصلية الكهربائية بين الموصلات الجيدة والعوازل الجيدة (العوازل الكهربائية).

أشباه الموصلات هي أيضًا عناصر كيميائية (الجرمانيوم Ge ، السيليكون Si ، السيلينيوم Se ، التيلوريوم تي) ، ومركبات العناصر الكيميائية (PbS ، CdS ، إلخ).

تختلف طبيعة الموجات الحاملة الحالية في أشباه الموصلات المختلفة. في بعضها ، حاملات الشحنة عبارة عن أيونات ؛ في حالات أخرى ، تكون حاملات الشحنة عبارة عن إلكترونات.

الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات

هناك نوعان من التوصيل الجوهري في أشباه الموصلات: التوصيل الإلكتروني وتوصيل الثقب في أشباه الموصلات.

1. الموصلية الإلكترونية لأشباه الموصلات.

تتم الموصلية الإلكترونية عن طريق الحركة الموجهة في الفضاء بين الذرات للإلكترونات الحرة التي تركت غلاف التكافؤ للذرة نتيجة لتأثيرات خارجية.

2. الموصلية حفرة من أشباه الموصلات.

يتم إجراء توصيل الثقب بالحركة الموجهة لإلكترونات التكافؤ إلى الأماكن الشاغرة في الروابط الزوجية الإلكترونية - الثقوب. ينجذب إلكترون التكافؤ لذرة محايدة تقع على مقربة من أيون موجب (ثقب) إلى الفتحة ويقفز فيها. في هذه الحالة ، يتشكل أيون موجب (ثقب) بدلاً من ذرة محايدة ، وتتشكل ذرة محايدة بدلاً من أيون موجب (ثقب).

في أشباه الموصلات النقية بشكل مثالي دون أي شوائب غريبة ، يتوافق كل إلكترون حر مع تكوين ثقب واحد ، أي عدد الإلكترونات والثقوب المشاركة في تكوين التيار هو نفسه.

تسمى الموصلية التي يحدث عندها نفس العدد من ناقلات الشحنة (الإلكترونات والثقوب) الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات.

عادة ما تكون الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات صغيرة ، لأن عدد الإلكترونات الحرة صغير. أدنى آثار للشوائب تغير جذريًا خصائص أشباه الموصلات.

الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات في حالة وجود شوائب

الشوائب في أشباه الموصلات هي ذرات من عناصر كيميائية أجنبية غير موجودة في أشباه الموصلات الرئيسية.

الموصلية النجاسة- هذه هي موصلية أشباه الموصلات ، بسبب إدخال الشوائب في المشابك البلورية.

في بعض الحالات ، يتجلى تأثير الشوائب في حقيقة أن آلية "الثقب" للتوصيل تصبح مستحيلة عمليًا ، ويتم تنفيذ التيار في أشباه الموصلات بشكل أساسي عن طريق حركة الإلكترونات الحرة. تسمى هذه أشباه الموصلات أشباه الموصلات الإلكترونيةأو ن نوع أشباه الموصلات(من الكلمة اللاتينية Negativus - سلبي). حاملات الشحنة الرئيسية هي الإلكترونات ، وليست الثقوب الرئيسية هي الثقوب. أشباه الموصلات من النوع n هي أشباه موصلات ذات شوائب مانحة.

1. شوائب المتبرع.

الشوائب المانحة هي تلك التي تتبرع بسهولة بالإلكترونات ، وبالتالي تزيد من عدد الإلكترونات الحرة. توفر الشوائب المانحة إلكترونات التوصيل دون ظهور نفس عدد الثقوب.

مثال نموذجي لشوائب المانحين في الجرمانيوم رباعي التكافؤ Ge هي ذرات الزرنيخ الخماسي التكافؤ As.

في حالات أخرى ، تصبح حركة الإلكترونات الحرة مستحيلة عمليًا ، ولا يتم تنفيذ التيار إلا بحركة الثقوب. تسمى هذه أشباه الموصلات ثقب أشباه الموصلاتأو أشباه الموصلات من النوع p(من الكلمة اللاتينية positivus - إيجابي). حاملات الشحنة الرئيسية عبارة عن ثقوب وليست الإلكترونات الرئيسية. . أشباه الموصلات من النوع p هي أشباه موصلات ذات شوائب متقبلة.

الشوائب المستقبلة هي شوائب لا يوجد فيها ما يكفي من الإلكترونات لتكوين روابط زوجية عادية.

مثال على شوائب متقبل في الجرمانيوم Ge هي ذرات الغاليوم ثلاثية التكافؤ Ga

التيار الكهربائي من خلال ملامسة أشباه الموصلات من النوع p و n من النوع pn هو طبقة التلامس لاثنين من أشباه الموصلات الشائبة من النوع p و النوع n ؛ الوصلة pn هي حدود تفصل بين المناطق مع توصيل ثقب (p) وتوصيل إلكتروني (n) في نفس البلورة المفردة.

تقاطع ص ن مباشر

إذا تم توصيل n-semiconductor بالقطب السالب لمصدر الطاقة ، وكان القطب الموجب لمصدر الطاقة متصلاً بأشباه الموصلات p ، ثم تحت تأثير المجال الكهربائي ، فإن الإلكترونات في n-semiconductor و the سوف تتحرك الثقوب الموجودة في أشباه الموصلات p تجاه بعضها البعض إلى واجهة أشباه الموصلات. الإلكترونات ، التي تعبر الحدود ، "تملأ" الثقوب ، ويتم تنفيذ التيار عبر تقاطع pn بواسطة حاملات الشحنة الرئيسية. نتيجة لذلك ، تزداد موصلية العينة بأكملها. مع هذا الاتجاه المباشر (الناتج) للمجال الكهربائي الخارجي ، تنخفض سماكة الطبقة الحاجزة ومقاومتها.

في هذا الاتجاه ، يمر التيار عبر حدود أشباه الموصلات.

تقاطع عكسي pn

إذا كان n-semiconductor متصلاً بالقطب الموجب لمصدر الطاقة ، وكان p-semiconductor متصلاً بالقطب السالب لمصدر الطاقة ، فإن الإلكترونات في n-semicondor وثقوب في p-semiconductor تحت الإجراء سينتقل المجال الكهربائي من الواجهة في اتجاهات متعاكسة ، ويتم تنفيذ التيار خلال الانتقال p -n بواسطة ناقلات شحن ثانوية. وهذا يؤدي إلى زيادة سماكة الطبقة الحاجزة وزيادة مقاومتها. نتيجة لذلك ، تبين أن موصلية العينة غير مهمة ، والمقاومة كبيرة.

يتم تشكيل ما يسمى بطبقة الحاجز. مع هذا الاتجاه للمجال الخارجي ، لا يمر التيار الكهربائي عمليًا عبر ملامسة أشباه الموصلات p و n.

وبالتالي ، فإن انتقال ثقب الإلكترون له توصيل أحادي الجانب.

يظهر اعتماد التيار على الجهد - الفولت - الخاصية الحالية للتقاطع pn في الشكل (الفولت - السمة الحالية للوصلة المباشرة p-n تظهر بخط صلب ، الفولت - الأمبير تظهر خاصية الوصلة pn العكسي بخط منقط).

أشباه الموصلات:

الصمام الثنائي أشباه الموصلات - لتصحيح التيار المتردد ، يستخدم تقاطع p - n - بمقاومات مختلفة: في الاتجاه الأمامي ، تكون مقاومة تقاطع p - n أقل بكثير مما كانت عليه في الاتجاه العكسي.

المقاومات الضوئية - لتسجيل وقياس تدفقات الضوء الضعيفة. بمساعدتهم ، تحديد جودة الأسطح ، والتحكم في أبعاد المنتجات.

الثرمستورات - لقياس درجة الحرارة عن بعد ، وأجهزة إنذار الحريق.

أشباه الموصلات هي فئة من المواد التي تزداد فيها الموصلية وتقل المقاومة الكهربائية مع زيادة درجة الحرارة. هذه أشباه الموصلات تختلف اختلافًا جوهريًا عن المعادن.

أشباه الموصلات النموذجية هي بلورات من الجرمانيوم والسيليكون ، حيث تتحد الذرات بواسطة رابطة تساهمية. تحتوي أشباه الموصلات على إلكترونات حرة في أي درجة حرارة. يمكن للإلكترونات الحرة تحت تأثير مجال كهربائي خارجي أن تتحرك في البلورة ، مما ينتج عنه تيار توصيل إلكتروني. تؤدي إزالة الإلكترون من الغلاف الخارجي لإحدى ذرات الشبكة البلورية إلى تحويل هذه الذرة إلى أيون موجب. يمكن تحييد هذا الأيون عن طريق التقاط إلكترون من إحدى الذرات المجاورة. علاوة على ذلك ، نتيجة لتحولات الإلكترونات من الذرات إلى الأيونات الموجبة ، تحدث عملية حركة فوضوية في بلورة المكان مع الإلكترون المفقود. خارجيًا ، يُنظر إلى هذه العملية على أنها حركة لشحنة كهربائية موجبة تسمى الفجوة.

عندما يتم وضع بلورة في مجال كهربائي ، تحدث حركة ثقوب منظمة - تيار توصيل ثقب.

في بلورة شبه موصلة مثالية ، يتم إنشاء تيار كهربائي من خلال حركة عدد متساوٍ من الإلكترونات سالبة الشحنة والثقوب الموجبة الشحنة. تسمى الموصلية في أشباه الموصلات المثالية الموصلية الجوهرية.

تعتمد خصائص أشباه الموصلات بشكل كبير على محتوى الشوائب. الشوائب من نوعين - المانح والمقبول.

تسمى الشوائب التي تتبرع بالإلكترونات وتخلق الموصلية الإلكترونية جهات مانحة(الشوائب التي لها تكافؤ أكبر من أشباه الموصلات الرئيسية). تسمى أشباه الموصلات التي يتجاوز فيها تركيز الإلكترونات تركيز الثقوب بأشباه الموصلات من النوع n.

تسمى الشوائب التي تلتقط الإلكترونات وبالتالي تخلق ثقوبًا متحركة دون زيادة عدد إلكترونات التوصيل متقبل(الشوائب التي لها تكافؤ أقل من أشباه الموصلات الرئيسية).

في درجات الحرارة المنخفضة ، تكون الثقوب هي الناقلات الرئيسية الحالية في بلورة أشباه الموصلات مع شوائب متقبل ، والإلكترونات ليست الناقلات الرئيسية. تسمى أشباه الموصلات التي يتجاوز فيها تركيز الثقوب تركيز إلكترونات التوصيل أشباه الموصلات الفتحة أو أشباه الموصلات من النوع p. ضع في اعتبارك ملامسة اثنين من أشباه الموصلات بأنواع مختلفة من الموصلية.

يحدث الانتشار المتبادل لحاملات الغالبية عبر حدود هذه أشباه الموصلات: تنتشر الإلكترونات من أشباه الموصلات n إلى أشباه الموصلات p ، والثقوب من أشباه الموصلات p إلى أشباه الموصلات n. نتيجة لذلك ، سيتم استنفاد جزء من أشباه الموصلات المتاخمة للتلامس في الإلكترونات ، وسوف تتشكل فيه شحنة موجبة زائدة ، بسبب وجود أيونات شائبة عارية. تؤدي حركة الثقوب من أشباه الموصلات p إلى أشباه الموصلات n إلى ظهور شحنة سالبة زائدة في المنطقة الحدودية لأشباه الموصلات p. نتيجة لذلك ، يتم تكوين طبقة كهربائية مزدوجة ، وينشأ مجال كهربائي ملامس ، مما يمنع المزيد من انتشار ناقلات الشحنة الرئيسية. هذه الطبقة تسمى قفل.

يؤثر المجال الكهربائي الخارجي على التوصيل الكهربائي لطبقة الحاجز. إذا كانت أشباه الموصلات متصلة بالمصدر كما هو موضح في الشكل. 55 ، ثم تحت تأثير مجال كهربائي خارجي ، فإن ناقلات الشحنة الرئيسية - الإلكترونات الحرة في أشباه الموصلات n والثقوب في أشباه الموصلات p - ستتحرك باتجاه بعضها البعض إلى واجهة أشباه الموصلات ، في حين أن سمك p-n يتناقص التقاطع ، وبالتالي تقل مقاومته. في هذه الحالة ، تكون القوة الحالية محدودة بالمقاومة الخارجية. يسمى هذا الاتجاه للحقل الكهربائي الخارجي المباشر. يتوافق التوصيل المباشر للوصل p-n مع القسم 1 الخاص بخاصية الجهد الحالي (انظر الشكل 57).

تم تلخيص ناقلات التيار الكهربائي في مختلف الوسائط وخصائص الجهد الحالي في الجدول. واحد.

إذا كانت أشباه الموصلات متصلة بالمصدر كما هو موضح في الشكل. 56 ، ثم ستتحرك الإلكترونات في أشباه الموصلات n والثقوب الموجودة في أشباه الموصلات p تحت تأثير مجال كهربائي خارجي من الحدود في اتجاهين متعاكسين. سماكة الطبقة الحاجزة وبالتالي تزداد مقاومتها. مع هذا الاتجاه للحقل الكهربائي الخارجي - العكس (الحجب) يمر فقط حاملات الشحنة الصغيرة عبر الواجهة ، والتي يكون تركيزها أقل بكثير من التركيز الرئيسي ، والتيار هو صفر عمليًا. يتوافق التضمين العكسي لتقاطع pn مع القسم 2 على خاصية الجهد الحالي (الشكل 57).

وبالتالي ، فإن تقاطع pn له موصلية غير متماثلة. تُستخدم هذه الخاصية في ثنائيات أشباه الموصلات التي تحتوي على تقاطع p-n واحد وتستخدم ، على سبيل المثال ، لتصحيح التيار المتردد أو الكشف.

تستخدم أشباه الموصلات على نطاق واسع في التكنولوجيا الإلكترونية الحديثة.

يستخدم اعتماد المقاومة الكهربائية لمعادن أشباه الموصلات على درجة الحرارة في أجهزة أشباه الموصلات الخاصة - الثرمستورات. تسمى الأجهزة التي تستخدم خاصية بلورات أشباه الموصلات لتغيير مقاومتها الكهربائية عند إضاءتها بالضوء مقاومات الضوء.

التيار الكهربائي في الفراغ

إذا تم وضع قطبين كهربائيين في وعاء مغلق وتم إزالة الهواء من الوعاء ، فلن ينشأ تيار كهربائي في الفراغ - لا توجد ناقلات تيار كهربائي. اكتشف العالم الأمريكي T. A. تسمى ظاهرة انبعاث الإلكترونات الحرة من سطح الأجسام الساخنة بالانبعاث الحراري. العمل الذي يجب القيام به لتحرير إلكترون من سطح الجسم يسمى وظيفة العمل. تفسر ظاهرة الانبعاث الحراري من حقيقة أنه مع زيادة درجة حرارة الجسم ، تزداد الطاقة الحركية لجزء معين من الإلكترونات في المادة. إذا تجاوزت الطاقة الحركية للإلكترون وظيفة العمل ، فيمكنه التغلب على تأثير القوى الجذابة من الأيونات الموجبة وترك سطح الجسم في فراغ. يعتمد تشغيل أنابيب الإلكترون المختلفة على ظاهرة الانبعاث الحراري.

أشباه الموصلات- هذه مادة يمكن أن تختلف فيها المقاومة على نطاق واسع وتنخفض بسرعة كبيرة مع زيادة درجة الحرارة ، مما يعني زيادة التوصيل الكهربائي (1 / R).
- لوحظ في السيليكون والجرمانيوم والسيلينيوم وفي بعض المركبات.

آلية التوصيلأشباه الموصلات

تحتوي بلورات أشباه الموصلات على شبكة بلورية ذرية ، حيث ترتبط الإلكترونات الخارجية بالذرات المجاورة بواسطة روابط تساهمية.

في درجات الحرارة المنخفضة ، لا تحتوي أشباه الموصلات النقية على إلكترونات حرة وتتصرف كعزل كهربائي.

أشباه الموصلات نقية (بدون شوائب)

إذا كان شبه الموصل نقيًا (بدون شوائب) ، فعندئذ يكون ملكالموصلية ، وهي صغيرة.

هناك نوعان من التوصيل الجوهري:

1 إلكتروني(الموصلية "n" - type)

في درجات الحرارة المنخفضة في أشباه الموصلات ، ترتبط جميع الإلكترونات بالنواة وتكون المقاومة كبيرة ؛ مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الطاقة الحركية للجسيمات ، وتنكسر الروابط وتظهر الإلكترونات الحرة - تقل المقاومة.
تتحرك الإلكترونات الحرة عكس متجه شدة المجال الكهربائي.
ترجع الموصلية الإلكترونية لأشباه الموصلات إلى وجود إلكترونات حرة.

2. مثقب(نوع الموصلية "p")

مع زيادة درجة الحرارة ، يتم تدمير الروابط التساهمية بين الذرات ، ويتم تنفيذها بواسطة إلكترونات التكافؤ ، وتشكل الأماكن التي بها إلكترون مفقود - "ثقب".
يمكن أن تتحرك في جميع أنحاء البلورة ، لأن. يمكن استبدال مكانه بإلكترونات التكافؤ. يعادل تحريك "ثقب" تحريك شحنة موجبة.
يتحرك الثقب في اتجاه متجه شدة المجال الكهربائي.

بالإضافة إلى التسخين ، يمكن أن يحدث كسر الروابط التساهمية وظهور الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات بسبب الإضاءة (الموصلية الضوئية) وتأثير المجالات الكهربائية القوية.

الموصلية الكلية لأشباه الموصلات النقية هي مجموع موصلية النوعين "p" و "n"
ويسمى الموصلية ثقب الإلكترون.

أشباه الموصلات في وجود الشوائب

يملكون النجاسة الخاصةالتوصيل
يزيد وجود الشوائب بشكل كبير من الموصلية.
عندما يتغير تركيز الشوائب ، يتغير عدد ناقلات التيار الكهربائي - الإلكترونات والثقوب -.
تكمن القدرة على التحكم في التيار وراء الاستخدام الواسع النطاق لأشباه الموصلات.

يوجد:

1)جهات مانحةالشوائب (إعطاء)

إنهم موردون إضافيون للإلكترونات إلى بلورات أشباه الموصلات ، ويتبرعون بسهولة بالإلكترونات ويزيدون من عدد الإلكترونات الحرة في أشباه الموصلات.
هذه موصلات "ن" - اكتب، بمعنى آخر. أشباه الموصلات ذات الشوائب المانحة ، حيث يكون حامل الشحنة الرئيسي هو الإلكترونات ، والأقلية عبارة عن ثقوب.
مثل هذا أشباه الموصلات لديه شوائب الموصلية الإلكترونية.

على سبيل المثال ، الزرنيخ.

2. متقبلشوائب (مضيف)

إنهم يخلقون "ثقوبًا" بأخذ الإلكترونات إلى أنفسهم.
هذه هي أشباه الموصلات "p" - اكتب ،أولئك. أشباه الموصلات ذات الشوائب المستقبلة ، حيث يكون حامل الشحنة الرئيسي هو الثقوب ، والأقلية هي الإلكترونات.
مثل هذا أشباه الموصلات لديه ثقب الموصلية النجاسة.

على سبيل المثال ، الإنديوم.

الخواص الكهربائية لتقاطع "p-n"

الانتقال "p-n"(أو انتقال ثقب الإلكترون) - منطقة التلامس لاثنين من أشباه الموصلات ، حيث تتغير الموصلية من إلكتروني إلى ثقب (أو العكس).

في بلورة أشباه الموصلات ، يمكن إنشاء مثل هذه المناطق عن طريق إدخال الشوائب. في منطقة التلامس بين اثنين من أشباه الموصلات ذات الموصلات المختلفة ، سيحدث الانتشار المتبادل. تتشكل الإلكترونات والثقوب وطبقة كهربائية معطلة ، ويمنع المجال الكهربائي للطبقة الحاجزة الانتقال الإضافي للإلكترونات والثقوب عبر الحدود. تتميز الطبقة الحاجزة بمقاومة متزايدة مقارنة بالمناطق الأخرى من أشباه الموصلات.

وضع الوصول p-n الانتقال:

مع اتجاه الحجب (العكسي) للمجال الكهربائي الخارجي ، لن يمر التيار الكهربائي عبر منطقة التلامس بين أشباه الموصلات.
لان تتحرك الإلكترونات والثقوب من الحدود في اتجاهين متعاكسين ، ثم تزداد سماكة طبقة الحجب ، وتزداد مقاومتها.

منع وضع الانتقال pn.

أشباه الموصلات هي مواد تقل مقاومتها بعدة مرات عن تلك الموجودة في المواد العازلة ، ولكنها أكثر بكثير من مقاومة المعادن. أشباه الموصلات الأكثر استخدامًا هي السيليكون والجرمانيوم.

السمة الرئيسية لأشباه الموصلات هي اعتماد مقاومتها المحددة على الظروف الخارجية (درجة الحرارة ، الإضاءة ، المجال الكهربائي) وعلى وجود الشوائب. في القرن العشرين ، بدأ العلماء والمهندسون في استخدام ميزة أشباه الموصلات هذه لإنشاء أجهزة معقدة للغاية مع التحكم الآلي ، مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة والأجهزة المنزلية.

زادت سرعة أجهزة الكمبيوتر في حوالي نصف قرن من وجودها ملايين المرات. إذا زادت سرعة السيارات خلال نفس الفترة الزمنية أيضًا بملايين المرات ، فإنها ستندفع اليوم بسرعة تقترب من سرعة الضوء!

إذا رفضت أشباه الموصلات العمل في لحظة واحدة (بعيدًا عن الكمال!) ، فإن شاشات أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون ستنطفئ على الفور ، وتصمت الهواتف المحمولة ، وستفقد الأقمار الصناعية السيطرة عليها. ستتوقف آلاف الصناعات وتتحطم الطائرات والسفن وتحطم ملايين السيارات.

ناقلات الشحنة في أشباه الموصلات

الموصلية الإلكترونية.في أشباه الموصلات ، "تنتمي" إلكترونات التكافؤ إلى ذرتين متجاورتين. على سبيل المثال ، في بلورة السيليكون ، يكون لكل زوج من الذرات المجاورة إلكترونان "مشتركان". يظهر هذا بشكل تخطيطي في الشكل 60.1 (يتم عرض إلكترونات التكافؤ فقط هنا).

الرابطة بين الإلكترونات والذرات في أشباه الموصلات أضعف منها في المواد العازلة. لذلك ، حتى في درجة حرارة الغرفة ، فإن الطاقة الحرارية لبعض إلكترونات التكافؤ كافية لها للانفصال عن زوجها من الذرات ، لتصبح إلكترونات موصلة. لذلك في أشباه الموصلات توجد ناقلات شحنة سالبة.

تسمى موصلية أشباه الموصلات بسبب حركة الإلكترونات الحرة الإلكترونية.

توصيل الحفرة.عندما يصبح إلكترون التكافؤ إلكترونًا موصلاً ، فإنه يفرغ المكان الذي تنشأ فيه شحنة موجبة غير معوضة. هذا المكان يسمى حفرة. الثقب يقابل شحنة موجبة ، تساوي في القيمة المطلقة شحنة الإلكترون.