ثغرة إلكترونية: الفرق بين النسختين
| [نسخة منشورة] | [نسخة منشورة] |
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
لا ملخص تعديل وسمان: تحرير من المحمول تعديل ويب محمول |
ط بوت: إصلاح التحويلات |
||
سطر 1:
'''ثغرة إلكترونية''' في [[فيزياء|الفيزياء]] وعلى الأخص [[شبه موصل|أشباه الموصلات]] هي ثغرة تخيلية موجبة الشحنة، وتشترك مع الإلكترونات في نقل [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] وهي توجد في المواد شبه الموصلة ويساعد على إنشائها [[إشابة|تشويب]] المادة شبه الموصلة مثل [[جرمانيوم|الجرمانيوم]] بشوائب من مادة أخرى، وتصل تركيزها في شبه الموصل إلى نحو 1 :1.000.000.
<ref>Rudolf Müller: ''Grundlagen der Halbleiter-Elektronik.'' 5. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 1987. ISBN 3-540-18041-9, S. 25 und 30.</ref>.
سطر 7:
[[ملف:Elektron-Loch-Paar im Halbleiterkristall.svg|thumb|إلى اليسار: تولد زوج الإلكترون والثغرة، وحركة أحد الإلكترونات وعودة ارتباطه بثغرة في بلورة السيليكون.وإلى اليمين : نطاق ارتباط الإلكترون في الذرة (كمومي) وأعلاه نطاق تحرر الإلكترون (نطاق التوصيل) عند اكتسابه حرارة.]]
تنشأ الثغرة الإلكترونية عند إثارة أحد الذرات في البناء البلوري لمادة مثل [[سيليكون (توضيح)|السيليكون]]. ففي البلورة الأحادية لعنصر شبه موصل مثل [[سيليكون (توضيح)|السيليكون]] و[[جرمانيوم|الجرمانيوم]] أو لمركب شبه موصل نقي مثل أرسينيد الجاليوم وغيرها تكون إلكترونات التكافؤ جمعها مشتركة في الربط بين الذرات عند [[درجة حرارة]] الصفر المطلق. أي تكون جميع إلكترونات التكافؤ مرتبطة بالذرات مباشرة ويكون نطاق التوصيل (نطاق التوصيل في الذرة) خاليا من الإلكترونات. لذلك فلا يكون هناك إمكانية لتكون الثغرة الإلكترونية.
ولكي تتكون الثغرة الإلكترونية فلا بد من إثارة الذرة عن طريق رفع درجة حرارتها مثلا وتسمى هذه إثارة حرارية، أو عن طريق امتصاص الذرة لأحد الفوتونات. فعندئذ يرتفع أحد إلكترونات الذرة من نطاق الأرتباط إلى نطاق التوصيل، ويخلف وراءه ذرة ناقصة إلكترون (ثغرة إلكترونية موجبة الشحنة)، ويسمي الفزيائيون تلك التشكيلة زوج الإلكترون والثغرة.
سطر 13:
==تأثير مجال كهربائي==
عندما يوضع شبه الموصل تحت [[جهد كهربائي]] تشترك كل من الإلكترونات (وهي سالبة الشحنة) والثغرات (وهي موجبة الشحنة) في نقل [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]].
وبينما تتحرك الإلكترونات المتحررة بحرية فلا تستطيع الثغرات الموجبة التحرك بسبب ثباتها في موقعها في البلورة. وإنما يمكن تخيل حركتها من كون الإلكترونات تقفز بين ثغرة وثغرة، فتبدو كما لو كانت الثغرات الموجبة تتحرك في عكس اتجاه حركة الإلكترونات.
وتوجد طريقة أخرى لنشأة الثغرات الإلكترونية في شبه الموصل وذلك عن طريق [[
في نطاقات فارغة من الإكترونات. وهي تتسم بأن الطاقة الازمة لتحرير أحد الإلكترونات في شبه الموصل المشوب تكون أقل عن الطاقة اللازمة لتحرير [[إلكترون]] في شبه الموصل النقي.
وهذا هو السبب في أن التوصيل الكهربائي يتم عند درجات حرارة منخفضة في أشبا الموصلات المشوبة. وبحسب عدد إلكترونات التكافؤ في العنصر المشوب الغريب عن البلورة يمكن تولد عدد من الثغرات الإلكترونية في شبه الموصل المشوب.
وفي تقنية أشباه الموصلات تستخدم عناصر مشوبة مثل [[فسفور|الفسفور]] أو [[بورون|البورون]] B لتشويب السيليكون Si. وهي تشوب [[سيليكون (توضيح)|السيليكون]]، بغرض زيادة قابليته على التوصيل الكهربائي بالمقارنه بمعامل توصيله للكهرباء في حالته النقية.
[[ملف:Störstellen im Halbleiterkristall (Akzeptor).svg|miniatur|Bei p-Dotierung ersetzt ein Atom mit einem Valenzelektron weniger ([[Akzeptor (Festkörperphysik)|Akzeptor]]) ein Gitteratom, so dass die Fehlstelle wie ein positiver Ladungsträger wirkt]]
ويبين الشكل أعلاه بلورة [[شبه موصل|شبه الموصل]] Si [[سيليكون (توضيح)|السيليكون]] مشوب بذرتي بور B تنتج تشويب من نوع p-Dotierung، حيث تحتوي كل ذرة مشوبة B على 1 إلكترون أقل عن جيرانها Si، مكونة ثغرة إلكترونية (ممثلة بدائرة بيضاء صغيرة).
أما الشكل على اليمين فهو يوضح حزمة إلكترونات التكافوء في الذرة (أصفر) ويبلغ فيه طاقة الإلكترون Ev. وتقع حزمة التوصيل (الإلكتروني) (أزرق) فوق حزمة إلكترونات التكافؤ ، وتنفصل عنه بطاقة كمومية مقدارها Ec - Ev . تسمى Ec - Ev " ثغرة الحزم " ، ولا بد أن يكتسب الإلكترون تلك الطاقة (وتسمي طاقة التحرير = وهي تعادل الطاقة اللازمة للإلكترون لكي يقفز من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل .) يكتسب الإلكترون تلك الطاقة من الخارج ، إما بالإثارة الحرارية أو بامتصاص [[فوتون]] فيصبح حرا طليق الحركة ، أي غير مرتبط بالذرة.
==اقرأ أيضا==
* [[تصنيع نبائط أشباه الموصلات|تصنيع أجهزة أشباه الموصلات]]
* [[غرفة نظيفة]]
* [[مكشاف شبه الموصلات|عداد شبه الموصلات]]
* ثغرة إلكترونية
* [[بكسل]]
| |||