الموضوع عبارة عن تعبير عن أشباه الموصلات، وأشباه الموصلات مصنوعة من مواد صلبة تنتقل فيها الكهرباء بشدة، وتضاف كميات صغيرة جدًا من العناصر الأخرى للتحكم في توصيلها الكهربائي.
تعتمد الإلكترونيات الحديثة أيضًا على أشباه الموصلات، وغالبًا ما تستخدم في الألواح الشمسية لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.
مقدمة في موضوع أشباه الموصلات
كان اكتشاف أشباه الموصلات ثورة في مجال تصنيع الأجهزة الإلكترونية، وأصبح ضروريًا لأهم أهمية في حياتنا.
جميع الأجهزة التي نستخدمها في حياتنا هي أشباه الموصلات كجزء رئيسي منها، وفي هذه المقالة سنتعرف على بعض المعلومات حول أشباه الموصلات وأنواعها المختلفة واستخداماتها وتاريخها.
راجع أيضًا: ابحث عن أحد الأشياء التي تدخل في صناعة الإلكترونيات
بعض المعلومات عن أشباه الموصلات
- تتميز أشباه الموصلات بقدرة متوسطة على توصيل الكهرباء، فهي بين مواد موصلة للكهرباء ومواد عازلة للكهرباء.
- تختلف الموصلية الكهربائية للمواد عن طريق زيادة درجة حرارتها أو خفضها.
- كما يتأثر بكمية الضوء الذي يسقط عليه، والاختلاف في جهده الكهربائي، وكمية الشوائب فيه.
- يمكن أن يمنحنا إجراء بعض التغييرات الصغيرة على هذه العوامل أنواعًا جيدة.
- موصلات الكهرباء أو الموصلات التي لا توصل الكهرباء.
- كما أنه يتميز بالكفاءة العالية عند استخدامه في مجالات الطاقة المختلفة، فضلاً عن انخفاض سعره.
- يستخدم على نطاق واسع في صناعة الأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستورات.
- يمكن صنع أشباه الموصلات من مادة مثل الجرمانيوم أو السيليكون.
- أو يمكن أن يكون مركبًا مكونًا من مكونين أو أكثر، مثل سيلينيد الكادميوم.
- تتميز أشباه الموصلات بموصلية بطيئة للتيار الكهربائي، لذلك يضيف العلماء بعض الشوائب لتفعيل توصيلها للتيار الكهربائي.
- تعتبر أشباه الموصلات من أهم القطاعات التكنولوجية في العالم، وتشارك في كل مجال من مجالات الاقتصاد تقريبًا.
- لقد أثر بشكل كبير على الاقتصاد العالمي في الخمسين سنة الماضية
- يمكن رؤية هذا التأثير أمامنا بأعداد كبيرة جدًا، وهو أمر غريب، كما توضحه مؤسسة (Simsmeter).
- في صناعات أشباه الموصلات، يعود أكثر من 25٪ من اقتصاد الولايات المتحدة إلى صناعة أشباه الموصلات.
- وكان ذلك في الفترة ما بين 1960 و 2007 حيث قدر دخلها السنوي بنحو 300 مليار دولار أمريكي.
- أحد أهم أسباب أهمية أشباه الموصلات هو الاستخدام المتزايد للهواتف الذكية من قبل الناس.
- التي تدخل بشكل أساسي أشباه الموصلات في إنتاجها مما يزيد من أهميتها.
- مع تطور استخدام الهواتف التي توفر خدمات الشبكات الاجتماعية والإنترنت، أصبح الناس لا غنى عنهم في يومهم.
تاريخ أشباه الموصلات
- تم استخدام أشباه الموصلات لأول مرة في عام 1782، واستخدمها أليساندرو فولتا لأول مرة.
- ثم، في عام 1833، لاحظ فاراداي انخفاض المقاومة الكهربائية لكبريتيد الفضة مع درجة الحرارة.
- في عام 1874، اكتشف كارل براون تأثير الصمام الثنائي شبه الموصّل.
- لقد لاحظ أنه عندما تلامس بلورة galena في نقطة ما، كان التيار يتدفق بحرية في اتجاه واحد فقط.
- ثم تم اختراع أول جهاز أشباه الموصلات لاستخدامه في الكشف عن موجات الراديو.
- بواسطة Jadgadis Chandra Bose في عام 1901 وحصل على براءة اختراع لهذا الاكتشاف.
- اخترع الترانزستور في عام 1947 من قبل والتر براتين وجون باردين وويليام شوكلي.
- وهي عبارة عن جهاز مصنوع من مواد شبه موصلة، ثم فحصها محمد عطالله.
- Bell Laboratories هي شركة أشباه موصلات مصنوعة من السيليكون.
- كان ذلك في الخمسينيات من القرن العشرين، واقترح صنع جهاز أشباه الموصلات بطريقة جديدة.
- تغطية رقاقة سيليكون بأكسيد السيليكون حتى يتم تكوين طبقة عازلة تسمح للكهرباء بالمرور عبر مادة السيليكون الموصلة.
أنواع أشباه الموصلات
هناك نوعان من أشباه الموصلات يختلفان حسب نوع النجاسة المضافة إليها:
- أشباه الموصلات السالبة، وتتميز بأنها ذات موصلية أعلى، لأنها تحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات الحرة، وهذا يعني أن نوع النجاسة من النوع السريع.
- تتميز أشباه الموصلات الموجبة بتوصيلها المنخفض، لأن مادة الشوائب المضافة إليها بطيئة، وبالتالي يتناقص عدد الإلكترونات الحرة فيها.
انظر أيضا: معلومات عن الهندسة الكهربائية
تأثير الشوائب على التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات
- تتميز أشباه الموصلات ببنيتها البلورية، والتي من خلالها تنتقل الكهرباء بقوة، وفي طبقتها الخارجية يوجد 4 إلكترونات تكافؤ.
- بدأ العلماء بتفعيل أشباه الموصلات لتحسين توصيلها للتيار الكهربائي، وذلك بإضافة 2٪ من الشوائب بخمسة إلكترونات تكافؤ مثل الزرنيخ.
- كمية الزرنيخ المضافة صغيرة بما يكفي لتغيير هيكل أشباه الموصلات، 4 من إلكترونات تكافؤ الزرنيخ تتصرف مثل إلكترونات التكافؤ النقية لأشباه الموصلات.
- لكن الإلكترون الخامس لا يتوافق مع التركيب البلوري لأشباه الموصلات.
- على الرغم من أنها لا تزال قريبة من ذرة الزرنيخ، إلا أنها تظل متحركة وغير مستقرة.
- لذلك، عندما يمر تيار كهربائي، يتحرك الإلكترون الخامس، مما يزيد من التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات.
- لتقليل التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات، تتم إضافة ذرة ألومنيوم ثلاثية التكافؤ إلى هيكل أشباه الموصلات.
- يتطابق الهيكل البلوري للسيليكون مع هيكل الألمنيوم، لكن الإلكترون المفقود يشبه الثقب.
- يعمل كمكبح أو مخدر لمرور الكهرباء، وهو مهم جدا في صناعة الثنائيات.
- هاتان العمليتان المتعاكستان أساسيتان لتصنيع الثنائيات.
استخدام أشباه الموصلات
تُستخدم أشباه الموصلات في العديد من التطبيقات، وخاصة الأجهزة الحديثة، فهي موجودة تقريبًا في كل مكان حولنا.
لا يوجد في المنزل جهاز كهربائي لا يحتوي على مجموعة من أشباه الموصلات.
مثل المكيفات والغسالات والثلاجات والتلفزيونات وكذلك مصابيح ال اي دي. تستخدم أشباه الموصلات أيضًا في ما يلي:
- تستخدم في المبردات والمولدات.
- يتم استخدامه لصنع العديد من الأجهزة الإلكترونية الحديثة مثل أجهزة الراديو والهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر.
- وتشارك بشكل رئيسي في تصنيع الترانزستور، وهو أحد قواعد تصنيع رقائق الذاكرة ووحدات المعالجة المركزية.
- كما يتميز الترانزستور بصغر حجمه، مما يسمح بوضع عدد كبير منه في مساحة صغيرة.
- يمكن تغيير موصلية أشباه الموصلات بسهولة، مما يزيد من استخدامها في تصنيع العديد من الأجهزة.
- التي لها خصائص وقدرات كهربائية معينة تساعد في التحكم في الإشارات الكهربائية.
- تستخدم أشباه الموصلات أيضًا في صنع مكبرات الصوت والسيارات.
- تستخدم أشباه الموصلات في تكنولوجيا الطاقة الشمسية وفي تصنيع آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
- كما أنها تشارك في إنتاج المصابيح المستخدمة في الشاشات، وهي بديل للعديد من تقنيات الإضاءة المستخدمة اليوم.
- تصميم الدوائر الرقمية والبوابات المنطقية.
- يتم استخدامه في الدوائر التناظرية مثل مضخمات التشغيل والمذبذبات.
- تستخدم أشباه الموصلات في كل من المعالجات الدقيقة والميكروكونترولر.
انظر أيضًا: معلومات حول أشباه الموصلات وأنواعها
مقالتنا تدور حول أشباه الموصلات وأنواعها واستخداماتها المختلفة، ونعرف أهميتها الكبيرة بسبب قدرتها على التحكم في توصيلها الكهربائي، وهذا الجزء حيث يمكن عمل العديد من الأشياء بأجهزة إلكترونية مختلفة بخصائص مختلفة.
نأمل أن يكون المقال قد نال تقديرك وأن نكون قدمنا من خلاله معلومات كافية عن أشباه الموصلات واستخداماتها في مختلف المجالات.