نیمه رسانای نوع n و p (+ فیلم) - افزودن ناخالصی به نیمه هادی ها

در این مقاله در خصوص نیمه رساناها، انواع مختلف آن و مفهوم ناخالصی صحبت خواهیم کرد.

دسته بندی مواد از نظر رسانایی

1: مواد رسانا

موادی که دارای تعداد زیادی الکترون آزاد (دریایی از الکترون آزاد) هستند. مانند فلزات

2: مواد نیمه رسانا

موادی که الکترون های آزاد محدودی دارند و رسانش مطلوبی ندارند. رسانش این مواد را به روش هایی مانند افزودن ناخالصی افزایش میدهند. موادی مانند آی سی ها، ترانزیستورها و دیودها جزء مواد نیمه رسانا دسته بندی می شوند.

3: مواد نارسانا یا عایق

موادی که از الکترون آزاد برخوردار نیستند یا مقدار آن ها قابل صرف نظر است. مانند مواد پلاستیکی

در این مقاله (که به تفصیل در ویدیوی بالا به آن پرداخته شده) ما به بحث پیرامون مواد نیمه رسانا و نحو افزایش رسانش آن ها صحبت کرده ایم.

چند نمونه بسیار پر کاربرد از عناصر نیمه رسانای جدول تناوبی عناصر عبارتند از:

سیلیکون (Si)

ژرمانیوم (Ge)

آرسنیک (As)

در این آموزش در مورد ساختار کریستالی سیلیکون صحبت کرده و طرز ساخت نیمه رسانای نوع n و p را با استفاده از این عنصر توضیح خواهیم داد.

ساختار کریستالی سیلیکون و نحوه افزودن ناخالصی به آن برای افزایش رسانایی

در تصویر زیر ساختار کریستالی سیلیکون نمایش داده شده است که در آن اتم های سیلیکون از طریق پیوندهای کووالانسی به هم متصل شده اند (خطوط افقی و عمودی در شکل زیر نماد این پیوندها هستند).

در اطراف هر اتم سیلیکون 4 الکترون آزاد وجود دارد که در دمای عادی تعداد این الکترون ها با تعداد حفره ها برابر است که به معنی رسانش ضعیف این عنصر است.

برای افزایش رسانایی این ماده ما از روش افزودن ناخالصی استفاده میکنیم. در این روش (به لحاظ تئوری) به جای یکی از اتم های سیلیکون موجود در ساختار کریستالی، از یکی از اتم ها گروه های بالاتر (در جدول تناوبی عناصر) یا از یک اتم از گروه های پایین تر جدول استفاده می شود.

به لحاظ تئوری افزودن ناخالصی به این صورت است که ما دمای ماده را افزایش داده و یکی از اتم های سیلیکون (که در گروه چهارم از جدول تناوبی قرار دارد) را جدا کرده و مثلاً به جای آن اتم بور (B) که از گروه پایین تر است (در گروه سوم) به آن اضافه می کنیم که در این صورت ما شاهد ایجاد حفره اضافی خواهیم بود که موجب ایجاد نیمه رسانای نوع p می گردد. (چون افزودن عنصر از گروه پایین تر باعث میشود که تعداد الکترون های ساختار کریستالی در مجموع از تعداد پروتون های آن کمتر شود.)

و اگر به جای بور از اتم فسفر (در گروه پنجم) اضافه کنیم شاهد ایجاد یک الکترون اضافی خواهیم بود که باعث تولید نیمه رسانای نوع n خواهیم شد.

حامل های جریان (حامل های بار)

1: الکترون ها

2: حفره ها

از نظر عملی هرگاه دستوری به یک دستگاه (مثلا با فشار دادن یک دکمه) می دهیم، اگر به سرعت توانستیم خروجی و عملکرد مورد نظر را در سیستم ببینیم، به این معنی است که حامل جریان از نوع الکترون بوده است (سرعت انتقال الکترون از حفره بیشتر است).

ولی اگر بعد از دستور، اندک زمانی طول کشید تا خروجی مشاهده شود پس در این صورت حامل جریان از نوع p است.

علت نامگذاری و دسته بندی نیمه رساناها به دو نوع n و p چیست؟

همانطور که تاکنون از مطالب فوق دریافته اید، در نیمه رسانای نوع n (negative یا منفی) الکترون ها حامل جریانند. هسته اتم داری بار مثبت است و الکترون دارای بار منفی و وقتی که ناخالصی از گروه بالاتر (عنصری با تعداد الکترون های بیشتر) به ماده افزوده شود، تعداد الکترون های آن ساختار کریستالی افزایش پیدا می کند و ما شاهد یک نیمه رسانای منفی خواهیم بود.

و وقتی که نمیه رسانا، نوع p (positive یا مثبت) باشد چون تعداد الکترون های ساختار کریستالی کم می شود (چون ناخالصی از گروه پایین تر و با تعداد الکترون های کمتر به ماده اضافه شده است و این عمل باعث ایجاد یک فضای خالی در ساختار کریستالی ماده می گردد)، ما شاهد رسانشی با بار مثبت خواهیم بود.

در ادامه بخوانید:

آموزش نصب سنسور چشمی (حرکتی) برای فعال سازی زنگ اخبار یا ملودی ( + ویدیو)

آموزش مفاهیم پایه برق به زبان ساده(+ فیلم) – به همراه تصاویر و توضیحات

نصب فتوسل سه سیمه (+ فیلم) - نحوه عملکرد + نقشه مدار