Materials - Introduction مقدمة عن المعادن او المواد

 Materials - Introduction مقدمة عن المعادن او المواد

كل مادة في الطبيعة لها خصائص معينة. تحدد هذه الخصائص سلوك المواد. علم المواد هو فرع من الإلكترونيات يتعامل مع دراسة تدفق الإلكترونات في المواد أو الفراغات المختلفة ، عندما تخضع لظروف مختلفة.

بسبب اختلاط الذرات في المواد الصلبة ، بدلاً من مستويات الطاقة الفردية ، ستكون هناك مجموعات من مستويات الطاقة المتكونة. هذه المجموعة من مستويات الطاقة ، المعبأة بشكل وثيق تسمى نطاقات الطاقة .

أنواع المواد

يسمى نطاق الطاقة الذي توجد فيه إلكترونات التكافؤ نطاق التكافؤ ، بينما يسمى النطاق الذي توجد فيه إلكترونات التوصيل شريط التوصيل . تسمى فجوة الطاقة بين هذين النطاقين باسم فجوة الطاقة المحرمة .

إلكترونيًا ، يتم تصنيف المواد على نطاق واسع كعوازل وأشباه موصلات وموصلات.

• العوازل - العوازل هي تلك المواد التي لا يمكن أن يحدث فيها التوصيل ، بسبب الفجوة الكبيرة الممنوعة. أمثلة: الخشب والمطاط.

• أشباه الموصلات - أشباه الموصلات هي مواد تكون فيها فجوة الطاقة المحرمة صغيرة ويحدث التوصيل إذا تم تطبيق بعض الطاقة الخارجية. أمثلة: السيليكون ، الجرمانيوم.

• الموصلات - الموصلات هي تلك المواد التي تختفي فيها فجوة الطاقة المحظورة حيث يصبح شريط التكافؤ وشريط التوصيل قريبين جدًا من تداخلهما. أمثلة: النحاس والألومنيوم.

من بين الثلاثة ، يتم استخدام العوازل حيث تكون المقاومة للكهرباء مطلوبة ويتم استخدام الموصلات حيث يجب أن يكون التوصيل مرتفعًا. أشباه الموصلات هي التي تثير اهتمامًا محددًا بكيفية استخدامها.

أشباه الموصلات

A أشباه الموصلات هو عبارة عن مادة التي تقع بين الموصلات والعوازل المقاومة. إن خاصية المقاومة ليست هي الوحيدة التي تقرر أن مادة ما كأشباه موصلات ، ولكن لها خصائص قليلة على النحو التالي.

• تتمتع أشباه الموصلات بمقاومة أقل من العوازل وأكثر من الموصلات.

• أشباه الموصلات لها درجة حرارة سالبة ذات كفاءة مشتركة. تزداد المقاومة في أشباه الموصلات مع انخفاض درجة الحرارة والعكس صحيح.

• تتغير الخصائص الموصلة لأشباه الموصلات ، عند إضافة شوائب معدنية مناسبة إليها ، وهي خاصية مهمة للغاية.

تستخدم أجهزة أشباه الموصلات على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات. استبدل الترانزستور الأنابيب المفرغة الضخمة ، والتي انخفض منها حجم وتكلفة الأجهزة واستمرت هذه الثورة في زيادة وتيرتها مما أدى إلى اختراعات جديدة مثل الإلكترونيات المتكاملة. يمكن تصنيف أشباه الموصلات كما هو موضح أدناه.

يقال إن أشباه الموصلات في شكلها النقي للغاية هي أشباه موصلات جوهرية . لكن قدرة التوصيل لهذا الشكل النقي منخفضة للغاية. من أجل زيادة قدرة التوصيل لأشباه الموصلات الجوهرية ، من الأفضل إضافة بعض الشوائب. تسمى عملية إضافة الشوائب هذه باسم Doping . الآن ، يُطلق على أشباه الموصلات الجوهرية المخدرة اسم أشباه الموصلات الخارجية .

الشوائب المضافة، وعادة ما تكون الخماسي و الثلاثي الشوائب. اعتمادًا على هذه الأنواع من الشوائب ، يتم إجراء تصنيف آخر. عندما الخماسي التكافؤ وأضاف النجاسة لأشباه الموصلات النقية، ويسمى باسم N-نوع خارجي أشباه الموصلات . كذلك ، عند إضافة شوائب ثلاثية التكافؤ إلى شبه موصل نقي ، يطلق عليه اسم P-type extrinsic Semiconductor .

السندات الإذنية تقاطع

عندما يتحرك الإلكترون من مكانه ، يُقال إن هناك ثقبًا يتشكل. إذن ، الثقب هو غياب الإلكترون. إذا قيل أن الإلكترون قد تم نقله من سالب إلى طرف موجب ، فهذا يعني أنه يتم نقل ثقب من الطرف الموجب إلى السالب.

المواد المذكورة أعلاه هي أساسيات تكنولوجيا أشباه الموصلات. و N-نوع المواد التي شكلتها مضيفا الشوائب الخماسي التكافؤ لها الالكترونات كما ناقلات أغلبيته والثقوب كحاملات أقلية. بينما ، فإن المادة من النوع P التي تشكلت عن طريق إضافة شوائب ثلاثية التكافؤ بها ثقوب مثل ناقلات الأغلبية والإلكترونات كحاملات أقلية.

دعونا نحاول فهم ما يحدث عندما يتم ضم مواد P و N معًا.

إذا تم تقريب مادة من النوع P ومادة من النوع N من بعضهما البعض ، فإن كلاهما ينضم لتشكيل تقاطع ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

A المواد P من نوع لديه ثقوب مثل ناقلات الأغلبية والمواد N-نوع ديها الإلكترونات مثل حاملات الأغلبية . عندما تجتذب الشحنات المعاكسة ، تميل بعض الثقوب في النوع P إلى الاتجاه إلى الجانب n ، بينما تميل القليل من الإلكترونات في النوع N إلى الانتقال إلى الجانب P.

عندما يسافر كلاهما نحو التقاطع ، تتحد الثقوب والإلكترونات مع بعضها البعض لتحييد وتشكيل الأيونات. الآن ، في هذا التقاطع ، توجد منطقة تتشكل فيها الأيونات الموجبة والسالبة ، تسمى تقاطع PN أو حاجز التوصيل كما هو موضح في الشكل.

يؤدي تكوين الأيونات السالبة على الجانب P والأيونات الموجبة على الجانب N إلى تكوين منطقة مشحونة ضيقة على جانبي تقاطع PN. هذه المنطقة خالية الآن من ناقلات الشحن المنقولة. الأيونات الموجودة هنا ثابتة وتحافظ على مسافة بينها دون أي حاملات شحن.

نظرًا لأن هذه المنطقة تعمل كحاجز بين المواد من النوع P و N ، يُطلق عليها أيضًا اسم تقاطع الحاجز . هذا له اسم آخر يسمى منطقة النضوب مما يعني أنه يستنفد كلا المنطقتين. يحدث فرق جهد V D بسبب تكوين الأيونات عبر التقاطع المسمى بالحاجز المحتمل لأنه يمنع مزيدًا من حركة الثقوب والإلكترونات عبر التقاطع. هذا التكوين يسمى ديود .

انحياز الصمام الثنائي

عندما يتم توصيل الصمام الثنائي أو أي مكونين طرفيين في دائرة ، يكون له شرطان متحيزان مع الإمداد المحدد. إنها حالة منحازة للأمام وحالة منحازة عكسية .

شرط منحاز إلى الأمام

عند توصيل الصمام الثنائي في الدائرة، مع القطب الموجب إلى الإيجابية محطة و القطب السالب إلى القطب السالب محطة من العرض، ثم يقال هذا الصدد إلى أن تنحاز إلى الأمام حالة.

هذا النوع من الاتصال يجعل الدائرة أكثر تحيزًا للأمام ويساعد في المزيد من التوصيل. يعمل الصمام الثنائي بشكل جيد في حالة منحازة للأمام.

شرط منحاز عكسي

عند توصيل الصمام الثنائي في الدائرة، مع القطب الموجب إلى السالب محطة و القطب السالب إلى الإيجابية محطة من العرض، ثم يقال هذا الصدد أن يكون عكس منحازة حالة.

هذا النوع من الاتصال يجعل الدائرة أكثر انحيازًا عكسيًا ويساعد في تقليل ومنع التوصيل. لا يمكن أن يعمل الصمام الثنائي في حالة منحازة عكسية.

باستخدام المعلومات الواردة أعلاه ، لدينا الآن فكرة جيدة عن ماهية تقاطع PN. بهذه المعرفة ، دعونا ننتقل ونتعرف على الترانزستورات في الفصل التالي.