الموضوع – التعبير أشباه الموصلات تتكون أشباه الموصلات من مواد صلبة يصعب للغاية مرور التيار الكهربائي من خلالها وتضاف كميات صغيرة جدًا من العناصر الأخرى للتحكم في توصيلها الكهربائي.
تعتمد الإلكترونيات الحديثة أيضًا على أشباه الموصلات، وهي تُستخدم دائمًا في الخلايا الشمسية لتحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء.
خطاب حول موضوع مقدمة لأشباه الموصلات
يعد اكتشاف أشباه الموصلات ثورة في مجال تصنيع الأجهزة الإلكترونية، وأصبح لا غنى عنه لما لها من أهمية قصوى في حياتنا.
جميع الأجهزة التي نستخدمها في حياتنا هي أشباه موصلات وفي هذه المقالة سوف نتعلم بعض المعلومات حول أشباه الموصلات وأنواعها المختلفة واستخداماتها وتاريخها.
راجع أيضًا: البحث عن أحد الموضوعات التي تشكل جزءًا من الصناعة الإلكترونية
بعض المعلومات عن أشباه الموصلات
- تتميز أشباه الموصلات بقدرة متوسطة على توصيل الكهرباء، فهي بين مواد موصلة للكهرباء ومواد تعزل الكهرباء.
- تتغير الموصلية الكهربائية للمواد عندما ترتفع درجة حرارتها أو تنقص.
- كما يتأثر بكمية الضوء الساقط عليه، والاختلاف في الجهد الكهربائي عبره، وكمية الشوائب فيه.
- يمكن أن يمنحنا إجراء تغييرات صغيرة على هذه العوامل أنواعًا رائعة.
- موصلات التيار الكهربائي أو الموصلات التي لا تجري تيارًا كهربائيًا.
- كما أن لها كفاءة عالية عند استخدامها في مختلف مجالات الطاقة، فضلاً عن سعرها المنخفض.
- يستخدم على نطاق واسع في إنتاج الأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستورات.
- يمكن صنع أشباه الموصلات من مادة واحدة مثل الجرمانيوم أو السيليكون.
- أو قد يكون مركبًا يتكون من مادتين أو أكثر، مثل سيلينيد الكادميوم.
- أشباه الموصلات هي موصلات بطيئة للكهرباء، لذلك يضيف العلماء بعض الشوائب لجعلها أكثر موصلة للكهرباء.
- تعتبر أشباه الموصلات من أهم قطاعات التكنولوجيا في العالم، وتشارك في جميع قطاعات الاقتصاد تقريبًا.
- كان لهذا تأثير عميق على الاقتصاد العالمي على مدى السنوات الخمسين الماضية
- يظهر هذا التأثير أمامنا من خلال أعداد كبيرة جدًا، وهو أمر مذهل، كما توضحه مؤسسة (Simsmeter).
- في صناعة أشباه الموصلات، تمثل صناعة أشباه الموصلات أكثر من 25٪ من اقتصاد الولايات المتحدة.
- وذلك بين عامي 1960 و 2007 حيث يقدر دخلها السنوي بـ300 مليار دولار أمريكي.
- أحد أهم أسباب أهمية أشباه الموصلات هو الاستخدام المتزايد للهواتف الذكية من قبل الناس.
- والتي تدخل بشكل رئيسي في أشباه الموصلات أثناء إنتاجها مما زاد من قيمتها.
- مع الاستخدام المتزايد للهواتف التي توفر الشبكات الاجتماعية وخدمات الإنترنت، أصبح الناس لا غنى عنهم في وقتهم.
تاريخ أشباه الموصلات
- تم استخدام أشباه الموصلات لأول مرة في عام 1782 واستخدمها أليساندرو فولتا لأول مرة.
- ثم، في عام 1833، لاحظ فاراداي انخفاضًا في المقاومة الكهربائية لكبريتيد الفضة مع درجة الحرارة.
- في عام 1874، اكتشف كارل براون تأثير الصمام الثنائي لأشباه الموصلات.
- لاحظ أنه عندما تتلامس بلورة galena مع نقطة معينة، فإن التيار يتدفق بحرية في اتجاه واحد فقط.
- ثم اخترع أول جهاز شبه موصل يستخدم للكشف عن موجات الراديو.
- Jadgadis Chandra Bose في عام 1901 وحصل على براءة اختراع لهذا الاكتشاف.
- ثم اخترع الترانزستور في عام 1947 من قبل والتر براتين وجون باردين وويليام شوكلي.
- هذا الجهاز، المصنوع من مواد شبه موصلة، أجرى أبحاثه على يد محمد عطالله.
- مختبرات بيل هي ملكية خاصة لأشباه الموصلات من السيليكون.
- كان ذلك في الخمسينيات من القرن العشرين، واقترح إنتاج جهاز أشباه الموصلات بطريقة جديدة.
- طلاء رقاقة سيليكون بأكسيد السيليكون لتشكيل طبقة عازلة تسمح للكهرباء بالمرور عبر مادة السيليكون الموصلة كهربائياً.
أنواع أشباه الموصلات
هناك نوعان من أشباه الموصلات يختلفان حسب نوع الشوائب المضافة إليها:
- أشباه الموصلات السالبة، والتي تتميز بموصلية أعلى، لاحتوائها على إلكترونات أكثر حرية، مما يعني أن نوع الشوائب فيها هو النوع السريع.
- تتميز أشباه الموصلات الموجبة بموصلية أقل، لأن الشوائب المضافة إليها بطيئة، وبالتالي يتناقص عدد الإلكترونات الحرة فيها.
انظر أيضا: معلومات عن الهندسة الكهربائية
تأثير الشوائب على التوصيل الكهربائي في أشباه الموصلات
- تختلف أشباه الموصلات في تركيبها البلوري، حيث ينتقل التيار الكهربائي بشكل ضعيف، وفي طبقتها الخارجية توجد 4 إلكترونات تكافؤ.
- يبدأ العلماء بتنشيط أشباه الموصلات لتحسين توصيلها الكهربائي عن طريق إضافة 2٪ شوائب بخمسة إلكترونات تكافؤ، مثل الزرنيخ.
- كمية الزرنيخ المضافة صغيرة بما يكفي لتغيير هيكل أشباه الموصلات، تتصرف إلكترونات التكافؤ الأربعة للزرنيخ بنفس سلوك إلكترونات التكافؤ النقية لأشباه الموصلات.
- لكن الإلكترون الخامس غير متوافق مع التركيب البلوري لأشباه الموصلات.
- على الرغم من أنها لا تزال قريبة من ذرة الزرنيخ، إلا أنها تظل متحركة وغير مستقرة.
- وهكذا، عندما يمر تيار كهربائي، يتحرك الإلكترون الخامس، مما يزيد من موصلية أشباه الموصلات للتيار الكهربائي.
- لتقليل التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات، تتم إضافة ذرة من الألومنيوم ثلاثي التكافؤ إلى هيكل أشباه الموصلات.
- يتطابق الهيكل البلوري للسيليكون مع هيكل الألومنيوم، لكن الإلكترون المفقود يشكل شيئًا مثل الثقب.
- يعمل كمكبح أو مخدر لمرور التيار الكهربائي وله أهمية كبيرة في صناعة الثنائيات.
- هاتان العمليتان المتعاكستان أساسيتان لتصنيع الثنائيات.
استخدام أشباه الموصلات
تُستخدم أشباه الموصلات في العديد من التطبيقات، خاصة في الأجهزة الحديثة، فهي موجودة تقريبًا في كل مكان حولنا.
لا يوجد جهاز كهربائي في المنزل لا يحتوي على مجموعة من أشباه الموصلات بالداخل.
مثل مكيفات الهواء والغسالات والثلاجات والتلفزيونات ومصابيح LED كما تستخدم أشباه الموصلات في ما يلي:
- تستخدم في المبردات والمولدات.
- يتم استخدامه في إنتاج العديد من الأجهزة الإلكترونية الحديثة مثل أجهزة الراديو والهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر.
- وتشارك بشكل رئيسي في إنتاج الترانزستورات، والتي تعد أحد الأسس في إنتاج رقائق الذاكرة ووحدات المعالجة المركزية.
- كما يتميز الترانزستور بصغر حجمه مما يسمح بوضع عدد كبير جدًا 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 صناعة مكبرات الصوت والسيارات.
- تستخدم أشباه الموصلات في تكنولوجيا الطاقة الشمسية وفي إنتاج آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
- كما أنها تشارك في إنتاج المصابيح المستخدمة في الشاشات وهي بديل للعديد من تقنيات الإضاءة المستخدمة حاليًا.
- تصميم الدوائر الرقمية وعناصر المنطق.
- 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
يركز مقالنا على أشباه الموصلات وأنواعها واستخداماتها المختلفة، وتعرفنا على أهميتها الكبيرة نظرًا لقدرتها على التحكم في توصيل التيار الكهربائي، وهي ميزة تسمح بإنتاج العديد من أنواع الأجهزة الإلكترونية بخصائص مختلفة.
نأمل أن يكون المقال قد نال إعجابكم وأننا قدمنا معلومات كافية عن أشباه الموصلات واستخدامها في مختلف المجالات.