نیم رساناها

معمولاُ اجسام از لحاظ عبور یا عدم عبور الکتریسیته به دو دسته رسانا و عایق تقسیم می‌شود. اما گروه دیگری از اجسام نیز وجود دارد که به طور کامل رسانا و نه به طور کامل نارسانا ست. این گروه خاص از اجسام را نیم رسانا می‌گویند.

ترازهای انرژی الکترون در جسم جامد تشکیل نوارهایی می دهند هر نوار شامل تعداد بسیار زیادی ترازهای گسسته است که بسیار نزدیک به هم می باشند. در مبحث نیم رساناها بالاترین نوار پر را نوار ظرفیت و پایین ترین نوارخالی را نوار رسانش می نامند و به فاصله بین این دو نوار ناحیه ممنوع یا گاف انرژی می گویند و در این ناحیه هیچ تراز انرژی وجود ندارد.

انواع نیم رساناها

نیم رسانا ذاتی

در برخی از نیم رساناها گاف انرژی بین نوار رسانش و نوار ظرفیت به قدر کافی کوچک است که تعدادی از الکترون های نوار ظرفیت در دمای اتاق نیز، با برانگیختگی گرمایی، انرژی لازم برای گذر از نوار ظرفیت به نوار رسانش را به دست می آورند به این گونه نیم رساناها، نیم رسانای ذاتی می گویند.

نیم رسانای غیر ذاتی

در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می‌شوند، اندازه گاف نواری، با افزودن دقیق ناخالصی هایی کنترل می‌شود، که این فرآیند تقویت نامیده می‌شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداولترین نیم رساناهاست.

نیم رسانای نوع n

وقتی به سیلیکون، ناخالصی فسفر افزوده شود، تراز انرژی اتمی فسفر، دقیقا در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می‌گیرد.

هر اتم فسفر، 4 الکترون از 5 الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با 4 اتم si  مجاور به کار می‌برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش بر انگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را بر جای گذارد. اتم های فسفر ، دهنده نامیده می‌شود.

رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتاً در اثر حرکت الکترون های حاصل از اتم های دهنده در نوار رسانش، به وجود می‌آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده می شود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترون ها حمل می‌شود.

نیم رسانای نوع p

وقتی به سیلیکون ناخالص آلومینیم افزوده می‌شود. تراز انرژی اتم های AL که اتم های پذیرنده نامیده می‌شوند، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می‌گیرد. با سه اتم Si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می‌دهد. اما با چهارمین اتم Si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می‌دهد.

یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می‌شود. در نهایت، یک یون منفی تا A غیر متحرک به وجود می‌آمد و در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می‌شود. از آن جا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتاً شامل حرکت حفره ‌های مثبت است این نوع نیم رسانا، نوع P نامیده می‌شود.

دیود

دیود از اتصال یك نیمه هادی نوع N و یك نیمه هادی نوع P به وجود می آید و با حرف D نشان داده می شود . دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند.

این خاصیت آن ها باعث شده بود تا در سال های اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (قطب مثبت پیل به آند و قطب منفی به کاتد) آن را آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop)  نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.7 ولت می‌‌باشد.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: فائزه آقاخانی

تنظیم: مریم فروزان کیا