نيم رساناها

 

معمولاُ اجسام از لحاظ عبور يا عدم عبور الکتريسيته به دو دسته رسانا و عايق تقسيم مي‌شود. اما گروه ديگري از اجسام نيز وجود دارد که به طور کامل رسانا و نه به طور کامل نارسانا ست. اين گروه خاص از اجسام را نيم رسانا مي‌گويند.  

ترازهاي انرژي الکترون در جسم جامد تشکيل نوارهايي مي دهند هر نوار شامل تعداد بسيار زيادي ترازهاي گسسته است که بسيار نزديک به هم مي باشند. در مبحث نيم رساناها بالاترين نوار پر را نوار ظرفيت و پايين ترين نوارخالي را نوار رسانش مي نامند و به فاصله بين اين دو نوار ناحيه ممنوع يا گاف انرژي مي گويند و در اين ناحيه هيچ تراز انرژي وجود ندارد.

انواع نيم رساناها

 

نيم رسانا ذاتي

در برخي از نيم رساناها گاف انرژي بين نوار رسانش و نوار ظرفيت به قدر کافي کوچک است که تعدادي از الکترون هاي نوار ظرفيت در دماي اتاق نيز، با برانگيختگي گرمايي، انرژي لازم براي گذر از نوار ظرفيت به نوار رسانش را به دست مي آورند به اين گونه نيم رساناها، نيم رساناي ذاتي مي گويند.

نيم رساناي غير ذاتي

در بيشتر نيم رساناها که غير ذاتي ناميده مي‌شوند، اندازه گاف نواري، با افزودن دقيق ناخالصي هايي کنترل مي‌شود، که اين فرآيند تقويت ناميده مي‌شود. سيستم عمل تقويت روي سيليکون يکي از متداولترين نيم رساناهاست.

نيم رساناي نوع n

وقتي به سيليکون، ناخالصي فسفر افزوده شود، تراز انرژي اتمي فسفر، دقيقا در زير نوار رسانش سيليکون قرار مي‌گيرد.

هر اتم فسفر، 4 الکترون از 5 الکترون ظرفيتش را تشکيل نمونه با 4 اتم si  مجاور به کار مي‌برد و انرژي گرمايي به تنهايي کافي است تا باعث شود، الکترون اضافي ظرفيت به نوار رسانش بر انگيخته شده به يک يون p غير متحرک را بر جاي گذارد. اتم هاي فسفر ، دهنده ناميده مي‌شود.

رسانش الکتريکي در اين نوع نيم رسانا عمدتاً در اثر حرکت الکترون هاي حاصل از اتم هاي دهنده در نوار رسانش، به وجود مي‌آيد. اين نوع نيم رسانا نوع n ناميده مي شود که در آن n به معني منفي است، اين نوعي بار الکتريکي که توسط الکترون ها حمل مي‌شود.

نيم رساناي نوع p

وقتي به سيليکون ناخالص آلومينيم افزوده مي‌شود. تراز انرژي اتم هاي AL که اتم هاي پذيرنده ناميده مي‌شوند، درست بالاي نوار ظرفيت سيليکون قرار مي‌گيرد. با سه اتم Si مجاور پيوند جفت الکتروني منظمي تشکيل مي‌دهد. اما با چهارمين اتم Si فقط يک پيوند تک الکتروني تشکيل مي‌دهد.

يک الکترون به راحتي از نوار ظرفيت يک اتم آلومينيوم در تراز پذيرنده بر انگيخته مي‌شود. در نهايت، يک يون منفي تا A غير متحرک به وجود مي‌آمد و در نتيجه اين فرآيند يک حفره مثبت در نوار ظرفيت پديدار مي‌شود. از آن جا که رسانش الکتريکي در اين نوع نيم رسانا عمدتاً شامل حرکت حفره ‌هاي مثبت است اين نوع نيم رسانا، نوع P ناميده مي‌شود.

ديود

ديود از اتصال يك نيمه هادي نوع N و يك نيمه هادي نوع P به وجود مي آيد و با حرف D نشان داده مي شود . ديودها جريان الکتريکي را در يک جهت از خود عبور مي‌‌دهند و در جهت ديگر در مقابل عبور جريان از خود مقاومت بالايي نشان مي‌‌دهند.

اين خاصيت آن ها باعث شده بود تا در سال هاي اوليه ساخت اين وسيله الکترونيکي، به آن دريچه يا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتريکي يک ديود هنگامي عبور جريان را از خود ممکن مي‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (قطب مثبت پيل به آند و قطب منفي به کاتد) آن را آماده کار کنيد. مقدار ولتاژي که باعث مي‌شود تا ديود شروع به هدايت جريان الکتريکي نمايد ولتاژ آستانه يا (forward voltage drop)  ناميده مي‌شود که چيزي حدود 0.6 تا 0.7 ولت مي‌‌باشد.

مرکز يادگيري سايت تبيان - تهيه: فائزه آقاخاني

تنظيم: مريم فروزان کيا