شبه الموصل ( Semiconductor )
 |
رقائق شبه الموصِّل تتكون من خلايا شمسية تحول طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. |
وتؤدي النبائط الإلكترونية المصنوعة من المواد شبه الموصلة عدة أغراض منها وظيفة الصمامات المفرَّغة بالإضافة إلى عدة مميزات أخرى. فهي تستخدم قدرة أقل وتعمل لفترة أطول وتكون في حجم أقل. أحد الأمثلة على نبائط أشباه الموصلات الدقيقة رقيقة السليكون المستخدمة في الحواسيب والآلات الحاسبة. وتسمى الرقائق الدقيقة حيث تحتوي على عدة ملايين من الصمامات الثنائية أو الترانزستور في شريحة واحدة.
تُقوِّم نبائط أشباه الموصِّلات، التيار الكهربائي مثل الصمامات (تحويل التيار الكهربائي المتناوب إلى تيار مستمر) وكذلك تضخم الإشارات الكهربائية الضعيفة. تعتمد أجهزة الراديو والتلفاز وغيرها من النبائط الإلكترونية على المقوِّم والمكبرِّ والمذبذب. حيث إن بعض أشباه الموصلات يمكنها توليد ضوء وغيرها تكشف عنه. وأغلب آلات تصوير التلفاز من نبائط أشباه الموصِّلات.
 |
تتألف خلية السليكون من طبقتي سليكون متصلتين. يعمل المجال الكهربائي على إبقاء الفجوات (موجبة الشحنة) في طبقة النوع م، والإلكترونات (سالبة الشحنة) في طبقة النوع س، أعلاه. ينتج ضوء الشمس شحنات إضافية في شكل (دوائر أدناه) ويقوم المجال الكهربائي بدفعها داخل الطبقتين الموجبة والسالبة. وتتدفق هذه الشحنات خارج الخلية في شكل تيار كهربائي. |
مبادئ أساسية:
لذرات النحاس، في الأسلاك النحاسية العادية، عدد من الإلكترونات الحرة التي تتحرك من ذرة إلى أخرى. ويُكوِّن سريان هذه الإلكترونات التيار الكهربائي. وفي الحالة المثلى، تصبح أشباه الموصلات مواد عازلة لافتقارها إلى الإلكترونات الحُرة. لكن وجود نسبة ضئيلة من الشوائب مثل الأنتيمون والزرنيخ أو الفوسفور ينتج عددًا ضئيلاً من الإلكترونات الحرة المتحركة التي تسبب التيار الكهربائي. وتُعرف أشباه الموصِّلات في هذه الحالة بالنوع س.نوع آخر من شبه الموصلات، النوع م، ويمكن الحصول عليه بإضافة كميات صغيرة من شوائب الألومنيوم أو البورون أو الجاليوم. تأخذ هذه الشوائب الإلكترونات من شبه الموصل محدثة فراغًا. ويسمى هذا الفراغ في الذرة الفجوة وهي موجبة الشحنة. وتنتقل هذه الفجوة من ذرة إلى أخرى محدثة تيارًا كهربائيًا.
ويشير الاختصار س إلى الشحنة السالبة للإلكترونات في مواد النوع س، بينما يشير الاختصار م إلى الشحنة الموجبة المرتبطة بالفجوات في مواد النوع م.
 |
الدوائر المتكاملة تحتوي على نبائط إلكترونية فوق مواد شبه موصلة مصنوعة من السليكون وهي الأوسع انتشارًا. وهذه الدائرة جزء مكبر من شريحة ذاكرة النفاذ العشوائي. تحتوي الشريحة على آلاف المقاطع مثل هذا الشكل. |
نبائط أشباه الموصلات:
تتضمن هذه النبائط الصمامات الثنائية شبه الموصلة والمصابيح شبه الموصلة والليزرات شبه الموصلة وكواشف الإشعاع شبه الموصلة والخلايا الشمسية والترانزستورات. وتصنع هذه النبائط بتكوين مناطق معينة في أشباه الموصلات سواء من النوع س أو النوع م.الصمامات الثنائية شبه الموصلة. تسمح بمرور التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط ولهذا تستعمل بمثابة مقومات للتيار. فهي تحتوي على قطعة من زرنيخيد الجاليوم أو الجرمانيوم أو السليكون مع منطقة من النوع س، وكذلك منطقة من النوع م. يطلق على مكان تلاصق المنطقتين وصلة م ـ س. وعندما يكون في المنطقة م شحنات موجبة ويكون في المنطقة س شحنات سالبة، فإن النوع م يجذب الإلكترونات من المنطقة س، وكذلك يجذب النوع س الفجوات الموجبة من النوع م. وحينئذ يكون هناك تيار كهربائي مار عبر الوصلة. أما إذا شُحنت منطقة النوع م بشحنة سالبة، ومنطقة النوع س بشحنة موجبة، فلا يمر تيار عبر الوصلة. ذلك بسبب صد النوع م لإلكترونات النوع س وصد النوع س فجوات النوع م.
ويمكن لأنواع أخرى من الصمامات الثنائية شبه الموصلة مثل الأساكي أن تتذبذب. تُولد هذه الصمامات موجات راديو عالية التردد تستعمل في الاتصالات والرادار أو الأغراض الأخرى.
المصابيح شبه الموصلة. تحتوي على صمامات ثنائية دقيقة من فوسفيد الجاليوم الذي ينتج الضوء بقدرة كهربائية ضئيلة. وتستخدم هذه المصابيح في العديد من الأجهزة الإلكترونية.
الليزرات شبه الموصلة تنتج حزمة ضيقة من ضوء مكثف. وهي ليزرات فعالة لكن ضوءها يغطي مدى تردد أوسع من الضوء الصادر عن الليزرات الأخرى.
وكواشف الإشعاع شبه الموصلة تبين وجود وشدة أشعة جاما والأشعة السينية التي تستعمل بكثرة في البحث العلمي.
الخلايا الشمسية تحول أشعة الشمس إلى كهرباء. تصنع هذه الخلايا من شرائح من السليكون مع وصلة م ـ س قرب السطح. يفقد الضوء الذرة إلكترونات منتجًا إلكترونات حرة وفجوات تسير محدثة التيار الكهربائي.
الترانزستور يُستعمل في تضخيم الإشارات الكهربائية، ويعمل كمذبذبات، كما يُستخدم في تصنيع دوائر إلكترونية للعمليات الحسابية والمنطقية. ويحتوي بعض أنواع الترانزستور على أكثر من وصلة م ـ س.