دنیای نیمه رساناها

نیم‌رسانا یا نیمه‌هادی (Semiconductor) عنصر یا ماده‌ای است که در حالت عادی عایق باشد، ولی با افزودن مقداری ناخالصی قابلیت هدایت الکتریکی پیدا کند.

دوستان و عزیزان اینبار نیز با شما هستیم به همراه یک مطلب جالب توجه و علمی از یکی دیگر از قسمت های علوم سخت افزار.برای شناخت نیمه رسانا ها،با ما همراه باشید.

نیم‌رسانا یا نیمه‌هادی (Semiconductor) عنصر یا ماده‌ای است که در حالت عادی عایق باشد، ولی با افزودن مقداری ناخالصی قابلیت هدایت الکتریکی پیدا کند. (منظور از ناخالصی عنصر یا عناصر دیگری‌ست غیر از عنصر اصلی یا پایه. مثلاً اگر عنصر پایه سلیسیوم باشد ناخالصی می‌تواند آلومنیوم یا فسفر باشد) نیمه‌رساناها در نوار ظرفیت خود چهار الکترون دارند. میزان مقاومت الکتریکی نیمه‌رساناها بین رساناها و نارساناها می‌باشد. از نیمه رساناها برای ساخت قطعاتی مانند دیود، ترانزیستور، تریستور، آی سی،سیلیکون و... استفاده می‌شود. ظهور نیمه رساناها در علم الکترونیک انقلاب عظیمی را در این علم ایجاد کرده که اختراع کامپیوتر یکی از دستاوردهای این انقلاب است.

انواع نیمه رساناها

نیمه‌رساناها به دو نوع قسمت‌بندی می‌شوند.

1-نیمه‌رسانای ذاتی (خالص)

2-نیمه‌رسانای غیرذاتی (دارای ناخالصی)

در نیمه‌رسانای ذاتی تعداد حفره و الکترون برابر است، در صورتی که در نیمه‌رسانای غیر ذاتی چنین نیست. نیمه رسانای غیر ذاتی با آلاییدن نیمه‌رسانای چهار ظرفیتی با یک عنصر سه یا پنج ظرفیتی پدید می‌آید. نیمه‌رساناهای غیر ذاتی به دو دسته تقسیم می‌شوند.

1-نوع پی P یا Possitive یا گیرنده الکترون آزاد (پذیرنده) که در آن تعداد حفره‌ها بیشتر است.

2-نوع ان N یا Negative یا دارنده الکترون آزاد (دهنده) که در آن تعداد الکترون‌ها بیشتر است.

عناصر اصلی نیمه رسانا

از عناصر نیمه‌رسانا می‌توان به سلیسیوم و ژرمانیوم که پایه الکترونیک هستند اشاره کرد. سلیسیوم در حالت عادی نیمه‌رسانا است و در جدول تناوبی در گروه چهار اصلی و زیر کربن قرار دارد و چهار ظرفیتی می‌باشد یعنی چهار الکترون در آخرین باند خود دارد. حال اگر یکی از عناصر گروه مجاور را به سلیسیوم بیافزاییم، باعث می‌شویم که سلیسیوم قابلیت رسانایی بالاتری پیدا کند. اگر عنصر اضافه شده از گروه سوم اصلی باشد مثلاً آلومینیوم، آنگاه ماده بدست آمده نیمه رسانای نوع پی P می‌شود و اگر عنصر اضافه شده از گروه پنج اصلی باشد مثلاً آرسنیک، آنگاه ماده بدست آمده نیمه‌رسانای نوع ان N می‌شود. ژرمانیوم از این جهات مانند سیلیسیوم است ولی تفاوت‌هایی هم با آن دارد. با افزودن ٪۰/۰۰۱ آرسنیک به ژرمانیوم رسانش آن ۱۰ هزار برابر افزایش پیدا می‌کند!

قطعات الکترونیکی تولید شده از نیمه رسانا

دیود و ترانزیستور

از پیوند نیمه رسانای نوع N با نوع P عنصری به نام دیود بدست می‌آید که خاصیت یکسو سازی آن بیشترین کاربرد را در الکترونیک دارد (در دیود هیچ تفاوتی بین اینکه نوع P را با نوع N پیوند دهیم یا نوع N را با نوع P پیوند دهیم وجود ندارد و در هر صورت عنصر بدست آمده دیود خواهد بود)

دیود از نوع سیلیسیم تا ولتاژ حدود ۰/۷ ولت عایق بوده و بعد از آن به یک رسانای خوب تبدیل می‌گردد. این ولتاژ آستانه تحریک برای دیودهای مختلف متفاوت است و مثلاً برای دیودهای ژرمانیومی حدود ۰/۲۵ ولت است؛ یعنی برای روشن شدن دیود سلیسیومی ۰/۷ ولت نیاز است ولی برای روشن شدن دیود ژرمانیومی ۰/۲۵ ولت لازم است. ترانزیستور از پرکاربردترین و اصلی‌ترین عناصر در مدارات الکترونیکی و مجتمع می‌باشد. اگر نوع P را با نوع N و دوباره با نوع P پیوند دهیم عنصر بدست آمده ترانزیستور PNP نام خواهد داشت. برعکس اگر اگر نوع N را با نوع P و دوباره با نوع N پیوند دهیم عنصر بدست آمده ترانزیستور NPN نام خواهد داشت که بیشتر از ترانزیستور PNP در صنعت کاربرد دارد.با اتصال PNPN عنصر بدست آمده تریستور نام خواهد داشت. کلمه تریستور از کلمات ترانزیستور و تیراترون مشتق شده است.

منبع: سخت افزار

ویدیو مرتبط :
خاصیت ابر رساناها در میدان مغناطیسی