أشباه الموصلات هي مواد صلبة بها موصلية كهربائية بين الموصلات والعوازل. وهي مواد ذات فجوة نطاقية صغيرة، مما يعني أنه يمكن بسهولة تحفيز الإلكترونات فيها على الانتقال من النطاق التكافؤي إلى نطاق التوصيل. وهذا يجعلها موصلات جيدة للكهرباء، ولكن ليس بنفس جودة المعادن مثل النحاس أو الفضة.
خصائص أشباه الموصلات
فجوة النطاق: هي المسافة بين أعلى مستوى طاقة في النطاق التكافؤي وأدنى مستوى طاقة في نطاق التوصيل. وكلما كانت فجوة النطاق أصغر، كان الموصل شبه موصل أفضل.
المقاومية النوعية: هي المقاومة الكهربائية لمادة ما لكل وحدة طول ومساحة مقطع عرضي. وكلما كانت المقاومية النوعية أقل، كان الموصل شبه موصل أفضل.
ناقلية الشحنة: هي قدرة المادة على نقل الشحنة الكهربائية. وكلما كانت ناقلية الشحنة أعلى، كان الموصل شبه موصل أفضل.
أنواع أشباه الموصلات
هناك نوعان رئيسيان من أشباه الموصلات:
أشباه الموصلات المتباينة: هي أشباه الموصلات التي يكون فيها تركيز الإلكترونات في النطاق التكافؤي أكبر من تركيز الإلكترونات في نطاق التوصيل. وهذا يجعل هذه المواد موصلات ضعيفة للكهرباء.
أشباه الموصلات النوعية: هي أشباه الموصلات التي يكون فيها تركيز الإلكترونات في نطاق التوصيل أكبر من تركيز الإلكترونات في النطاق التكافؤي. وهذا يجعل هذه المواد موصلات جيدة للكهرباء.
التطبيقات
تستخدم أشباه الموصلات في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
الإلكترونيات: تستخدم أشباه الموصلات في جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية، مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية والتلفزيونات.
الطاقة الشمسية: تستخدم أشباه الموصلات في الألواح الشمسية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
الإضاءة: تستخدم أشباه الموصلات في مصابيح LED لإنتاج الضوء.
الليزر: تستخدم أشباه الموصلات في الليزر لإنتاج حزم ضوئية مكثفة.
المستشعرات: تستخدم أشباه الموصلات في المستشعرات لقياس درجة الحرارة والضغط والضوء وما إلى ذلك.
عملية تصنيع أشباه الموصلات
تتم عملية تصنيع أشباه الموصلات من الخطوات التالية:
تكوين السبيكة: يتم مزج مادتين أو أكثر معًا لتكوين سبيكة.
النمو البلوري: يتم تسخين السبيكة حتى تنصهر، ثم يتم تبريدها ببطء للسماح لها بالتبلور.
التشويب: يتم إضافة شوائب إلى البلورة لتغيير خواصها الكهربائية.
التليين: يتم تسخين البلورة مرة أخرى حتى تصبح لينة، ثم يتم تبريدها بسرعة للحصول على بنية زجاجية.
التصنيع الضوئي: يتم استخدام الضوء لتشكيل أنماط في البلورة.
الحفر: يتم استخدام المواد الكيميائية لحفر البلورة في الأنماط المطلوبة.
التغليف: يتم تغليف البلورة في مادة واقية لحمايتها من التلف.
مستقبل أشباه الموصلات
من المتوقع أن يستمر استخدام أشباه الموصلات في النمو في السنوات القادمة. ومن المتوقع أن يؤدي تطوير تقنيات جديدة إلى تحسين خصائص أشباه الموصلات وتقليل تكلفتها، مما سيؤدي إلى المزيد من التطبيقات.
الخلاصة
أشباه الموصلات هي مواد ذات فجوة نطاقية صغيرة، مما يجعلها موصلات جيدة للكهرباء، ولكن ليس بنفس جودة المعادن. وتستخدم أشباه الموصلات في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الإلكترونيات والطاقة الشمسية والإضاءة والليزر والمستشعرات. ومن المتوقع أن يستمر استخدام أشباه الموصلات في النمو في السنوات القادمة.