نیم رسانای نوع p و نوع n
نیم رسانای نوع p و نوع n
دید کلی
در نیم رسانای کاملا خالص بدون هیچگونه ناخالصی آزاد شدن هر الکترون به علت حرکت گرمایی یا نور گرفتن با ایجاد یک حفره همراه است، یعنی تعداد الکترونها و حفره‌های شرکت کننده در جریان الکتریکی مساوی هستند.
تعریف نیم رسانای نوع n
در طبیعت نیم رسانای کاملا خالص وجود ندارد و تولید مصنوعی آنها نیز فرآیند فوق العاده پیچیده‌ای است. جزئی‌ترین ناخالصی ، خواص نیم رسانا را بطور بنیادی عوض می‌کند. در بعضی از موارد ، اثر ناخالصی‌ها چنان بارز است که ساز و کار رسانش حفره واقعا ناممکن می‌شود و جریان در نیم رسانا را فقط حرکت الکترونهای آزاد تأمین می‌کند. چنین نیم رساناهایی را نیم رسانای الکترونی ، یا نیم رساناهای نوع n (حرف اول کلمه لاتین Negativus) می‌نامند.
تعریف نیم رسانای نوع p
در مواردی ، حرکت الکترونهای آزاد در نیم رسانا در اثر افزودن ناخالصی خیلی کم ، غیر ممکن می‌شود و جریان الکتریکی فقط از طریق جابجایی حفره ایجاد می‌شود. این نیم رساناها را نیم رسانای حفره‌ای ، یا نوع p (حرف اول کلمه لاتین Positivus) می‌نامند.
نیم رسانای مخلوط
طبیعی است میان نیم رساناهای نوع n و نوع p ، می‌توان نیم رساناهای نوع مخلوط را یافت که در آنها رسانندگیهای الکترونی و حفره‌ای هر دو نقش بازی می‌کنند، مانند نیم رسانای npn یا نیم رسانای pnp. نیم رساناهای خالص رسانندگیهای نوع مخلوط از خود نشان می‌دهند.
اختلاف در رسانندگی انواع نیم رساناها
اختلاف در رسانندگی را در یک نیم رسانای نوعی مثلا ژرمانیم انجام می‌دهیم که از نظر کاربردهای فنی بسیار مهم است. ژرمانیوم عنصری است با عدد اتمی 32 و جرم اتمی 72.5 در جدول تناوبی عناصر ، در ستون چهارم قرار دارد و مانند همه عناصر این گروه ، چهار ظرفیتی است، یعنی دارای چهار پیوند (الکترونهای ظرفیت) است که توسط آنها به اتمهای دیگر پیوند می‌خورد. اتمهای ژرمانیوم هر کدام با پیوند دوگانه با اتمهای همسایه از جنس خود در بلور ژرمانیوم پیوند می‌خورند. هر پیوند از اندرکنش الکترون ظرفیت یک اتم معین با الکترون ظرفیت همسایه‌اش به وجود آمده است. اگر بر اثر حرکت گرمایی یا جذب نور ، الکترونی در جایگاهی در بلور جدا شود، یک جای خالی حفره بوجود می‌آید و الکترون جدا شده آزاد می‌شود.
حرکت الکترونها و حفره‌ها بر اثر میدان الکتریکی ، رسانندگی به اصطلاح ذاتی ژرمانیوم را بوجود می‌آورد. تعداد چنین حاملهایی به نسبت کم است: حدود 2.5x1019 الکترون و همین اندازه حفره در یک متر مکعب ژرمانیوم در دمای عادی وجود دارد. در حالی که تعداد اتمهای ژرمانیوم در یک متر مکعب فلز برابر 4.2x1023 است.
نحوه ساخت نیم رسانای الکترونی
اگر یک ناخالص جزئی از یک عنصر پنج ظرفیتی ، مثلا آرسنیک وارد بلور ژرمانیوم شود، یعنی در شبکه بلوری جای بخش بسیار کوچکی از اتمهای ژرمانیوم را اتمهای آرسنیک بگیرند. هر اتم آرسنیک دارای 5 الکترون ظرفیتی است که به سایر اتمها می‌پیوندد. هنگامی که اتم آرسنیک جایگزین اتم ژرمانیوم شد، چهار تا از این الکترونها با چهار تا ژرمانیوم پیوند محکم درست می‌کنند. در حالی که الکترون پنجمی قید خیلی ضعیفی دارد و به سبب انرژی حرکت گرمای حتی در دمای عادی به سهولت به الکترون آزاد اضافی بوجود می‌آورد.
از طرف دیگر در این حالت تعداد حفره‌ها زیاد نمی شود زیرا یون آرسنیک با دو پیوند با چهار همسایه خود محکم بسته شده است، و گذر الکترون از اتمهای خنثی مجاور به یون آرسنیک ناممکن است. حتی اگر مقدار آرسنیک وارد شده کم (مثلا ، یک میلیونیم تعداد اتمهای ژرمانیوم) باشد. این ناخالصی در یک متر مکعب بلور 1022 الکترون آزاد به وجود می‌آورد، که هزار برابر تعداد الکترونهای آزاد ژرمانیوم خالص است، در حالی که تعداد حفره بدون تغییر مانده است. در چنین نیم رسانایی اکثر حاملهای الکترون آزادند و حفره در اقلیت هستند. به عبارت دیگر ژرمانیوم با ناخالص آرسنیک (و لو خیلی کم) به نیم رسانای الکترونی (نوع n) تبدیل می‌شود.
نحوه ساخت نیم رسانای حفره‌ای
برای تولید نیم رسانای نوع p در ژرمانیوم ناخالصی عنصر سه ظرفیتی مانند ایندیم وارد می‌کنیم. با توجه به اینکه هر اتم ایندیم دارای سه الکترون ظرفیت است، فقط با سه اتم ژرمانیوم همسایه محکم مقید می‌شود و پیوند چهارم آزاد می‌ماند. در این شرایط یک الکترون از ژرمانیوم همسایه می‌تواند به آسانی اتم اخیر را تر کند و این پیوند را پر کند. در حالی که اتم به صورت یون (حفره) در می‌آید و با اتمهای مجاور فقط با سه پیوند اتصال دارد، اتم ایندیم بار منفی کسب می کند. پس الکترونی از یکی از اتمهای همسایه می‌تواند جدا شود و کمبود پیوند یون را پر کند، در این صورت این اتم به یون مثبت تبدیل می‌شود و مانند آن.
به این ترتیب ، جایگاهی که یون مثبت دارد (حفره) در داخل بلور حرکت می‌کند. در میدان الکتریکی این جابجایی حفره‌ها جهت مسلط دارد یعنی در امتداد میدان صورت می‌گیرد و در اثر حرکت ، جریان الکتریکی به وجود می‌آورد. از این رو وارد کردن ناخالصی ایندیم در ژرمانیوم بدون تغییر دادن تعداد الکترونهای آزاد بر تعداد حفره‌ها می‌افزاید. چنین نیم رسانایی را نیم رسانای حفره‌ای (نوع p) می‌باشد، یعنی در آن حفره‌ها حاملهای اکثریت و الکترون حاملهای اقلیت هستند.
ترموکوپل نیم رسانایی
در ترموکوپلهای نیم رسانایی ، در بعضی از موارد جریان در اتصال گرم از فلز به نیم رساناست، در حالی که در موارد دیگر در جهت مخالف است. دلیل این امر را می‌شود به صورت زیر توضیح داد، در نیم رسانای الکترونی ، سرعت الکترونها در اتصال گرم از اتصال سرد بیشتر است. بنابراین ، الکترونها از اتصال گرم به اتصال سرد نفوذ می‌کنند. (پخش می‌شوند) تا اینکه میدان الکتریکی حاصل از این توزیع مجدد بارها جریان پخش الکترونها را متوقف کند. هنگامی که تعادل برقرار شد، اتصال گرم ، که الکترون از دست داده است، به طور مثبت باردار می‌شود، در حالی که اتصال سرد به طور منفی باردار خواهد شد. به عبارت دیگر ، اختلاف پتانسیل مثبت بین اتصالهای گرم و سرد ظاهر می‌شود. در نیم رسانای حفره‌ای (نوع p) ، برعکس حفره‌ها از اتصال گرم در اتصال سرد پخش می‌شوند. اتصال گرم به طور مثبت باردار می‌شوند، علامت اختلاف پتانسیل بین اتصالهای گرم و سرد منفی خواهد بود.
roshed.ir
مطالب مشابه :
آیا ممکن است با ماشین زمان به گذشته برگردیم؟
فیزیک فرهنگیان ویکی پدیا فارسی(فیزیک) برخی از این ناممکن ها شخصی هستند و برخی مثل ماشین
آشنایی با برخی مفاهیم بنیادی فیزیک
از شاخه های علم فیزیک ناممکن است.در این تحقیق کمیت ها مشخص تر و و در فارسی بعد
شبیه سازی “تابش هاوکینگ” در آزمایشگاه
علم فیزیک سازی چنین تابشی را در عمل ناممکن می ها قادر نیستند از افق رویداد
نیم رسانای نوع p و نوع n
علم فیزیک ها و نظرات شما و کار رسانش حفره واقعا ناممکن می‌شود و جریان در نیم رسانا
دستاوردهای برتر فیزیک در سال 2013
کرم‌چاله، با چندین تجربه جالب همراه بود که به اثبات بسیاری از ناممکن‌ها فیزیک به
مکانیک کوانتومی
در زندگی روزمره با آنها سروکار دارد به طور کاملاً دقیقی توسط فیزیک را ناممکن ها. حيرت
گرما عامل بزرگترین انقراض زمین در 250 میلیون سال گذشته
علم فیزیک منتظر راهنمایی ها و نظرات امکان تحمل این گرما را برای آنها ناممکن می
برچسب :
فیزیک ناممکن ها فارسی