الفرق بين أشباه الموصلات الداخلية والخارجية - Intrinsic and Extrinsic Semiconductor

تعريف أشباه الموصلات الداخلية:

تتكون أشباه الموصلات الداخلية من مادة شبه موصلة عالية النقاء، وبالتالي تُعرف أيضاً باسم “أشباه الموصلات النقية”. هذه هي في الأساس أشباه موصلات لا تحتوي على شوائب منشطة (doping). في درجة حرارة الغرفة، تظهر أشباه الموصلات الداخلية موصلية تكاد لا تذكر. حيث لا يوجد أي نوع آخر من العناصر في هيكلها البلوري. تشكل عناصر المجموعة الرابعة من الجدول الدوري أشباه موصلات داخلية.

ومع ذلك، يتم استخدام السيليكون والجرمانيوم على نطاق واسع. هذا لأنّه في حالتهم هناك حاجة إلى طاقة صغيرة فقط من أجل كسر الرابطة التساهمية. السيليكون على سبيل المثال يتكون من (4) إلكترونات في غلاف التكافؤ. لذا تتشكل (4) روابط تساهمية بين إلكترونات ذرة السيليكون.

عندما تزداد درجة حرارة البلورة، تكتسب الإلكترونات الموجودة في الرابطة التساهمية طاقة حركية وبعد كسر الرابطة التساهمية تصبح حرة. وبالتالي، فإنّ حركة الإلكترونات الحرة تولد تياراً. يزيد الارتفاع في درجة الحرارة إلى حد ما من عدد الإلكترونات الحرة للتوصيل.

تعريف أشباه الموصلات الخارجية:

أشباه الموصلات الخارجية هي تلك التي تنتج عن إضافة شوائب إلى شبه موصل نقي. ويطلق على هذه في الأساس “شكل غير نقي من أشباه الموصلات”. تُعرف العملية التي يتم من خلالها توفير قدر معين من الشوائب لأشباه الموصلات النقية باسم “المنشطات” (doping). لذلك، يمكننا القول أنّ أشباه الموصلات النقية منشطة لتوليد أشباه موصلات خارجية.

هذه موصلة للغاية في الطبيعة. ومع ذلك، على عكس أشباه الموصلات الداخلية، فإنّ أشباه الموصلات الخارجية تتكون من نوعين من النوع (p) وأشباه الموصلات من النوع (n). من الجدير بالذكر هنا أنّ تصنيف أشباه الموصلات الخارجية يعتمد على نوع العنصر المنشط لأشباه الموصلات النقية.

يتم تشكيل أشباه الموصلات من النوع (p) عن طريق إدخال عناصر المجموعة الثالثة أو شوائب ثلاثية التكافؤ في أشباه الموصلات النقية. تُعرف هذه أيضاً باسم شوائب المستقبلات (acceptor impurity)، حيث تحتوي الشوائب ثلاثية التكافؤ على (3) إلكترونات فقط في غلاف التكافؤ.

يتم تشكيل أشباه الموصلات من النوع (n) بإضافة عناصر المجموعة (V) أو الشوائب الخماسية التكافؤ إلى أشباه الموصلات النقية. هذه تسمى شوائب المانحين (donor impurity)، حيث أنّ الشوائب الخماسية تحمل (5) إلكترونات في غلاف التكافؤ الخاص بها.

هنا نرى أنّ الشوائب خماسية التكافؤ تتنشط إلى بلورة سيليكون نقية. في هذه الحالة، (4) إلكترونات من الفوسفور مرتبطة تساهمياً مع ذرة السيليكون المجاورة. ولكن، مع ذلك، يبقى الإلكترون الحر في هذه الحالة. وبالتالي، فإنّ حركة هذه الإلكترونات الحرة تولد توصيلاً عالياً.

أيضاً، عندما ترتفع درجة الحرارة، يتسبب ذلك في انهيار الرابطة التساهمية. ومن ثم توليد المزيد من الإلكترونات الحرة.

الفرق بين أشباه الموصلات الداخلية والخارجية:

كل من أشباه الموصلات الداخلية والخارجية هي تصنيفان لمواد أشباه الموصلات. الفرق بين أشباه الموصلات الداخلية والخارجية هو أنّ أشباه الموصلات الداخلية هي الشكل النقي لمواد أشباه الموصلات.

في حين أنّ أشباه الموصلات الخارجية عبارة عن أشباه موصلات غير نقية تتشكل عن طريق إضافة شوائب إلى شبه موصل نقي. أي شوائب خارجية منشطة في حالة وجود شبه موصل داخلي بينما تتكون أشباه الموصلات الخارجية عن طريق إضافة شوائب ثلاثية التكافؤ أو خماسية التكافؤ إلى مادة أشباه الموصلات.

جدول المقارنة بين أشباه الموصلات الداخلية والخارجية:

الاختلافات الرئيسية بين أشباه الموصلات الداخلية والخارجية:

• العامل الذي يولد اختلافاً رئيسياً بين أشباه الموصلات الداخلية والخارجية هو أنّ أشباه الموصلات الداخلية يقال إنّها نقية وبالتالي لا يوجد تركيز شوائب فيها. مقابل ذلك، يقال إنّ أشباه الموصلات الخارجية غير نقية حيث يتم تنشيط الشوائب من أجل تكوينها.

• نظراً لشكلها النقي، تمتلك أشباه الموصلات الداخلية توصيلية منخفضة. بينما تظهر أشباه الموصلات الخارجية موصلية أفضل نسبياً من أشباه الموصلات الداخلية.

• يوجد تركيز متساوٍ تقريباً من الإلكترونات والثقوب موجودة في حالة وجود شبه موصل داخلي. على العكس من ذلك، يعتمد تركيز الإلكترون والثقوب على نوع أشباه الموصلات الخارجية.

• لا يحمل أشباه الموصلات الداخلية أي تصنيف آخر بينما يتم تصنيف أشباه الموصلات الخارجية على أنّها أشباه موصلات من النوع (p) و(n).