أشباه الموصلات
نحن نعلم أنّ أشباه الموصلات من النوع (p) والنوع (n) تأتي تحت أشباه الموصلات الخارجية. يمكن أن يتم تصنيف أشباه الموصلات على أساس المنشطات مثل الداخلية والخارجية حسب مسألة النقاء المعنية. هناك العديد من العوامل التي تولد الاختلاف الرئيسي بين هذين النوعين من أشباه الموصلات. يمكن تكوين مادة شبه موصلة من النوع (p) عن طريق إضافة عناصر المجموعة الثالثة. وبالمثل، يمكن تشكيل مادة أشباه الموصلات من النوع (n) عن طريق إضافة عناصر المجموعة الرابعة.
مفهوم أشباه الموصلات
يمكن تعريف أشباه الموصلات من النوع (P)، بمجرد إضافة ذرات الشوائب ثلاثية التكافؤ مثل “الإنديوم والغاليوم” إلى أشباه الموصلات الداخلية، ومن ثم تُعرف باسم أشباه الموصلات من النوع (p). في هذا النوع من أشباه الموصلات، تكون ناقلات الشحنة عبارة عن ثقوب “شحنات موجبة” بينما حاملات الشحنة الأقلية عبارة عن إلكترونات. كثافة الثقب أعلى من كثافة الإلكترونات. يقع مستوى القبول (accepts level) بشكل أساسي بالقرب من نطاق التكافؤ.
يمكن تعريف أشباه الموصلات من النوع (N)، بمجرد إضافة ذرات الشوائب الخماسية التكافؤ مثل (Sb) إلى أشباه الموصلات الداخلية، ومن ثمّ تُعرف باسم أشباه الموصلات من النوع (n). في هذا النوع من أشباه الموصلات، تكون ناقلات الشحنة عبارة عن إلكترونات بينما حاملات الشحنة الأقلية عبارة عن ثقوب “شحنات موجبة”. كثافة الإلكترونات أعلى من كثافة الثقوب. يقع مستوى المتبرع (donor level) بشكل أساسي بالقرب من نطاق التوصيل.
الفرق بين أشباه الموصلات
العوامل المختلفة مثل عنصر المنشطات (doping element)، وطبيعة عنصر المنشطات، وناقلات الأغلبية والأقلية في أشباه الموصلات من النوع (p) و(n). يتم أخذ كثافة الإلكترونات والثقوب ومستوى الطاقة ومستوى فيرمي (Fermi level) واتجاه حركة معظم ناقلات الحاملات وما إلى ذلك في الاعتبار عند شرح الفرق بين أشباه الموصلات من النوع (p) و(n).
جدول المقارنة بين أشباه الموصلات من النوع – P والنوع – N:
| أوجه المقارنة | أشباه الموصلات من النوع – P | أشباه الموصلات من النوع – N |
| مجموعة عنصر المنشطات | في النوع (P)، يضاف عنصر مجموعة أشباه الموصلات (III) كعنصر منشطات. | في النوع (n)، يُضاف عنصر مجموعة أشباه الموصلات (V) كعنصر منشطات. |
| طبيعة عنصر المنشطات | الشوائب المضافة تخلق فراغًا للإلكترونات (ثقوب) تسمى الذرة المستقبلة (Acceptor Atom). | توفر الشوائب المضافة إلكترونات إضافية وتُعرف باسم الذرة المانحة(Donor Atom). |
| نوع الشوائب المضافة | تضاف شوائب ثلاثية التكافؤ مثل (Al ،Ga ،In). | تضاف شوائب خماسية مثل (P ،As ،Sb ،Bi). |
| ناقلات الأغلبية | الثقوب هي ناقلات الشحنة الأغلبية. | الإلكترونات هي ناقلات الشحنة الأغلبية. |
| ناقلات الأقلية | الإلكترونات هي ناقلات الشحنة الأقلية. | الثقوب هي حاملات الشحنة الأقلية. |
| كثافة الإلكترونات والثقوب | كثافة الثقب أكبر بكثير من كثافة الإلكترون. (nh >> ne) | كثافة الإلكترون أكبر بكثير من كثافة الثقب. (ne >> nh) |
| مستوى الطاقة | يكون مستوى طاقة المستقبل قريبًا من نطاق التكافؤ وبعيدًا عن نطاق التوصيل. | مستوى طاقة المانح قريب من نطاق التوصيل وبعيدًا عن نطاق التكافؤ. |
| مستوى فيرمي | يقع مستوى فيرمي بين مستوى طاقة المستقبل ونطاق التكافؤ. | يقع مستوى فيرمي بين مستوى طاقة المانح ونطاق التوصيل. |
| حركة ناقلات الأغلبية | تنتقل ناقلات الأغلبية من الأعلى إلى الأقل جهد. | ناقلات الأغلبية تنتقل من الأقل إلى الأعلى جهد. |
| شحنة أشباه الموصلات | عندما يكون تركيز الثقوب مرتفعًا، فإنّ هذا النوع من أشباه الموصلات يحمل شحنة (+ Ve). | يحمل هذا النوع من أشباه الموصلات شحنة (-Ve). |
| المستقبلات | يسمى تكوين الثقوب في هذا النوع من أشباه الموصلات كمستقبلات. | يسمى تكوين الإلكترونات في هذا النوع من أشباه الموصلات بالمستقبلات. |
| نوع الموصلية | الموصلية من النوع (p) بسبب وجود ناقلات الشحنة مثل الثقوب. | الموصلية من النوع (n) بسبب وجود ناقلات الشحنة مثل الإلكترونات. |
شرح الفرق بين أشباه الموصلات من النوع – p و n:
- في أشباه الموصلات من النوع (p)، يُضاف عنصر المجموعة (III) في الجدول الدوري كعنصر منشطات، بينما في النوع (n)، يكون عنصر المجموعة (V) هو عنصر المنشطات.
- يتم إضافة شوائب ثلاثية التكافؤ مثل الألومنيوم والغاليوم والإنديوم في أشباه الموصلات من النوع (p)، بينما تتم إضافة الشوائب الخماسية التكافؤ في أشباه الموصلات من النوع (n) مثل الزرنيخ والأنتيمون والفوسفور والبزموت وما إلى ذلك.
- توفر الشوائب المضافة في أشباه الموصلات من النوع (p) ثقوبًا إضافية تُعرف باسم ذرة (Acceptor)، بينما توفر شوائب أشباه الموصلات من النوع (n) إلكترونات إضافية ويطلق عليها اسم الذرة المانحة (Donor).
- في أشباه الموصلات من النوع (p)، تكون ناقلات الأغلبية عبارة عن ثقوب، وناقلات الأقلية عبارة عن إلكترونات. في أشباه الموصلات من النوع (n)، تكون الإلكترونات حاملة للأغلبية، والثقوب هي ناقلات أقلية.
- كثافة الإلكترون أكبر بكثير من كثافة الثقب في أشباه الموصلات من النوع (n) والمشار إليها بـ (ne >> nh) بينما في أشباه الموصلات من النوع (p) تكون كثافة الثقب أكبر بكثير من كثافة الإلكترون (nh >> ne).
- في أشباه الموصلات من النوع (n)، يكون مستوى طاقة المانح قريبًا من نطاق التوصيل وبعيدًا عن نطاق التكافؤ. في أشباه الموصلات من النوع (p)، يكون مستوى طاقة المستقبل قريبًا من نطاق التكافؤ وبعيدًا عن نطاق التوصيل.
- يقع مستوى فيرمي لأشباه الموصلات من النوع (n) بين مستوى طاقة المانح ونطاق التوصيل بينما يقع مستوى فيرمي لأشباه الموصلات من النوع (p) بين مستوى طاقة المستقبل ونطاق التكافؤ.
- تنتقل ناقلات الأغلبية من الجهد الأعلى إلى الجهد الأقل في النوع (p) بينما، في النوع (n)، تنتقل ناقلات الأغلبية من الجهد الأقل إلى الجهد الأعلى.
