پیوند کووالانسی نیمه هادی ها

0
1302

گرچه تعداد زیادی از عناصر دارای خاصیت نیمه هادی الکتریکی هستند ، ولی در اینجا به بررسی عناصر سیلیکن و ژرمانیم که دارای کاربرد وسیعی در الکترونیک می باشند، می پردازیم. این عناصر (سیلیکن و ژرمانیم ) عناصر چهار ظرفیتی بوده که در باند ظرفیت دارای چهار الکترون هستند [تعداد الکترونهای سیلیکن ۱۴ و ژرمانیم ۳۲ است ].

11.jpg

علاوه بر سیلیکن و ژرمانیم عناصر دیگر نظیر کربن و یا ترکیباتی مثل گالیم ، ارسنید (Ga-As) می توانند به صورت نیمه هادی مورد استفاده قرار گیرند ، ولی به علت ملاحظات عملی کاربرد سیلیکن و ژرمانیم در ساختن قطعات الکتریکی بطور وسیعی افزایش یافته است .
عناصر سیلیکن و ژرمانیم هر دو دارای ساختمان کریستالی هستند . ساختمان کریستالی این عناصر نظیر اکثر جامدات ، بصورت سه بعدی و منظم است .
ساختمان سه بعدی کریستالهای سیلیکن و ژرمانیم بصورت هرم چهار گوش می باشد که در هر راس آن یک اتم قرار گرفته است.
در این شبکه کریستالی چهار الکترون ظرفیت هر یک ازا تمها با الکترونهای ظرفیت اتمهای مجاور خود به اشتراک گذاشته شده و پیوند ظرفیتی تشکیل می دهند . بنابراین هر اتم ، دیگر دارای چهار الکترون ظرفیت نبوده بلکه در مدار خارجی آن هشت الکترون مشترک با سایر اتمهای مجاور قرار خواهد گرفت . این به اشتراک گذاشتن الکترونها باعث پیوند هر اتم با اتمهای مجاور خواهد بود . الکترونهایی که در این پیوندهای کووالانسی قرار می گیرند ، الکترونهای آزاد نبوده و نمی توانند در هدایت الکتریکی شرکت نمایند . این الکترونها وابسته به هسته های اتمی بوده و به این ترتیب این عناصر با وجود داشتن جهار الکترون ظرفیت ، دارای هدایت الکتریکی خیلی کمی خواهند بود .
اگر به اتمهای این عناصر انرژی کافی داده شود ، در اینصورت بعضی از این پیوندها شکسته شده و الکترونهای باند ظرفیت وارد باند هدایت شده و نظیر الکترون آزاد عمل می نمایند و به این ترتیب هدایت الکتریکی آن افزایش پیدا می کند .
انرژی لازم برای تحریک اتمها و یا شکستن پیوندهای کووالانسی می تواند بصورت انرژی نورانی ، حرارتی و یا الکتریکی به عنصر اعمال شود .
یک نیمه هادی خالص که در آن الکترونهای باند ظرفیت تشکیل پیوند کووالانسی می دهند بصورت یک عایق عمل می نمایند . در اینحالت سطوح انرژی باند هدایت خالی است . در درجه حرارت اتاق ، انرژی حرارتی کافی برای شکستن بعضی از پیوندهای ظرفیتی وجود دارد. بنابراین برخی از پیوندها شکسته شده و الکترونهایی آزاد می شوند . اما اگر نیمه هادی سرد شود و درجه حرارت آن به صفر مطلق برسد ؛ در اینصورت انرژی حرارتی از بین رفته وتمامی الکترونهای عنصر تشکیل پیونهای ظرفیتی خواهند داد (مگر اینکه شکل دیگری از انرژی به عنصر اعمال شده باشد ) . در اینحالت عنصر به هیچوجه هدایت نخواهد کرد .

bselectron.mihanblog.com

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید