ما هو الفرق بين فرقة التكافؤ وشريط التوصيل ، وخاصة بالنسبة لأشباه الموصلات؟


الاجابه 1:

ما هو الفرق بين فرقة التكافؤ وشريط التوصيل ، وخاصة بالنسبة لأشباه الموصلات؟

تعتمد طاقة الإلكترون الموجود في الذرة على مداره. إذا كان هناك إلكترون واحد فقط في الذرة ، كما في حالة الهيدروجين ، يتم تحديد مستوى طاقة الإلكترون في كل مدار مسموح به بوضوح.

في المواد الصلبة ، تكون الذرات معبأة بالقرب من بعضها البعض ولكل ذرة أكثر من إلكترون واحد. وبالتالي فإن مستوى الطاقة لأي إلكترون لا يتأثر فقط بالإلكترونات الأخرى في نفس الذرة ولكن أيضًا بالشحنات الموجودة في الذرات المجاورة. نتيجة لذلك ، فإن الإلكترونات المختلفة في المادة الصلبة التي لها نفس العدد المداري لها مستويات طاقة متفاوتة بعض الشيء. نظرًا لوجود ملايين الإلكترونات في قطعة من المواد الصلبة ، يمكن اعتبار مستويات الطاقة المنفصلة المتغيرة قليلاً هذه بمثابة شريط مستمر.

وبالتالي ، في كل المواد الصلبة ، يكون لكل مدار شريط طاقة بدلاً من مستوى طاقة ثابت ، على عكس ذرة الهيدروجين المعزولة.

الإلكترونات الموجودة في المدارات الداخلية ممسكة بإحكام بواسطة النواة. ومع ذلك ، في الحالات التي يكون فيها للمدار الأبعد (التكافؤ) مجرد عدد قليل من الإلكترونات ، كما في حالة المعادن ، فإن الإلكترونات الموجودة في نطاق التكافؤ لا يتم الاحتفاظ بها بإحكام بواسطة النواة مثل الإلكترونات الأخرى. نظرًا لأن إلكترونات التكافؤ هذه تمسك بنطاق فضفاض للنواة ، فإنها تميل إلى التحرر من النواة في درجات حرارة الغرفة ، أو حتى درجات الحرارة المنخفضة. ليس لديهم طاقة كافية لترك المعدن ولكن يمكنهم التحرك بحرية من ذرة إلى ذرة. هذه تسمى إلكترونات التوصيل وهي مسؤولة عن توصيل التيار الكهربائي من خلال الموصلات.

مستوى الطاقة لهذه الإلكترونات الموصلة هو مستوى توصيل الطاقة ويسمى نطاق الطاقة المقابل بفرقة التوصيل.

شريط التوصيل هو شريط الطاقة التالي المسموح به خارج نطاق التكافؤ.

الفصل بين شريط التوصيل ونطاق التكافؤ هو فجوة الطاقة المحظورة أو فجوة النطاق.

فجوة الشريط كبيرة بالنسبة للعوازل ، وصغيرة لأشباه الموصلات وصغيرة للغاية أو حتى صفرية (عندما يتداخل نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل) للموصلات.

Incaseofsemiconductorsthebandgapislessthan3eV.Atroomtemperaturesomeelectronsinthevalenceorbitgetenoughenergytojumptotheconductionbandandthusbecomeavailableforconductingelectriccurrent.Consequently,semiconductorshaveasmallconductivityofaround[math]106[/math]to[math]104[/math]S/mandhenceitsconductivityisinbetweenthatofconductorsandinsulators.In case of semiconductors the band gap is less than 3 eV. At room temperature some electrons in the valence orbit get enough energy to jump to the conduction band and thus become available for conducting electric current. Consequently, semiconductors have a small conductivity of around [math]10^{-6}[/math] to [math]10^4[/math] S/m and hence its conductivity is in between that of conductors and insulators.

Theseareintrinsicsemiconductors,suchaspuresiliconandgermaniumhaving4valenceelectrons.Theyarenotofmuchpracticaluseinsuchastate.These are intrinsic semiconductors, such as pure silicon and germanium having 4 valence electrons. They are not of much practical use in such a state.

Ifimpuritieshaving3or[math]5[/math]valenceelectrons,calleddopants,areaddedtosemiconductorstheirconductivityincreasestremendously.Siliconandgermaniumwithsuitabledopantsareusedforthemanufactureofvarioussemiconductordevices.If impurities having 3 or [math]5[/math] valence electrons, called dopants, are added to semiconductors their conductivity increases tremendously. Silicon and germanium with suitable dopants are used for the manufacture of various semiconductor devices.