السيليكون والجرمونيوم هما مواد تنتميان إلى عائلة الموصلات، وتحتوي كل ذرة منهما على حوالي أربعة إلكترونات تكافؤ، وتسمى هذه الإلكترونات التكافؤ الذري، وتوجد في المدار الخارجي للذرة وتساهم في التفاعلات الكيميائية، ولكن هناك اختلافات بينهما في عدة أشياء، وهذا ما سنتعرف عليه اليوم.
الفرق بين السيليكون والجرمانيوم
الفرق بين السيليكون والجرمانيوم يكمن في أن ذرة السيليكون تحتوي على حوالي 14 بروتونًا في النواة، في حين أن ذرة الجرمانيوم تحتوي على 32 بروتونًا، بالإضافة إلى بعض الاختلافات في التركيب الذري بين الموادين.
ما هي المواد الموصلة
تشير هذه المواد إلى تلك التي يمكن لإلكترونات المدار الخارجي فيها أن تتحرك بشكل تلقائي، كما أنها تتحرك بطريقة عشوائية بين الذرات، وفي حال تعرضها لفرق جهد، فإنه يتكون تيار كهربي.
امثلة على المواد الموصلة
1_ الفضة.
2_ النحاس.
3_ الالمونيوم.
4_ المعادن بشكل عام.
ما هي المواد العازلة
تُعرف المواد العازلة بأنها تلك المواد التي تتميز بقوة الجذب للنواة الإلكترونية للمدار الخارجي، ولذلك فإنها لا تستطيع الإفلات من الذرة.
بعض الأمثلة على المواد العازلة
1_ الورق.
2_ الزجاج.
3_ الميكا.
4_ البلاستيك.
5_ المطاط، وغيرها من المواد.
ما هي المواد الشبه موصلة
تعتبر الذرة هي الجزء الأصغر في العنصر الكيميائي، واستنادًا إلى نظرية بوهر فإنها تتكون من نواة مركزية محاطة بسحابة من الإلكترونات ذات الشحنة السالبة، والتي تدور حول النواة في مدارات بيضاوية. هذه النظرية تعتبر من النظريات الأساسية في الكيمياء والفيزياء الحديثة.
كيف تتكون الذرة
تحتوي نواة الذرة على نوعين من الأجسام، أحدهما يحمل شحنة موجبة ويُعرَف باسم البروتونات، والآخر هو نيوترونات متعادلة الشحنة، وهي الأجسام التي تدور حول النواة وتُعرَف باسم الإلكترونات وهي ذات شحنة سالبة، وتتواجد في مُدارات ثابتة.
الرابطة التساهمية في اشباه الموصلات
إذا كان لدى ذرة الجرانيوم حوالي أربعة إلكترونات في المدار الخارجي، فإن نطاق التكافؤ للجرمانيوم يحتاج إلى ثمانية إلكترونات في المدار الخارجي. وبالتالي، تشترك كل ذرة في تلك الأربعة إلكترونات التي تم تحويلها بوضوح، وتسمى هذه العملية الرابطة التساهمية. في هذه الرابطة، تبدو الذرة وكأنها محاطة بثمانية إلكترونات، أي الأربع ذرات الأصلية وأربع ذرات أخرى من خلال الرابطة التساهمية. وبهذه الطريقة، لا يمكن أن توصل الذرة الطاقة لأنه لا توجد إلكترونات حرة لنقلها، ويطلق على هذا التركيب البلوري اسم البناء البلوري.
يعتبر السيليكون والجرمانيوم موادًا عازلة ونقية، ولكن بعد إضافة بعض الشوائب إليها، تتحول إلى مواد موصلة.
تعريف البلورة السالبة N
يجب تطعيم البلورة بمواد شائبة مثل الفسفور والزنك والانتيمون لتصبح قابلة للتوصيل، وبعض المواد التي تحتوي على خمسة إلكترونات خارجية يمكن توصيل التيار الثنائي في اتجاه الأمام وعدم توصيله في الاتجاه المعاكس.
تركيب الثنائي
الثنائي هو عنصر إلكتروني يتكون من طرفين، ويسمح بتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط. هذا يحدث عندما يكون جهد الأنود أعلى بالنسبة للكاثود في الاتصال الأمامي، ولا يسمح بمرور تيار كهربائي إلا بشكل ضئيل. وعندما يكون الأنود سالبا بالنسبة للكاثود في الاتصال العكسي، فإنه يعمل كمفتاح جهد يسمح بتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط.
نود التنويه إلى أنه، نظرًا لاستخدام المصطلح الإنجليزي في العديد من المحلات والشركات، يجب علينا ذكر الاسم الإنجليزي للثنائي وهو الدايود.
خواص الثنائي
يتم توصيل الثنائي بالتيار عندما يكون الموصل في الاتجاه الأمامي، ولا يتم توصيل التيار عندما يكون الموصل في الاتجاه العكسي.
تمرير التيارات الكهربائية
يتيح الثنائي مرور التيار في الاتجاه الأمامي عندما يتجاوز الجهد الحاجز، وهو الجهد الذي يبدأ به الثنائي في عملية التوصيل، وقيمة هذا الجهد الحاجز تكون 0.7 فولت في ثنائيات السيليكون و0.3 فولت فقط في ثنائيات الجرمانيوم.
لتمرير التيار الكهربي
يجب أن يتمثل الجزء السفلي من المنحنى بحالة التوصيل العكسي، حيث يظل التيار تقريبًا مساويًا للصفر حتى يصل الجهد إلى جهد الانهيار، حيث يمر بتيار عكسي شديد وإذا لم يتم التحكم فيه يمكن له أن يتسبب في تلف الثنائي.