فيديو السؤال: فهم المقصود بشبه الموصل من النوع ‪P‬‏ الفيزياء

أي من الآتي يصف شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ وصفًا صحيحًا؟ (أ) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحمل شحنة كلية سالبة. (ب) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحمل شحنة كلية موجبة. (ج) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ شبه موصل مصنوع من عنصر من عناصر الدورة الثالثة في الجدول الدوري. (د) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحتوي على شائبة؛ بحيث يكون عدد الإلكترونات الحرة في المادة أكبر من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي. (هـ) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحتوي على شائبة؛ بحيث يكون عدد الإلكترونات الحرة في المادة أقل من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي.

٠٨:٤٤

‏نسخة الفيديو النصية

أي من الآتي يصف شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ وصفًا صحيحًا؟ (أ) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحمل شحنة كلية سالبة. (ب) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحمل شحنة كلية موجبة. (ج) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ شبه موصل مصنوع من عنصر من عناصر الدورة الثالثة في الجدول الدوري. (د) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحتوي على شائبة؛ بحيث يكون عدد الإلكترونات الحرة في المادة أكبر من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي. (هـ) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحتوي على شائبة؛ بحيث يكون عدد الإلكترونات الحرة في المادة أقل من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي.

هذه هي خيارات الإجابة لكن قبل مناقشتها والاختيار بينها، دعونا نذكر أنفسنا بأشباه الموصلات. تصنع أشباه الموصلات عادة من عنصر يسمى السليكون. لنفترض أن هذه ذرة سليكون. ثمة أربعة إلكترونات في الغلاف الخارجي للسليكون، أو غلاف التكافؤ. تذكر أننا نتحدث فقط عن غلاف التكافؤ، لأن هناك إلكترونات داخلية أسفل غلاف التكافؤ هذا، لكنها لا تلعب أي دور مهم في أشباه الموصلات. ولذا، دعونا نتحدث بمزيد من التفصيل عن أشباه الموصلات المصنوعة من السليكون.

في الجزء الأكبر من أشباه الموصلات، ترتبط الكثير من ذرات السليكون بهذه الطريقة؛ بحيث تحاط ذرات السليكون بأكبر عدد ممكن من ذرات السليكون الأخرى، لدينا الآن ثمانية إلكترونات: واحد، اثنان، ثلاثة، أربعة، خمسة، ستة، سبعة، ثمانية. ففي كل رابطة، تمنح ذرة سليكون إلكترونًا، وتمنح الذرة الأخرى الإلكترون الآخر. وهذا ما تبدو عليه أشباه الموصلات النقية أو غير المطعمة. أما عندما يخضع شبه الموصل لعملية الإشابة، فإنه يصبح شبه موصل من النوع ‪p‬‏، أي النوع الموجب؛ أو النوع ‪n‬‏، أي النوع السالب. فما معنى هذا؟

لنفترض أننا نجري عملية الإشابة لشبه الموصل باستخدام ذرة بورون بها ثلاثة إلكترونات في غلاف التكافؤ. عند إشابة شبه الموصل بذرة بورون، تحل ذرة البورون في الأساس محل إحدى ذرات السليكون. لنفترض أن ذرة البورون حلت محل ذرة السليكون المركزية هذه. ما لدينا الآن هو ذرات السليكون مجددًا، لكن هذه المرة لدينا ذرة بورون في المركز. وبما أن البورون يحتوي على ثلاثة إلكترونات فقط في غلاف التكافؤ، بخلاف السليكون الذي يحتوي على أربعة إلكترونات، فهذا يعني أنه بمجرد تكون روابط أخرى حول ذرة البورون، يصبح هناك واحد، اثنان، ثلاثة، أربعة، خمسة، ستة، سبعة إلكترونات محيطة بها، وليس ثمانية؛ ويرجع السبب في ذلك إلى أن كل ذرة سليكون تمنح إلكترونًا واحدًا لكل رابطة. ولأن لدينا أربع ذراتمن السيليكون، توجد أربع روابط. ويمنح البورون ثلاثة إلكترونات من غلاف التكافؤ. إذن، يساوي هذا إجمالًا سبعة إلكترونات.

ويعني هذا أنه كان يوجد إلكترون في الأصل ولم يعد موجودًا بعد الإشابة. ونقص الإلكترون هذا هو ما يصنع الفرق كله في شبه الموصل من النوع ‪p‬‏. ويسمى شبه موصل من النوع ‪p‬‏ لأنه شبه موصلمن النوع الموجب. والسبب في ذلك هو أنه إذا وجد هذا الإلكترون الناقص، لكان لدينا شبه موصل نقي أو غير مطعم. ولكن عندما أجرينا عملية الإشابة باستخدام البورون، لم يعد لدينا إلكترون هنا. وعليه، فإن الشحنة السالبة التي كانت موجودة هنا في الظروف الطبيعية لم تعد موجودة. إذن، النقص في الشحنة السالبة هو ما حوله إلى شبه موصل من النوع الموجب.

علينا الانتباه هنا. فنحن لا نقول إن الشحنة الكلية للجزء الأكبر من المادة موجبة لعدم وجود إلكترون هنا بعد الآن. فالمادة بأكملها تظل متعادلة على الرغم من غياب الإلكترون هنا الذي كان موجودًا في شبه الموصل النقي، فغياب هذه الشحنة يعادل بواسطة عدد البروتونات في نواة البورون، نظرًا لأن ذرة البورون بها خمسة بروتونات في نواتها وخمسة إلكترونات تدور حولها. وهي مرتبة بهذا التوزيع الإلكتروني: إلكترونان في الغلاف الداخلي، وثلاثة إلكترونات في غلاف التكافؤ الخارجي كما رأينا بالفعل. فشحنة البورون الكلية أو الإجمالية متعادلة. لكن السبب الوحيد وراء تسميتها أشباه الموصلات من النوع الموجب في هذه الحالة هو عدم وجود إلكترون؛ ومن ثم، يكون هناك شحنة سالبة ناقصة مقارنة بما هو الحال في شبه الموصل النقي أو غير المطعم.

بوضع كل ذلك في اعتبارنا، دعونا نتناول الخيارات من (أ) إلى (هـ) لنرى أي الخيارات صواب. نبدأ بالخيار (أ) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحمل شحنة كلية سالبة. ذكرنا للتو أنه لا توجد شحنة كلية على أي نوع من أشباه الموصلات، سواء كانت مطعمة أو غير مطعمة. إذن، الخيار (أ) ليس صوابًا. وفي الخيار (ب)، شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحمل شحنة كلية موجبة. مرة أخرى، هذا ليس صوابًا، إذ لا توجد شحنة كلية على أشباه الموصلات. فلننظر إذن إلى الخيار (ج): شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ شبه موصل مصنوع من عنصر من عناصر الدورة الثالثة في الجدول الدوري. إذا نظرنا إلى الدورة الثالثة في الجدول الدوري، فسنلاحظ أنها تتكون من الصوديوم والمغنيسيوم والألومنيوم والسليكون والفسفور والكبريت والكلور والأرجون. يمكننا ملاحظة أن السليكون يقع في الدورة الثالثة من الجدول الدوري، وهو ما تتكون منه معظم أشباه الموصلات المطعمة.

إلا أن هذا الوصف ليس وصفًا جيدًا؛ لأن البورون، الذي يشيع استخدامه في إشابة أشباه الموصلات هذه لجعلها أشباه موصلات من النوع ‪p‬‏، لا يقع في الدورة الثالثة. بالإضافة إلى ذلك، لا تستخدم أي من هذه المواد الأخرى لإنتاج أشباه الموصلات من النوع ‪p‬‏. فلماذا إذن نصفها بدلالة الدورة الثالثة من الجدول الدوري؟ ليست هذه الإجابة الصحيحة التي نبحث عنها. أما الخيار (د) شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحتوي على شائبة؛ بحيث يكون عدد الإلكترونات الحرة في المادة أكبر من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي. هذا يبدو أقرب للإجابة الصحيحة، فنحن نتكلم عن الشوائب الآن. وكما ذكرنا، يعد البورون شائبة هنا. لكن مشكلة هذا التعريف هي أنه ينص على أن عدد الإلكترونات الحرة في المادة يكون أكبر من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي. يمثل الخيار (د) في الواقع تعريف أشباه الموصلات من النوع ‪n‬‏، أي النوع السالب.

ويصنع هذا النوع من أشباه الموصلات عن طريق إشابة شبه موصل نقي بعنصر مثل الأنتيمون الذي به خمسة إلكترونات في غلاف التكافؤ. ومن ثم، يؤدي ذلك إلى وجود مزيد من الإلكترونات المحيطة بذرة الأنتيمون المركزية. لذا، على الرغم من أن الخيار (د) قريب جدًّا مما نبحث عنه، فإنه يعرف أشباه الموصلات من النوع ‪n‬‏، وليس من النوع ‪p‬‏. أما الخيار (هـ) فينص على أن شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحتوي على شائبة؛ بحيث يكون عدد الإلكترونات الحرة في المادة أقل من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي. وهذا هو التعريف المضبوط الذي نبحث عنه. فهو أولًا يتحدث عن شائبة، وهي البورون في حالتنا هذه التي ناقشناها بالفعل. وثانيًا، يخبرنا أن الشائبة تعمل على جعل عدد الإلكترونات الحرة في المادة أقل من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي كما رأينا من قبل. إذن، الإجابة النهائية هي الخيار (هـ): شبه الموصل من النوع ‪p‬‏ مادة شبه موصلة تحتوي على شائبة؛ بحيث يكون عدد الإلكترونات الحرة في المادة أقل من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.