فيديو السؤال: التعرف على الذرات المانحة التي تنتج أشباه الموصلات من النوع ‪n‬‏ الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

تطعم بلورة شبه موصلة نقية لتصبح شبه موصلة من النوع ‪n‬‏. أي العناصر الآتية يمكن استخدامه في عملية التطعيم هذه؟ أ: البورون، ب: الألومنيوم، ج: الفوسفور، د: النحاس.

بداية، دعونا نتذكر بعض المعلومات عن أشباه الموصلات من النوع ‪n‬‏. أولًا، يطلق عليها النوع ‪n‬‏؛ لأن كثافة الإلكترونات الحرة، التي يمثلها الرمز ‪n‬‏، أكبر من كثافة الفجوات. تذكر أن أي شبه موصل من النوع ‪n‬‏ يجب أن يحتوي على عدد ما من الأيونات المانحة الموجبة في شبكة شبه الموصل. هذه ذرات شائبة كانت في الأصل متعادلة الشحنة عند إضافتها إلى الشبكة، ولكنها أصبحت أيونات موجبة الشحنة لأنها منحت أحد إلكتروناتها الخارجية إلى الشبكة في صورة إلكترون حر.

لتحقيق هذا التأثير، يجب تطعيم شبه الموصل بذرات شائبة خماسية التكافؤ. تذكر أن الذرة الخماسية التكافؤ هي ذرة تحتوي على خمسة إلكترونات في غلافها الإلكتروني الخارجي.

إذن، بالعودة إلى السؤال المطروح، علينا تحديد أي من هذه العناصر يحتوي على خمسة إلكترونات خارجية في ذرة متعادلة. للمساعدة في تصور هذه المعلومات، دعونا نرسم لكل خيار مخططًا ذريًّا يوضح نوع العنصر والغلاف الإلكتروني الخارجي المشغول. لاحظ أنه ليس علينا النظر إلى الأغلفة الإلكترونية الداخلية للإجابة عن هذا السؤال. لذلك، لن ندرجها في المخططات.

نبدأ بالخيار أ، نلاحظ أن البورون يحتوي على ثلاثة إلكترونات خارجية. لذلك، نقول إنه ثلاثي التكافؤ، وليس خماسي التكافؤ. التطعيم بذرات ثلاثية التكافؤ لا ينتج شبه موصل من النوع ‪n‬‏، ومن ثم سنستبعد هذا الخيار.

بالمثل، يحتوي الألومنيوم على ثلاثة إلكترونات خارجية، ما يعني أنه ليس خماسي التكافؤ. علينا إذن استبعاد الخيار ب أيضًا.

بعد ذلك، يمكننا أن نرى أن ذرة الفوسفور المتعادلة تحتوي بالفعل على خمسة إلكترونات خارجية. ومن ثم، فإن الفوسفور ذرة خماسية التكافؤ. لذلك إذا استخدمنا الفوسفور لتطعيم شبه موصل نقي، فسيصبح شبه موصل من النوع ‪n‬‏. إذن الخيار ج صحيح.

ولكن دعونا نتحقق من الخيار د. يوضح المخطط أن النحاس يحتوي على إلكترون واحد فقط يشغل غلافه الإلكتروني الخارجي. ومن ثم، بما أن النحاس ليس خماسي التكافؤ، فلا يمكننا استخدامه شائبة لإنتاج شبه موصل من النوع ‪n‬‏. إذن، الخيار د خطأ.

بذلك نكون قد تأكدنا أن الخيار ج هو الخيار الصحيح. من بين كل العناصر المذكورة هنا، الفوسفور هو العنصر الوحيد الذي يمكن استخدامه شائبة لإنتاج شبه موصل من النوع ‪n‬‏.