نسخة الفيديو النصية
أي مما يأتي يكمل العبارة على نحو صحيح؟ إضافة الشوائب التي تتكون من ذرات الأنتيمون إلى بلورة شبه موصل نقية يزيد من عدد (فراغ). أ: الإلكترونات المقيدة، ب: الإلكترونات الحرة، ج: الفجوات، د: كل ما سبق.
مطلوب منا في هذا السؤال التعرف على تأثير إضافة شوائب إلى شبه موصل نقي. تسمى هذه العملية بالتطعيم. وفي هذا السؤال، نتناول تطعيم شبه موصل بذرات الأنتيمون. لكي نتناول تأثيرات التطعيم بذرات الأنتيمون، دعونا نبدأ بتذكر بعض الخواص الرئيسية لأشباه الموصلات. أولًا: نتذكر أن شبه الموصل يوصل الكهرباء عن طريق حاملات شحنات حرة، هي الإلكترونات الحرة والفجوات.
تؤدي زيادة كمية أي من نوعي حاملات الشحنة إلى زيادة توصيلية أشباه الموصلات. ومن الطرق التي يمكننا بها فعل ذلك التطعيم. لتطعيم شبه موصل، نضيف ذرات شائبة تحتوي على ثلاثة أو خمسة إلكترونات في مداراتها الخارجية إلى شبكة شبه موصل نقي. لعلنا نتذكر أن الذرة التي تحتوي على ثلاثة إلكترونات خارجية تسمى ثلاثية التكافؤ، والذرة التي تحتوي على خمسة إلكترونات خارجية تسمى خماسية التكافؤ.
تعتمد تأثيرات التطعيم على نوع الشائبة المستخدمة. على سبيل المثال: عادة ما تسمى ذرات الشائبة الثلاثية التكافؤ بالأيونات المستقبلة؛ لأنها تستقبل إلكترونًا من الشبكة إلى غلافها الخارجي. وهذا يزيد من عدد الفجوات في الشبكة. أما ذرات الشائبة الخماسية التكافؤ، فتسمى عادة بالأيونات المانحة؛ لأنها تمنح إلكترونًا حرًّا للشبكة. وهذا يزيد من عدد الإلكترونات الحرة في الشبكة.
إن مفتاح الإجابة عن هذا السؤال هو إدراك أن ذرة الأنتيمون تحتوي على خمسة إلكترونات في غلافها الخارجي؛ ومن ثم فإن الأنتيمون خماسي التكافؤ. وقد أثبتنا بالفعل أن التطعيم باستخدام ذرات خماسية التكافؤ يزيد من عدد الإلكترونات الحرة في شبه الموصل؛ لذا يبدو أن الخيار ب هو الإجابة الصحيحة. ولكن لنتأكد من الإجابة، دعونا نتحقق من الخيارات الأخرى.
ينص الخيار أ على أن التطعيم بالأنتيمون يزيد من عدد الإلكترونات المقيدة في شبه الموصل. على الرغم من أن هذا صحيح بالفعل، فما من سبب يجعلنا نريد أو نحتاج إلى زيادة عدد الإلكترونات المقيدة في شبه موصل عن قصد؛ لأن الإلكترونات المقيدة نفسها لا توصل الكهرباء. وبما أنه لا يعنينا فعليًّا عدد الإلكترونات المقيدة في شبه موصل، فإن الخيار أ ليس الخيار الأفضل.
يشير الخيار ج إلى أن التطعيم بالأنتيمون سيزيد من عدد الفجوات. هذا ليس صحيحًا. رأينا سابقًا أنه عندما نطعم شبه موصل لزيادة عدد الفجوات في الشبكة، علينا استخدام شائبة ثلاثية التكافؤ، وهو ما لا ينطبق على الأنتيمون. وعليه، فإن الخيار ج غير صحيح.
بناء على تحليلنا للخيارين أ، ج، لا يمكن أن يكون الخيار د صحيحًا أيضًا. وبذلك لا يتبقى لدينا سوى الخيار ب، وهو الإجابة الصحيحة. إضافة الشوائب التي تتكون من ذرات الأنتيمون إلى بلورة شبه موصل نقية يزيد من عدد الإلكترونات الحرة.
