منو
 کاربر Online
919 کاربر online
Lines: 1-67Lines: 1-67
 !دید کلی !دید کلی
 بیشترین مواد نه به ((مواد عایق|دی الکتریکهای)) خوب مانند ((کهربا)) ، ((کوارتز)) یا سفال تعلق دارند و نه رساناهای خوب مثل ((فلزات)) ، بلکه میان آنها جای بینابینی را اشغال می‌کنند. این مواد را ((نیم رسانا)) می‌نامند. ((رسانش الکتریکی مواد|رسانندگی اجسام)) گوناگون در گستره وسیعی تغییر می‌کند. دی الکتریکهای خوب دارای رسانندگی ناچیزی هستند از 10- 8 تا 18 - 10 ثانیه بر متر (__s/m__) ، در حالی که ((رسانش الکترکی فلزات|رسانندگی فلزات)) ، بر عکس آنها ، کاملا زیاد است: از 6 - 10 تا 8 - 10 ثانیه بر متر. از نظر رسانندگی نیم رساناها بین این دو حد قرار دارند. بیشترین مواد نه به ((مواد عایق|دی الکتریکهای)) خوب مانند ((کهربا)) ، ((کوارتز)) یا سفال تعلق دارند و نه رساناهای خوب مثل ((فلزات)) ، بلکه میان آنها جای بینابینی را اشغال می‌کنند. این مواد را ((نیم رسانا)) می‌نامند. ((رسانش الکتریکی مواد|رسانندگی اجسام)) گوناگون در گستره وسیعی تغییر می‌کند. دی الکتریکهای خوب دارای رسانندگی ناچیزی هستند از 10- 8 تا 18 - 10 ثانیه بر متر (__s/m__) ، در حالی که ((رسانش الکترکی فلزات|رسانندگی فلزات)) ، بر عکس آنها ، کاملا زیاد است: از 6 - 10 تا 8 - 10 ثانیه بر متر. از نظر رسانندگی نیم رساناها بین این دو حد قرار دارند.
 

 

 
 
 
 
  
-{img src=img/daneshnameh_up/2/2b/نیم رسانا.jpg} +{picture=semiconductor1.JPG}
  
 
 
 
 
 

 

 !رسانش در نیم رساناها !رسانش در نیم رساناها
 نیم رساناهای به اصطلاح الکترونیکی ، از توجه علمی و فنی خاصی برخوردارند مثل فلزات ، عبور ((جریان الکتریکی)) از داخل نیم رساناها هیچ گونه تبدیل شیمیایی به همراه ندارد. این امر ما را به این نتیجه می‌رساند که حاملهای بار آزاد در نیم رساناها ((الکترون|الکترونها)) هستند نه ((یون|یونها)). به عبارتی دیگر ، این مواد ، درست مثل فلزات ، __رسانش الکترونی__ دارند.

ولی این که در رسانندگی فلزات و نیم رساناها به شدت متفاوت است نشان می‌دهد که باید ، در شرایط عبور جریان الکتریکی از فلزات و نیم رساناها اختلاف کیفی نسبتا عمیقی وجود داشته باشد. تعدادی ویژگیهای دیگر نیز در خواص الکتریکی نیم رساناها وجود دارد که اختلاف اساسی در ساز و کار رسانشی فلزات و نیم رساناها را آشکار می‌کند.
 نیم رساناهای به اصطلاح الکترونیکی ، از توجه علمی و فنی خاصی برخوردارند مثل فلزات ، عبور ((جریان الکتریکی)) از داخل نیم رساناها هیچ گونه تبدیل شیمیایی به همراه ندارد. این امر ما را به این نتیجه می‌رساند که حاملهای بار آزاد در نیم رساناها ((الکترون|الکترونها)) هستند نه ((یون|یونها)). به عبارتی دیگر ، این مواد ، درست مثل فلزات ، __رسانش الکترونی__ دارند.

ولی این که در رسانندگی فلزات و نیم رساناها به شدت متفاوت است نشان می‌دهد که باید ، در شرایط عبور جریان الکتریکی از فلزات و نیم رساناها اختلاف کیفی نسبتا عمیقی وجود داشته باشد. تعدادی ویژگیهای دیگر نیز در خواص الکتریکی نیم رساناها وجود دارد که اختلاف اساسی در ساز و کار رسانشی فلزات و نیم رساناها را آشکار می‌کند.
 !رسانندگی در نیم رساناها !رسانندگی در نیم رساناها
 *رسانندگی برابر است با جریانی که بر اثر ((میدان الکتریکی)) با شدت 1__V/m__ (یک ولت بر متر) از واحد سطح مقطع رسانایی می‌گذرد. هر چه سرعت بدست آمده __u__ حاملهای بار در این میدان بالاتر و چگالی عددی حاملهای بار __n__ ، یعنی تعدادشان در واحد حجم بیشتر باشد، ((شدت جریان الکتریکی)) قویتر خواهد بود.

 *رسانندگی برابر است با جریانی که بر اثر ((میدان الکتریکی)) با شدت 1__V/m__ (یک ولت بر متر) از واحد سطح مقطع رسانایی می‌گذرد. هر چه سرعت بدست آمده __u__ حاملهای بار در این میدان بالاتر و چگالی عددی حاملهای بار __n__ ، یعنی تعدادشان در واحد حجم بیشتر باشد، ((شدت جریان الکتریکی)) قویتر خواهد بود.

 *در اجسام ((جامد)) و ((مایع)) و ((گازها)) تحت شرایط متعارفی ، سرعت حاملها به سبب اصطکاکی که در برابر حاملهای متحرک وجود دارد با ((شدت میدان الکتریکی)) متناسب است. در این موارد ، سرعت __u__ متناظر با شدت میدان الکتریکی 1__V/m__ (ولت بر متر) ، تحرک بار نام دارد.

 *در اجسام ((جامد)) و ((مایع)) و ((گازها)) تحت شرایط متعارفی ، سرعت حاملها به سبب اصطکاکی که در برابر حاملهای متحرک وجود دارد با ((شدت میدان الکتریکی)) متناسب است. در این موارد ، سرعت __u__ متناظر با شدت میدان الکتریکی 1__V/m__ (ولت بر متر) ، تحرک بار نام دارد.

-*اگر بارها در امتداد میدان با سرعت __u__ حرکت کنند، همه بارهایی که با فاصله __u__ (یا فاصله کمتر) از سطح مقطع واحد هستند، در واحد زمان از میان آن می‌گذرند. این بارها حجم __u__ (متر مکعب) را پر می‌کنند و تعدادشان __nq__ است. بارهایی که در واحد زمان از واحد سطح مقطع می گذرند برابرند با __nuq__ ، در اینجا __q__ بار یک حامل بار است، در نتیجه رسانندگی بار __nuq__ می‌باشد.


*اختلاف در رسانندگی فلزات و نیم رساناها به اختلاف بسیار زیاد در چگالی عددی حاملهای بار وابسته است. اندازه گیری نشان می‌دهند که یک متر مکعب فلز دارای 1028 تا 1029 الکترون است، یعنی به ازای هر اتم فلز حدود یک __الکترون آزاد__ وجود دارد. در نیم رساناها چگالی عددی الکترونهای رسانش کسری از میلیونیم این رقم می‌باشد.


* اختلاف مهم دیگر در خواص الکتریکی فلزات و نیم رساناها این است که رسانندگی آنها به طرق مختلف به ((دما)) وابستگی دارد. به خوبی می‌دانیم که ((تغییر مقاومت الکتریکی با دما|مقاومت رساناها)) با دما افزایش می‌یابد، یعنی رسانندگی آنها با دما کاهش می‌یابد. اما بر عکس آنها رسانندگی نیم رساناها با افزایش دما زیاد می‌شود. بر اثر گرم کردن تحرک الکترونها در فلزات کاهش می‌یابد، در حالیکه در نیم رساناها این تحرک بسته به محدوده دمای تحت بررسی ممکن است با افزایش دما بیشتر یا کمتر شود.

+*اگر بارها در امتداد میدان با سرعت __u__ حرکت کنند، همه بارهایی که با فاصله __u__ (یا فاصله کمتر) از سطح مقطع واحد هستند، در واحد زمان از میان آن می‌گذرند. این بارها حجم __u__ (متر مکعب) را پر می‌کنند و تعدادشان __nq__ است. بارهایی که در واحد زمان از واحد سطح مقطع می گذرند برابرند با __nuq__ ، در اینجا __q__ بار یک حامل بار است، در نتیجه رسانندگی بار __nuq__ می‌باشد.
 

 

 
 
 
 
  
 {img src=img/daneshnameh_up/6/63/0180.gif}  {img src=img/daneshnameh_up/6/63/0180.gif}
  
 
 
 
 
 

 

 +*اختلاف در رسانندگی فلزات و نیم رساناها به اختلاف بسیار زیاد در چگالی عددی حاملهای بار وابسته است. اندازه گیری نشان می‌دهند که یک متر مکعب فلز دارای 1028 تا 1029 الکترون است، یعنی به ازای هر اتم فلز حدود یک __الکترون آزاد__ وجود دارد. در نیم رساناها چگالی عددی الکترونهای رسانش کسری از میلیونیم این رقم می‌باشد.

 +* اختلاف مهم دیگر در خواص الکتریکی فلزات و نیم رساناها این است که رسانندگی آنها به طرق مختلف به ((دما)) وابستگی دارد. به خوبی می‌دانیم که ((تغییر مقاومت الکتریکی با دما|مقاومت رساناها)) با دما افزایش می‌یابد، یعنی رسانندگی آنها با دما کاهش می‌یابد. اما بر عکس آنها رسانندگی نیم رساناها با افزایش دما زیاد می‌شود. بر اثر گرم کردن تحرک الکترونها در فلزات کاهش می‌یابد، در حالیکه در نیم رساناها این تحرک بسته به محدوده دمای تحت بررسی ممکن است با افزایش دما بیشتر یا کمتر شود.

 

 

 
 
 
 
  
 {img src=img/daneshnameh_up/f/f2/0181.gif}  {img src=img/daneshnameh_up/f/f2/0181.gif}
  
 
 
 
 
 

 

 * اینکه رسانندگی نیم رساناها با دما به رغم کاهش تحرک حاملهای بار ، افزایش می‌یابد، نشان می‌دهد که با افزایش دما ، تعداد ((الکترون آزاد|الکترونهای آزاد)) در نیم رساناها خیلی سریع رشد می‌کند و اثر این عامل از کاهش تحرک قویتر است. در دمای خیلی پایین (در نزدیکی ((صفر مطلق))) در نیم رساناها تعداد الکترونهای آزاد به میزان قابل اغماض کم است. با بالا رفتن دما ، تعداد الکترونهای آزاد به شدت رشد می‌کند و در دمای به قدر کافی بالا ممکن است رسانندگی نیم رساناها به رسانندگی فلزات برسد.

این بستگی شدید تعداد الکترونهای آزاد به دما مشخصترین خصلت نیم رساناهاست، که آنها را از فلزات که تعداد الکترونهای آزادشان به دما بستگی ندارد، جدا می‌کند. این ویژگی نشان می‌دهد که در نیم رسانا برای انتقال یک الکترون از حالت مقید که در آن نمی‌تواند از حالتی به حالت دیگر حرکت کند، به حالت آزاد که در این حالت در جسم آزادانه پرسه می‌زند، باید به الکترون مقداری انرژی __W__ داده شود. این مقدار انرژی __W__ که آنرا ((انرژی یونش)) می‌نامند، برای موارد مختلف ، متفاوت است. اما بطور کلی از چند دهم تا چند الکترون ولت می‌رسد.

 * اینکه رسانندگی نیم رساناها با دما به رغم کاهش تحرک حاملهای بار ، افزایش می‌یابد، نشان می‌دهد که با افزایش دما ، تعداد ((الکترون آزاد|الکترونهای آزاد)) در نیم رساناها خیلی سریع رشد می‌کند و اثر این عامل از کاهش تحرک قویتر است. در دمای خیلی پایین (در نزدیکی ((صفر مطلق))) در نیم رساناها تعداد الکترونهای آزاد به میزان قابل اغماض کم است. با بالا رفتن دما ، تعداد الکترونهای آزاد به شدت رشد می‌کند و در دمای به قدر کافی بالا ممکن است رسانندگی نیم رساناها به رسانندگی فلزات برسد.

این بستگی شدید تعداد الکترونهای آزاد به دما مشخصترین خصلت نیم رساناهاست، که آنها را از فلزات که تعداد الکترونهای آزادشان به دما بستگی ندارد، جدا می‌کند. این ویژگی نشان می‌دهد که در نیم رسانا برای انتقال یک الکترون از حالت مقید که در آن نمی‌تواند از حالتی به حالت دیگر حرکت کند، به حالت آزاد که در این حالت در جسم آزادانه پرسه می‌زند، باید به الکترون مقداری انرژی __W__ داده شود. این مقدار انرژی __W__ که آنرا ((انرژی یونش)) می‌نامند، برای موارد مختلف ، متفاوت است. اما بطور کلی از چند دهم تا چند الکترون ولت می‌رسد.

 *در دماهای عادی ، انرژی میانگین حرکت گرمایی خیلی پایینتر از انرژی یونش است، ولی معلوم شده است که بعضی از ذرات (بویژه برخی از الکترونها) دارای سرعتها و انرژیهایی هستند که به مقدار زیادی از مقدار میانگین بیشتر است. بخش کوچکی از الکترونها آنقدر انرژی دارند که برای گذاشتن آنها از حالت مقید به حالت آزاد کافی است. همین الکترونها حتی در دمای عادی عبور جریان الکتریکی در نیم رسانا را تآمین می‌کنند.

 *در دماهای عادی ، انرژی میانگین حرکت گرمایی خیلی پایینتر از انرژی یونش است، ولی معلوم شده است که بعضی از ذرات (بویژه برخی از الکترونها) دارای سرعتها و انرژیهایی هستند که به مقدار زیادی از مقدار میانگین بیشتر است. بخش کوچکی از الکترونها آنقدر انرژی دارند که برای گذاشتن آنها از حالت مقید به حالت آزاد کافی است. همین الکترونها حتی در دمای عادی عبور جریان الکتریکی در نیم رسانا را تآمین می‌کنند.

 *با افزایش دما تعداد الکترونهای آزاد به سرعت رشد می‌کند. به عنوان مثال ، اگر انرژی __w__ لازم برای آزاد کردن یک الکترون در دمای عادی یک الکترون ولت (1ev) باشد، فقط یک الکترون از 1013 اتم دارای انرژی گرمایی به قدر کافی بالا برای رهایی خود خواهد بود.

 *با افزایش دما تعداد الکترونهای آزاد به سرعت رشد می‌کند. به عنوان مثال ، اگر انرژی __w__ لازم برای آزاد کردن یک الکترون در دمای عادی یک الکترون ولت (1ev) باشد، فقط یک الکترون از 1013 اتم دارای انرژی گرمایی به قدر کافی بالا برای رهایی خود خواهد بود.

 *چگالی عددی الکترونهای آزاد خیلی پایین است (حدود 1016m-3). اما باز هم برای ایجاد جریانهای قابل اندازه گیری کافی است. اگر دما تا 80 - درجه سانتیگراد پایین آورده شود، تعداد الکترونهای آزاد تا حدود 1.500000000 مقدار متناظر با دمای عادی کاهش می‌یابد و جسم عملا ((مواد عایق|دی الکتریک)) می‌شود. برعکس ، اگر دما تا 200 درجه سانتیگراد بالا برود، تعداد الکترونهای آزاد 20000 برابر و در دمای 800 درجه سانتیگراد این تعداد 500000000 برابر می‌شود. به رغم کاهش تحرک الکترونهای آزاد ، که اثر مخالف بوجود می‌آورد، رسانندگی جسم افزایش می‌یابد.

 *چگالی عددی الکترونهای آزاد خیلی پایین است (حدود 1016m-3). اما باز هم برای ایجاد جریانهای قابل اندازه گیری کافی است. اگر دما تا 80 - درجه سانتیگراد پایین آورده شود، تعداد الکترونهای آزاد تا حدود 1.500000000 مقدار متناظر با دمای عادی کاهش می‌یابد و جسم عملا ((مواد عایق|دی الکتریک)) می‌شود. برعکس ، اگر دما تا 200 درجه سانتیگراد بالا برود، تعداد الکترونهای آزاد 20000 برابر و در دمای 800 درجه سانتیگراد این تعداد 500000000 برابر می‌شود. به رغم کاهش تحرک الکترونهای آزاد ، که اثر مخالف بوجود می‌آورد، رسانندگی جسم افزایش می‌یابد.

 

 

-center>
+left>
 
 
  
-{img src=img/daneshnameh_up/5/59/semiconductor.jpg} +{picture=semiconductor.jpg height=300 width=300}
  
 
 
 
 
 

 

 *اختلاف اساسی بین نیم رساناها و فلزات در این است که در نیم رساناها برای انتقال الکترون از حالت مقید به حالت غیر مقید باید مقدار انرژی لازم به الکترون داده شود، ولی در فلزات ، حتی در دمای بسیار پایین ، تعداد زیاد الکترونهای آزاد وجود دارد. ((نیروی بین مولکولی|نیروهای اندرکنش بین مولکولی)) در فلزات خودشان به قدر کافی قوی هستند تا بخشی از الکترونها را آزاد کنند.

 *اختلاف اساسی بین نیم رساناها و فلزات در این است که در نیم رساناها برای انتقال الکترون از حالت مقید به حالت غیر مقید باید مقدار انرژی لازم به الکترون داده شود، ولی در فلزات ، حتی در دمای بسیار پایین ، تعداد زیاد الکترونهای آزاد وجود دارد. ((نیروی بین مولکولی|نیروهای اندرکنش بین مولکولی)) در فلزات خودشان به قدر کافی قوی هستند تا بخشی از الکترونها را آزاد کنند.

 *افزایش خیلی سریع تعداد الکترونهای آزاد با ((دما)) در نیم رساناها مربوط به این واقعیت است، که تغییر ((مقاومت الکتریکی)) با دما در نیم رساناها 10 تا 20 برابر فلزات است. در فلزات به ازای تغییر دمای یک درجه سانتیگراد رسانندگی بطور متوسط 0.3% تغییر می‌کند، در حالیکه در نیم رساناها همین اندازه تغییر در دما موجب 3 تا 6% تغییر در رسانندگی می‌شود و افزایش دما به اندازه 100 درجه سانتیگراد رسانندگی آنها را 50 برابر می‌کند. *افزایش خیلی سریع تعداد الکترونهای آزاد با ((دما)) در نیم رساناها مربوط به این واقعیت است، که تغییر ((مقاومت الکتریکی)) با دما در نیم رساناها 10 تا 20 برابر فلزات است. در فلزات به ازای تغییر دمای یک درجه سانتیگراد رسانندگی بطور متوسط 0.3% تغییر می‌کند، در حالیکه در نیم رساناها همین اندازه تغییر در دما موجب 3 تا 6% تغییر در رسانندگی می‌شود و افزایش دما به اندازه 100 درجه سانتیگراد رسانندگی آنها را 50 برابر می‌کند.
 !مباحث مرتبط با عنوان !مباحث مرتبط با عنوان
 *((اجسام نیم رسانا)) *((اجسام نیم رسانا))
 *((الکترون)) *((الکترون))
 *((الکترون آزاد)) *((الکترون آزاد))
 *((تغییر مقاومت الکتریکی با دما)) *((تغییر مقاومت الکتریکی با دما))
 *((جریان الکتریکی))  *((جریان الکتریکی))
 *((چگالی عددی)) *((چگالی عددی))
 *((رسانش الکترونی)) *((رسانش الکترونی))
 *((رسانش الکتریکی مواد)) *((رسانش الکتریکی مواد))
 *((رسانش در نیم رسانا)) *((رسانش در نیم رسانا))
 *((فلزات)) *((فلزات))
 *((مقاومت الکتریکی)) *((مقاومت الکتریکی))
 *((مواد عایق)) *((مواد عایق))
 *((نیم رسانا)) *((نیم رسانا))

تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 جمعه 11 فروردین 1385 [22:55 ]   4   مجید آقاپور      جاری 
 جمعه 11 فروردین 1385 [22:49 ]   3   مجید آقاپور      v  c  d  s 
 دوشنبه 30 آبان 1384 [07:57 ]   2   مجید آقاپور      v  c  d  s 
 دوشنبه 04 آبان 1383 [14:56 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..