دید کلی

از تماس بین دو نیم رسانا ، با ساز و کارهای رسانش مختلف حفره‌ای و الکترونی ، شماری پدیده‌های جالب مشاهده می‌شود. بسته به اینکه جریان الکتریکی از نیم رسانای نوع p به نیم رسانای نوع n باشد یا در جهت مخالف ، رسانندگی ناحیه تماس می تواند متفاوت باشد. مثلا اگر اکسید مس (Cu₂O) را با دی اکسید تیتانیم (TiO₂) ، که دارای رسانش الکترونی است، در تماس قرار می دهیم، در ولتاژ یکسان جریان از اکسید مس به سمت دی اکسید تیتانیم 10000 برابر جهت مخالف است.

اتصالهای p-n

برای یافتن دلایل پدیده‌های عجیب ظاهر شده در اتصالات نیم رسانایی باید فرآیندهایی را بررسی کنیم که در اتصالهای به اصطلاح p-n ، یعنی در مرز بین نیم رساناهای نوع p و n رخ می‌دهند. در نیم رسانای الکترونی ، حاملهای الکترونهای آزاد اکثریت دارند و تعداد آنها خیلی بیش از حفره‌ها است. برعکس ، در نیم رسانای حفره‌ای تعداد حفره‌ها به مقدار زیادی از تعداد آنها بیشتر است. وقتی که این دو ماده را در تماس با یکدیگر قرار می‌دهیم، الکترونها از نیم رسانای n ، جایی که چگالی عددی آنها بیشتر است، در نیم رسانای p جایی که کمتر هستند، پخش می‌شوند.

درست در همان طریقی که در تماس دو محلول ، اتمهای ماده محلول از محلول غلیظ در محلول رقیق پخش می‌شوند. به همین دلیل ، حفره‌ها از نیم رسانای حفره‌ای در نیم رسانای الکترونی پخش می‌شوند. در نتیجه ، لایه مرزی در هر دو نیم رسانا از حاصلهای اکثریت تهی می‌شود، یعنی یک لایه به اصطلاح سدی در مرز درست می‌شود که مقاومت آن از خود نیم رساناها خیلی بیشتر است. در واقع مقاومت این لایه سدی است که مقاومت ، دو جسم در تماس را تعیین می‌کند.

تعادل بین حاملهای بار نیم رسانایی

بطور طبیعی این پرسش مطرح می‌شود که چه موقع پخش حفره‌ها از نیم رسانای p و الکترون از نیم رسانای n متوقف می‌شود؟ چون بارهای مثبت ، نیم رسانای نوع را ترک می کنند. الکترون وارد آن می‌شوند، این نیم رسانا در ناحیه مرزی بار کسب می‌کند. به همین ترتیب ، لایه مرزی نیم رسانای نوع بار کسب می‌کند. زیرا حفره‌ها وارد آن می‌شوند و الکترونها آن را ترک می‌کنند. از اینرو در نزدیکی مرز یک لایه الکتریکی دو گانه تشکیل می‌شود، که در آن جهت میدان الکتریکی از نیم رسانای نوع n به طرف نیم رسانای نوع p است.

به عبارت دیگر ، این میدان با پخش الکترون و حفره‌ها مخالفت می‌کند. هرگاه شدت این میدان به چنان مقداری برسد که اثر آن کشش الکترونهای آزاد و حفره را به ناحیه “بیگانه“ خنثی کند، تعادل برقرار و پخش متوقف می‌گردد.

یکسو کننده‌های معروف

اکسید مس و سلنیوم از یک سو کننده‌هایی هستند که کاربرد وسیعی دارند. این یک سو کننده‌ها قبل از اینکه اندیشه فرآیندهای فیزیکی در آنها اتفاق می‌افتد به روشنی فرمول بندی می‌شوند، از طریق تجربی گسترش داده شده است.

• یکسو کننده اکسید مس یک تیغه مسی است که در دمای 1000 درجه سانتیگراد با لایه‌ای از اکسید مس (Cu₂O) اندوخته شده است. این لایه در دمای حدود 600 درجه سانتیگراد با اکسیژن اشباع و بعد سریعا سر شده است. لایه مونوکسید مس (CuO) درست شده روی سطح اکسید مس را با اسیدی شستشو می دهند و اکسید مس با لایه ای از مس اندود می کنند.
  
  زمانی که این تیغه به باتری وصل می شو.د، جریانی که از تیغه مس به باتر ی می گذرد، مقدارش خیلی زیاد است. یعنی مقاومت صفحه خیلی کم است. اگر قطب های باتری را عوض کنیم. یعنی بگذاریم جریان تیغه مسی به طرف اکسید مس عبور کند، جریان هزاران مرتبه ضعیفتر می شود، زیرا در این راستا مقاومت صفحه هزاران برابر است از اینرو تیغه همان دو قطبی یکسو کننده الکتریکی است که جریان را از یک جهت عبور می‌دهد و از طرف دیگر تقریبا عبور نمی‌دهد.
• یکسو کننده سلنیوم نیز همان خواص را دارد. یکسو کننده سلنیوم عبارت از یک لایه سلنیوم است که به تیغه آهنی پوشیده شده از نیکل وصل شده است. لایه سلنیوم را الکترود دومی ساخته شده از آلیاژ بیسموت ـ قلع ـ کادمیوم پوشانده است. پس از گرم کردن دراز مدت و گذراندن جریان ، چنین دستگاهی نیز خاصیت رسانش یک طرفه کسب می کند. در یکسو کننده‌های سلنیوم لایه سومی در مرز سلنیوم (نیم رسانای نوع p) و سلنید کادمیم که در ضمن پروراندن تیغه‌ها ظاهر می‌شود، تشکیل می‌گردد و رسانندگی نیم رسانای نوع n را دارد.

کاربردهای یکسو کننده‌های نیم رسانا

امروزه یک سو کننده‌های نیم رسانا شناخته شده از ژرمانیوم ، سیلیسیم و نیم رساناهای دیگر در صنعت (بویژه در مهندسی رادیو) کاربرد زیادی یافته‌اند. طبیعت رسانش ژرمانیوم با داخل کردن اتمهای ناخالص از بعضی از عناصر می‌تواند تغییر کند. مثلا اگر روی سطح ژرمانیوم که رسانش الکترونی دارد تکه کوچکی از ایندیم را ذوب کنیم، لایه سطحی نازکی که درون آن اتمهای ایندیم پخش شده‌اند. بصورت رسانش حفره‌ای در می‌آید و در جسم ژرمانیوم اتصال p-n درست می‌شود، که دارای خاصیت یکسو کنندگی (رسانش یک طرفه) است.

نیم رساناهای با اتصال p-n را در تقویت کننده‌های نیم رسانایی ترانزیستورها بکار می‌برند که جای تقویت کننده های سه قطبی را گرفته‌اند. از جهات مختلف ، این عناصر نسبت به لامپهای الکترونی خلا مزایای زیادی دارند. زیرا اندازه شان خیلی کوچک است، عمر مفید طولانی دارند و نسبت به لامپهای الکترونی انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

مباخث مرتبط با عنوان

• آلایش نیم رسانا
• اجسام نیم رسانا
• بار الکتریکی
• پیوند p-n
• حامل بار حفره
• دو قطبی یکسو کننده الکتریکی
• رسانش الکترونی
• رسانش حفره ای
• ژرمانیوم
• لامپهای الکترونی
• مقاومت الکتریکی
• نیم رسانای الکترونی
• نیم رسانای حفره‌ای
• یکسو کننده اکسید مس
• یکسو کننده سلنیوم

• دید کلی:
• اتصال هایp-n :
• تعادل بین حامل های بار نیم رسانایی:
• یک سو کننده های معروف:
• کاربردهای یک سو کننده های نیم رسانا:
• مباخث مرتبط با عنوان:

دید کلی:

از تماس بین دو نیم رسانا ، با ساز و کارهای رسانش مختلف حفره ای و الکترونی)، شماری پدیده های جالب مشاهده می شود. بسته به اینکه جریان الکتریکی از نیم رسانای نوع p به نیم رسانای نوع n باشد یا در جهت مخالف ، رسانندگی ناحیه تماس می تواند متفاوت باشد. مثلا اگر اکسید مس (Cu2o) را با دی اکسید تیتانیم (Tio2) ، که دارای رسانش الکترونی است، در تماس قرار می دهیم، در ولتاژ یکسان جریان از اکسید مس به سمت دی اکسید تیتانیم 10000 برابر جهت مخالف است.

اتصال هایp-n :

برای یافتن دلایل پدیده های عجیب ظاهر شده در اتصالات نیم رسانایی باید فرایندهایی را بررسی کنیم که در اتصال های به اصطلاح p-n ، یعنی در مرز بین نیم رساناهای نوع p و n رخ می دهند. در نیم رسانای الکترونی ، حاصل های الکترونهای آزاد اکثریت دارند و تعداد آنها خیلی بیش از حفره ها است. بر عکس ، در نیم رسانای حفره ای تعداد حفره ها به مقدار زیادی از تعداد آنها بیشتر است. وقتی که این دو ماده را در تماس با یکدیگر قرار می دهیم، الکترونها از نیم رسانای n ، جایی که چگالی عددی آنها بیشتر است، در نیم رسانای p جایی که کمتر اند، پخش می شوند.

درست در همان طریقی که در تماس دو محلول ، اتم های ماده محلول از محلول غلیظ در محلول رقیق پخش می شوند. به همین دلیل، حفره ها از نیم رسانای حفره ای در نیم رسانای الکترونی پخش می شوند. در نتیجه ، لایه مرزی در هر دو نیم رسانا از حاصل های اکثریت تهی می شود، یعنی یک لایه به اصطلاح سدی در مرز درست می شود که مقاومت آن از خود نیم رساناها خیلی بیشتر است. در واقع مقاومت این لایه سدی است که مقاومت ، دو جسم در تماس را تعیین می کند.

تعادل بین حامل های بار نیم رسانایی:

به طور طبیعی این پرسش مطرح می شود که چه موقع پخش حفره ها از نیم رسانای p و الکترون از نیم رسانای n متوقف می شود؟

چون بارهای مثبت ، نیم رسانای نوع را ترک می کنند. الکترون وارد آن می شوند، این نیم رسانا در ناحیه مرزی بار کسب می کند. به همین ترتیب ، لایه مرزی نیم رسانای نوع بار کسب می کند. زیرا حفره ها وارد آن می شوند و الکترون ها آن را ترک می کنند. از اینرو در نزدیکی مرز یک لایه الکتریکی دو گانه تشکیل می شود ، که در آن جهت میدان الکتریکی از نیم رسانای نوع n به طرف نیم رسانای نوع p است.

به عبارت دیگر ، این میدان با پخش الکترون و حفره ها مخالفت می کند. هر گاه شدت این میدان به چنان مقداری برسد که اثر آن کشش الکترون های آزاد و حفره را به ناحیه “بیگانه“ خنثی کند ، تعادل برقرار و پخش متوقف می گردد.

یک سو کننده های معروف:

اکسید مس و سلنیوم از یک سو کننده هایی هستند که کاربرد وسیعی دارند. این یک سو کننده ها قبل از اینکه اندیشه فرایندهای فیزیکی در آنها اتفاق می افتد به روشنی فرمول بندی می شوند از طریق تجربی گسترش داده شده است.

• یکسو کننده اکسید مس یک تیغه مسی است که در دمای 1000 درجه سانتیگراد با لایه ای از اکسید مس (Cu2o) اندوخته شده است. این لایه در دمای حدود 600 درجه سانتیگراد با اکسیژن اشباع و بعد سریعا سر شده است. لایه مونوکسید مس (Cuo) درست شده روی سطح اکسید مس را با اسیدی شستشو می دهند و اکسید مس با لایه ای از مس اندود می کنند.
  
  زمانی که این تیغه به باتری وصل می شو.د، جریانی که از تیغه مس به باتر ی می گذرد، مقدارش خیلی زیاد است. یعنی مقاومت صفحه خیلی کم است. اگر قطب های باتری را عوض کنیم. یعنی بگذاریم جریان تیغه مسی به طرف اکسید مس عبور کند، جریان هزاران مرتبه ضعیفتر می شود، زیرا در این راستا مقاومت صفحه هزاران برابر است از این رو تیغه همان دو قطبی یکسو کننده الکتریکی است که جریان را از یک جهت عبور می دهد و از طرف دیگر تقریبا عبور نمی دهد.

• یکسو کننده سلنیوم نیز همان خواص را دارد. یکسو کننده سلنیوم عبارت از یک لایه سلنیوم است که به تیغه آهنی پوشیده شده از نیکل وصل شده است. لایه سلنیوم را الکترود دومی ساخته شده ازآلیاژ بیسموت ـ قلع ـ کادمیوم پوشانده است. پس از گرم کردن دراز مدت و گذراندن جریان ، چنین دستگاهی نیز خاصیت رسانش یک طرفه کسب می کند. در یک سو کننده های سلنیوم لایه سومی در مرز سلنیوم «نیم رسانای نوع p) و سلنید کادمیم که در ضمن پروراندن تیغه ها ظاهر می شود، تشکیل می گردد و رسانندگی نیم رسانای نوع n را دارد.

کاربردهای یک سو کننده های نیم رسانا:

امروزه یک سو کننده های نیم رسانا شناخته شده از ژرمانیوم ، سیلیسیم و نیم رساناهای دیگر در صنعت (به ویژه در مهندسی رادیو) کاربرد زیادی یافته اند. طبیعت رسانش ژرمانیوم با داخل کردن اتم های ناخالص از بعضی از عناصر می تواند تغییر کند. مثلا اگر روی سطح ژرمانیوم که رسانش الکترونی دارد تکه کوچکی از ایندیم را ذوب کنیم، لایه سطحی نازکی که درون آن اتم های ایندیم پخش شده اند به صورت رسانش حفره ای در می آید و در جسم ژرمانیوم اتصال p-n درست می شود، که دارای خاصیت یک سو کننده|یک سو کنندگی (رسانش یک طرفه) است.

نیم رساناهای با اتصال p-n را در تقویت کننده های نیم رسانایی «ترانزیستورها) به کار می برند که جای تقویت کننده های سه قطبی را گرفته اند. از جهات مختلف ، این عناصر نسبت به لامپ های الکترونی خلا مزایای زیادی دارند زیرا اندازه شان خیلی کوچک است ، عمر مفید طولانی دارند و نسبت به لامپ های الکترونی انرژی کمتری مصرف می کنند.

مباخث مرتبط با عنوان:

• آلایش نیم رسانا
• اجسام نیم رسانا
• بار الکتریکی
• پیوند p-n
• حامل بار حفره
• دو قطبی یکسو کننده الکتریکی
• رسانش الکترونی
• رسانش حفره ای
• ژرمانیوم
• لامپ های الکترونی
• مقاومت الکتریکی
• نیم رسانای الکترونی
• نیم رسانای حفره ای
• یکسو کننده اکسید مس
• یکسو کننده سلنیوم