Transcript الكترونيات .1 توصيلية الجوامد .2 أشباه الموصالت ، تعريفها ، مميزات السيلكون .3 المركبات األلكترونية الوصلة )م - س( الترانزيستور ... الثنائية د . ن . ثابت E-mail: [email protected] Tel.

‫الكترونيات‬
‫‪ .1‬توصيلية الجوامد‬
‫‪ .2‬أشباه الموصالت‪ ،‬تعريفها ‪ ،‬مميزات السيلكون‬
‫‪ .3‬المركبات األلكترونية الوصلة )م ‪ -‬س( الترانزيستور ‪...‬‬
‫الثنائية‬
‫د‪ .‬ن‪ .‬ثابت‬
‫‪E-mail: [email protected]‬‬
‫‪Tel. 3 860 2443/4105‬‬
‫ الموصالت‬.1
Conductors
‫‪ .1‬التوصيلية الكهربائية‬
‫ت‬
‫جـ‬
‫جـ‬
‫‪V‬‬
‫جـ = ت × م‬
‫ل‬
‫م = من × ل ‪ /‬س‬
‫المقاومة النوعية‬
‫)م ‪(W .‬‬
‫من = ‪ /1‬تو‬
‫التوصيلية‬
‫)‪-1‬م‪(W-1.‬‬
‫التوصيلية الكهربائية‬
‫س‬
‫ل‬
‫جـ = ‪ 1‬ملي فولت‬
‫ل = ‪ 10‬سم‬
‫س = ‪1‬ملم‪2‬‬
‫سؤال‪:‬‬
‫ما هي خواص المادة التي تتحكم في التوصيل الكهربائي؟‬
‫كثافة األلكترونات الحرة (عددها في وحدة الحجم)‬
‫كثافة‬
‫التيار‪:‬‬
‫‪A/cm2‬‬
‫ث‬
‫التيار‬
‫=نعش‬
‫سرعة األلكترونات‬
‫الشحنة‬
Conductors
Metals
‫الموصالت‬
‫الفلزات‬
Conductors
Metals
‫الموصالت‬
‫الفلزات‬
‫الموصالت‬
‫الفلزات‬
‫‪Conductors‬‬
‫‪Metals‬‬
‫مجال كهربائي ج‬
‫نحاس‪ 22 10 :‬الكترون حر ‪ /‬سم‪3‬‬
‫سرعة األنزياح‬
‫انزياح األلكترونات في األتجاه‬
‫المعاكس للمجال الكهربائ‬
‫‪Drift velocity‬‬
‫حركة عشوائية‬
‫ج‬
‫نقطة النهاية‬
‫نقطة البداية‬
‫جـ = ج × ف‬
‫نقطة النهاية‬
‫نقطة البداية‬
‫معدل السرعة = ‪0‬‬
‫حركية األلكترونات‬
‫ذرات تهتز‬
‫ذرة شائبة‬
‫‪-‬‬
‫اصطدام الكترون بذرة‬
‫شائبة‬
‫‪-‬‬
‫اصطدام الكترون‬
‫بذرات مهتزة‬
‫سرعة األلكترونات‬
‫الخالصة‬
‫العيوب البلورية و األهتزازات الذرية تعيق‬
‫حركة األلكترونات‬
‫زيادة درجة الحرارة و تركيز الشوائب يقلل‬
‫من سرعة األلكترونات‬
‫تأثير درجة الحرارة على التوصيلية الكهربائية‬
‫ت‬
‫جـ‪.‬‬
‫جـ‬
‫جـ ‪.‬‬
‫‪A‬‬
‫ شبه الموصالت‬.2
Semiconductors
(Diamond)
C, Si,
‫البنية الماسية‬
Ge, Sn
‫أمثلة‬
ZnS ‫بنية‬
‫أمثلة‬
GaAs, AlAs, ZnSe, CdS,InSb
‫‪ .2‬شبه الموصالت‬
‫‪Semiconductors‬‬
‫السيلكون‬
‫ألكترونات تساهمية‬
‫رابطة تساهمية‬
‫) ‪(Silicon‬‬
‫د = صفر كـ ه = ‪ 273-‬م‬
‫ه‬
‫شبه الموصالت‬
‫‪Semiconductors‬‬
‫مثال ‪ :‬السيلكون‬
‫ذرات السيلكون‬
‫فجوة‬
‫ألكترون حر‬
‫‪ 1010‬الكترونات حرة ‪ /‬سم ‪3‬‬
‫عند د =‪ 300‬كـ ه =‪25‬م‬
‫ه‬
‫طاقة األلكترونات في الجوامد‬
‫‪2p4‬‬
‫‪2s2‬‬
‫‪1s2‬‬
‫ذرتان‬
‫ذرة وحيدة‬
‫طاقة األلكترونات في الجوامد‬
‫‪ N‬مستوى‬
‫شريط‬
‫‪2p‬‬
‫شريط‬
‫‪2s‬‬
‫‪ 2N‬الكترون‬
‫شريط‬
‫‪1s‬‬
‫‪ 2N‬الكترون‬
‫‪ 4N‬الكترون‬
‫ذرات عديدة ‪N :‬‬
‫طاقة األلكترونات في الجوامد‬
‫الطاقة‬
‫شريط‬
‫‪2p‬‬
‫شريط‬
‫‪2s‬‬
‫شريط‬
‫‪1s‬‬
‫المسافة‬
‫موصالت‪ ،‬شبه موصالت و عوازل‬
‫شريط التوصيل‬
‫فارغ‬
‫مملوء جزئيا‬
‫شريط التكافؤ‪ :‬مملوء‬
‫موصل‬
‫د = صفر كـ‬
‫ه‬
‫شبه موصل أو عازل‬
‫شبه موصالت و عوازل‬
‫عازل‬
‫شبه موصل‬
‫شريط التوصيل‬
‫فجوة الطاقة‬
‫ط > ‪e .V 5‬‬
‫ط < ‪e .V 5‬‬
‫شريط التكافؤ‪ :‬مملوء‬
‫فجوة الطاقة ( دالة الشغل ) ط )‪(eV‬‬
‫‪MgO SiO2 CaO‬‬
‫‪9‬‬
‫‪8‬‬
‫‪9‬‬
‫عوازل‬
‫‪GaN Al2O3‬‬
‫‪3.5‬‬
‫‪8‬‬
‫‪Ge Si InP GaAs CdTe CdSe CdS SiC ZnO‬‬
‫‪0.66 1.12 1.35 1.43 1.45 1.73 2.42 2.86 3.4‬‬
‫شبه موصالت‬
‫التحريض الحراري لأللكترونات‬
‫ألكترون حر‬
‫ألكترون حر‬
‫فجوة‬
‫فجوة‬
‫قانون حفظ الشحنة ‪ :‬عددااللكترونات = عدد الفجوات‬
‫‪ni = 1010cm-3‬‬
‫‪ni = 3. 1013 cm-3‬‬
‫‪Si:‬‬
‫‪Ge‬‬
‫شريط التكافؤ‬
‫اندماج األلكترونات و الفجوات‬
‫‪Electron Hole Recombination‬‬
‫فناء ألكترونين و فجوتين‬
‫و‬
‫انتقال ألكترونين الى شريط التكافؤ‬
‫ألكترونات‬
‫انبعاث فوتونين‬
‫فجوات‬
‫شريط التكافؤ‬
‫السيليكون المشوب من النوع‬
‫) س)‬
‫إلكترون حر‬
‫ألكترونات تساهمية‬
‫ذرة شائبة من المجموعة الخماسية‪:‬‬
‫‪P, As, Sb,…..‬‬
‫مساهمة الشوائب المانحة في زيادة عدد‬
‫األلكترونات الحرة‬
‫ألكترونان حران‬
‫ألكترون حر‬
‫ألكترون مرتبط بالشائبة المانحة‬
‫‪D0‬‬
‫‪D+‬‬
‫فجوة حرة‬
‫شائبة مانحة مؤينة )‪(D+‬‬
‫‪ND ~ n‬‬
‫شائبة مانحة غير مؤينة )‪(D0‬‬
‫قانون حفظ الشحنة ‪:‬‬
‫‪ND + p = n‬‬
‫السيليكون المشوب من النوع‬
‫)م )‬
‫فجوة‬
‫ألكترونات تساهمية‬
‫ذرة شائبة كاسبة من المجموعة الثالثة‪:‬‬
‫‪B, Al, In, Ga,…..‬‬
‫مساهمة الشوائب الكاسبة في زيادة عدد‬
‫الفجوات‬
‫ألكترون حر‬
‫ألكترون حر‬
‫‪A-‬‬
‫‪A0‬‬
‫فجوة‬
‫كاسبة شائبة‬
‫شائبة كاسبة مؤينة‬
‫قانون حفظ الشحنة ‪:‬‬
‫‪NA + n = p‬‬
‫وصلة من النوع الموجب والسالب‬
‫( س)‬
‫(م )‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪- + +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫تيار ناتج عن انتقال الفجوات‬
‫‪- +‬‬
‫‬‫‬‫‬‫‬‫‬‫‪- +‬‬
‫تيار ناتج عن انتقال األلكترونات‬
‫‪ .3‬المركبات األلكترونية‪:‬‬
‫الوصلة الثنائية‪ :‬م‪-‬س‬
‫الترانزيستور‬
‫الوصلة الثنائية‪( :‬م – س)‬
‫ألكترونات حرة‬
‫فجوا ت‬
‫ ‪+ -‬‬‫‬‫‪+ - + + +‬‬
‫ ‪-‬‬‫‪+‬‬
‫‬‫‪+‬‬
‫‪- + +‬‬
‫‬‫‪+‬‬
‫‬‫‬‫ ‪+‬‬‫‬‫‪+‬‬
‫‬‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫ذرات شوائب كاسبة‬
‫ذرات شوائب مانحة‬
‫‪+‬‬
‫‬‫‪- +‬‬
‫‬‫ ‪+‬‬‫‬‫‪+‬‬
‫‬‫‪+‬‬
‫ ‪+ -‬‬‫‬‫‪+ - + + +‬‬
‫ ‪-‬‬‫‪+‬‬
‫‬‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫الوصلة الثنائية م ‪ -‬س‪ :‬في حالة اإلتزان )ت=‪,0‬جـ=‪(0‬‬
‫مجال كهربائي داخلي‬
‫‬‫‪- +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‬‫منطقة حيادية (غير مشحونة)‬
‫من نوع م‬
‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫ ‪+ -‬‬‫‪+ +‬‬
‫ ‪- -‬‬‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪- + +‬‬
‫منطقة مشحونة ومفرغة من‬
‫األلكترونات و الفجوات‬
‫منطقة حيادية (غير مشحونة)‬
‫من نوع س‬
‫الوصلة الثنائية تحت تأثير جهد خارجي‬
‫تيارمتزايد أسيا ً مع تزايد الجهد‬
‫توصيل أمامي‬
‫جـ‬
‫‪V‬‬
‫المجال الكهربائي الخارجي‬
‫‪-‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫ج‬
‫ ‪- -‬‬‫‪- +‬‬
‫‪+‬‬
‫المجال الكهربائي الداخلي‬
‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫الوصلة الثنائية تحت تأثير جهد خارجي‬
‫توصيل عكسي‬
‫تيار ضعيف و ثابت‬
‫‪V‬‬
‫‪V‬‬
‫المجال الكهربائي الخارجي‬
‫‪-‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫ج‬
‫ ‪- -‬‬‫‪- +‬‬
‫‪+‬‬
‫المجال الكهربائي الداخلي‬
‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫الوصلة الثنائية تحت تأثير جهد خارجي‬
I=I0 exp[(qV/kT)-1]
12.0
11.0
10.0
9.0
Ge
Si
Current (mA)
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Voltage (V)
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
‫الوصلة الثنائية الباعثة للضوء‬
‫)‪(LED‬‬
‫توصيل أمامي‬
‫جـ‬
‫‪V‬‬
‫م‬
‫‪+‬‬
‫‬‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+ +‬‬
‫ ‪+‬‬‫ضوء أزرق !!!‬
‫ ‪-‬‬‫ ‪-‬‬‫‬‫ ‪-‬‬‫ ‪- +‬‬‫‪GaN: 3.5eV, ZnO: 3.4eV, l = 0.35mm :‬‬
‫‪-‬‬
‫أول‬
‫مجمع‬
‫ترانزيستور مصنوع من الجرمانيوم (‪)1947‬‬
‫مناطق مشوبة‬
‫الباعث‬
‫القاعدة‬
‫شبه موصل )‪(Ge‬‬
‫بداية عصر النانتكنلوجيا‬
‫يتضاعف عدد الترانزيستورات في‬
‫الميكربروسيسر الواحد كل سنتين‬
‫مستقبل النانتكنلوجيا‬
‫نانوأنبوب من الكربون‬
http://www.research.ibm.com/nanoscience/fet.html
‫نُقل من د ‪ .‬ن ثابث‬
‫( جامعة الملك فهد للبترول والمعادن )‬
‫حياكم وبياكم وجعل الجنة مثوانا ومثواكم •‬
‫أ‪ .‬منصــــــ هاني ـــــــور •‬