اشباه الموصلات (بالانجليزية: Semiconductors) هي مواد صلبة يتم التحكم في خواصها الكهربائية بإضافة لها شوائب من عناصر اخرى. مقاومتها ليست كبيرة مثل المواد الغير موصلة ، وليست صغيرة مثل المواد الموصلة.
واكتشاف اشباه الموصلات ادى إلى ثورة كبيرة في عالم الالكترونيات والتكنولوجيا. لانها هي المواد الداخلة في صناعة الاجهزة الالكترونية والتقنية مثل ( الكومبيوتر والهاتف المحمول والراديو والتليفزيون وكل ما يحتوى على الدوائر الالكترونية).
إذا قمت بفحص كابل الموبيل الذي تقوم بإستخدامه لشحن هاتفك المحمول، او لتوصيله بالكومبيوتر؛ سوف تجد انه يحتوى سلك من المعدن بداخله .. قد يكون من النحاس مثلا. وسوف تجد ايضا مادة عازلة حول السلك.. وقد تكون من البلاستيك مثلا. استخدمت هذه المادتين (النحاس والبلاستيك) مع بعض حيث لك واحد منهم وظيفة مختلفة. كما موضح في الصورة التالية
استخدم السلك و المصنوع من النحاس ليقوم بعملية توصيل الكهرباء من الشاحن إلى الهاتف.. وذلك لآن النحاس له خاصية التوصيل الكهربي. وتم استخدام البلاستيك ليكون عازل للسلك من اي تأثير خارجي وحماية الإنسان ايضا.. وذلك لآن مادة البلاستيك هي مادة عازلة ولا تقوم بالتوصيل الكهربي.
لذلك صنفة المواد طبقا لخواصها الفيزيائية التي خلقها الله عليها. فمنها المواد الموصلة Conductors مثل: ( النحاس ، الفضة ، الألومنيوم .. وباقي المعادن والمواد الاخرى).
وتوجد المواد الغير موصلة (او العازلة) Insulators مثل: (البلاستيك ، الورق ، المطاط .. وباقي المواد الاخرى). وتوجد ايضا اشباه الموصلات Semi-conductors والتي كانت سبب في ثورة الالكترونيات وصناعة مكونات الدائرة الإلكترونية وهذه المواد مثل: (السيليكون والجرمانيوم).. وهذا هو موضوعنا اليوم. 
سؤال الأن يدور في ذهنك هو:
كيف كانت اشباه الموصلات Semi-conductors سبب في ثورة الالكترونيات ؟
قبل الرد على سؤالك نحتاج إلى التعرف على المواد الشبه الموصلة و خواصها.
التعرف على اشباه الموصلات Semi-conductors
المواد الموصلة: هي موصلة للكهرباء وذلك لصغر قيمة مقاومتها والمقصود هنا بـ “مقاومتها” اي المقاومة النوعية لهذه المواد وذلك يرجع إلى تركيبها الذري والذي يحتوى على عدد كبير من الالكترونات (-) الحرة في المدار الخارجي لذرتها، فتسمح هذه الالكترونات بمرور التيار الكهربي عند وضعها تحت جهد كهربائي.
والمواد الغير موصلة: ليست موصلة للتيار الكهربي وذلك لكبر قيمة المقاومة النوعية لهذه المواد، ويرجع هذا ايضا لتركيبها الذري حيث ان ذرتها لا تحتوى على الكترونات (-) حرة في المدار الخارجي لها، مم لا يسمح بمرور التيار الكهربي.
اما..
المواد الشبه موصلة او اشباه الموصلات : مقاومتها النوعية متوسطة وهي ليس صغيرة مثل مقاومة المواد الموصلة، ولا هي كبيرة مثل مقاومة المواد الغير موصلة، ويرجع هذا الى ان اشباه الموصلات تحتوي في المدار الخارجي لذراتها على عدد قليل من الالكترونات الحرة، ولكن هذه الالكترونات لا تؤهلها لأن تكون من المواد الموصلة.
ومن هذه المواد الشبه موصلة عنصر او مادة السليكون Silicon و الجرمانيوم Germanium. السليكون والجرمانيوم في صورتيهما النقية أقرب إلى المواد الغير موصلة (العازلة)، ولكن بعد أن تضاف إليهم بعض الشوائب يصبحان كأشباه موصلات.
مميزات وخصائص اشباه الموصلات Semi-conductors
- مقاومتها النوعية متوسطة ؛ مم يجعلها ذو خصائص كهربائية.
- إمكانية تحسين التوصيلية الكهربائية لها بإضافة لها شوائب من مواد اخرى.
- الحصول منها على البلورة السالبة N-type والبلورة الموجبة P-type وذلك بإضافة لها شوائب من مواد اخرى مثل الأنتيمون والبورون.
وهنا الرد على السؤال الذي طرحنها او الذي طرحته انت:
كيف كانت اشباه الموصلات Semi-conductors سبب في ثورة الالكترونيات ؟
وهو انه بعد إضافة لمادة من هذه المواد كالسيليكون شوائب من مواد اخرى مثل الأنتيمون.. استطاع العلماء الحصول على البلورة السالبة N-type والتي تحتوى على عدد كبير من الالكترونات (-) الحرة. وبإضافة شوائب من مادة البورون لذرات السليكون إستطاع العلماء الحصول على البلورة الموجبة P-type والتي تحتوى على عدد كبير من الفجوات (+). وتسمى هذه العملية بالتطعيم Junction.
و بناءا عليه تم صناعة الترانزستور وباقي المكونات الالكترونية الاخرى التي كانت ثورة حين ذاك في عالم الالكترونيات. والتي يتم تطويرها الى اليوم حتى ظهرت لنا الدوائر المتكاملة والرقائق الالكترونية التي يتم برمجتها والتي ساعدت على انتاج وتصميم الحواسيب والاجهزة الرقمية. ومن التطبيقات على استخدام اشباه الموصلات لصناعة عناصر ومكونات الدائرة الالكترونية..
تطبيقات اشباه الموصلات في مكونات الدائرة الالكترونية
ولكن كيف يتم الحصول على P-type و N-type من اشباه الموصلات ؟
عندما اتوا العلماء بقطعة من مادة السيليكون النقي وجدوا ان ذرات مادة السيليكون تتحد مع بعضها من خلال رابطة تسمى بالرابطة التساهمية وساعدت هذه الرابطة في إستقرار ذرات مادة السيليكون. ولتفسير هذا الأمر .. دعنا نلقى نظرة عليها:
ذرة السيليكون تحتوى في مدارها الأخير على 4 الكترونات وهذا لا يجعلها مستقرة ولكي تصبح مستقرة يجب ان يحتوى مدارها الاخير على 8 الكترونات. وبنأءاً على ذلك فإن كل ذرة تشارك الأربع ذرات التي حولها بالإلكترونات الأربع مكونة لي الرابطة التساهمية. (كما موضح في الصورة التالية)
الحصول على البلورة السالبة N-type
ولكي تتحول بلورة السيليكون النقية إلى مادة قابلة للتوصيل فإنه يتم إضافة لها شوائب من مواد اخرى وتسمى هذه العملية بالتطعيم Junction. و بعد اضافة شوائب من مادة مثل الأنتيمون (Sb) إلى بلورة السيليكون فإن ذرة الانتيمون تتحد مع ذرات السيليكون ويتشاركوا الالكترونات الحرة (-) في المدار الخارجي لكل من الأنتيمون والسيليكون.
وكما نعلم بأن ذرة السيليكون تحتوى في مدارها الاخير على 4 الكترونات ، وذرة الانتيمون تحتوى في مدارها الاخير على 5 الكترونات ، 4 منهم يتحدوا مع اربع ذرات سيليكون ويتبقى الكترون واحد حر (-)Free Electron. والصورة التالية توضح هذه العملية
فنحن هنا نتكلم عن الذرات ولكن مع تكرار هذه العملية بالملايين في عينة صغيرة جدا ؛ فنحصل على عدد كبير من الالكترونات الحرة .. وهذه الالكترونات الحرة تكون لي البلورة السالبة N-type.
الحصول على بلورة الموجبة P-type
وعندما قاموا العلماء بتكرار هذه العملية ولكن هذه المرة بإضافة شوائب ثلاثية التكافؤ (ثلاث الكترونات في المدار الخارجي لذرتها) كمادة البورون (B) إلى بلورة السيليكون ؛ فإن ذرة البورون تتحد مع ذرات السيليكون ويتشاركوا الالكترونات الحرة (-) في المدار الخارجي لكل من البورون والسيليكون.
و ذرة السيليكون تحتوى في مدارها الاخير على 4 الكترونات ، وذرة البورون تحتوى في مدارها الاخير على 3 الكترونات ، و بنفس الأسلوب تتحد ذرة البورون مع اربع ذرات من السيليكون لتكوين الرابطة التساهمية ،ولكن ذرة البورون تحتوى على ثلاث الكترونات فقط في مدارها الخارجي ، ومن هنا تنتج الفجوة (Hole) وهي فقد في الالكترونات. كما موضح في الصورة التالية
فنحن هنا ايضا نتكلم عن الذرات ولكن مع تكرار هذه العملية بالملايين في عينة صغيرة جدا ؛ فنحصل على عدد كبير من الفجوات Hole)) والتي تمثل الشحنة الموجبة التي لها القدرة على جذب الإلكترون.. وهذه الفجوات تكون لي البلورة الموجبة P-type.
وبإستخدام البلورة الموجبة P-type والبلورة السالبة N-type مع بعضهم ادى إلى اكتشاف وتصميم الدايود والترانزستور .. وباقي المكونات الاخرى.
ويمكنك ايضاً تعزيز فهمك لإشباه الموصلات بفيديو لشرح م.وليد عيسى:
دورة الالكترونيات العملية: أشباه الموصلات
دورة الالكترونيات العملية – المحاضرة 25 – أشباه الموصلات
مشاهدة المحاضرة
مراجع: iqsdirectory.com
حفضكم الله ورعاك ودمتم لنا في الحفظ وفي خدمة الصالح العام لمجهودكم الجبار