ما هي أشباه الموصلات؟ مقاومة أشباه الموصلات. كيف تعتمد المقاومة على درجة الحرارة مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد مقاومة الموصل
في ممارسته ، يواجه كل كهربائي ظروفًا مختلفة لمرور حاملات الشحنة في المعادن وأشباه الموصلات والغازات والسوائل. يتأثر حجم التيار بالمقاومة الكهربائية ، والتي تختلف باختلاف تأثير البيئة.
أحد هذه العوامل هو تأثير درجة الحرارة. نظرًا لأنه يغير ظروف تدفق التيار بشكل كبير ، فإنه يؤخذ في الاعتبار من قبل المصممين في إنتاج المعدات الكهربائية. يجب أن يستخدم الموظفون الكهربائيون المشاركون في صيانة التركيبات الكهربائية وتشغيلها هذه الميزات بكفاءة في العمل العملي.
تأثير درجة الحرارة على المقاومة الكهربائية للمعادن
في دورة الفيزياء المدرسية ، يُقترح إجراء مثل هذه التجربة: خذ مقياس التيار الكهربائي ، وبطارية ، وقطعة من الأسلاك ، وأسلاك توصيل وموقد. بدلاً من مقياس التيار الكهربائي ببطارية ، يمكنك توصيل مقياس الأومتر أو استخدام وضعه في مقياس متعدد.
الآن نأتي بشعلة الموقد إلى السلك ونبدأ في تسخينها. إذا نظرت إلى مقياس التيار الكهربائي ، فسترى أن السهم سيتحرك إلى اليسار ويصل إلى الموضع المحدد باللون الأحمر.
تظهر نتيجة التجربة أنه عندما يتم تسخين المعادن ، تقل موصليةها وتزداد المقاومة.
يتم إعطاء التبرير الرياضي لهذه الظاهرة من خلال الصيغ الموجودة في الصورة. يوضح التعبير السفلي بوضوح أن المقاومة الكهربائية "R" لموصل معدني تتناسب طرديًا مع درجة حرارته "T" وتعتمد على عدة عوامل أخرى.
كيف يحد تسخين المعادن من التيار الكهربائي في الممارسة
المصابيح المتوهجة
كل يوم ، عند تشغيل الإضاءة ، نلتقي بمظهر هذه الخاصية في المصابيح المتوهجة. سنجري قياسات بسيطة على لمبة كهربائية بقوة 60 واط.
باستخدام أبسط مقياس أوم ، مدعوم ببطارية منخفضة الجهد 4.5 فولت ، نقيس المقاومة بين جهات الاتصال الأساسية ونرى قيمة 59 أوم. هذه القيمة يمتلكها خيوط في حالة باردة.
نقوم بربط المصباح الكهربائي في الخرطوشة ومن خلال مقياس التيار الكهربائي نقوم بتوصيل جهد الشبكة المنزلية البالغ 220 فولت بها. ستظهر إبرة مقياس التيار الكهربائي 0.273 أمبير. دعونا نحدد مقاومة الفتيل في حالة التسخين. سيكون 896 أوم وسوف يتجاوز قراءة الأومتر السابقة بمقدار 15.2 مرة.
مثل هذا الفائض يحمي معدن الجسم من الحرارة من الاحتراق والدمار ، مما يضمن أدائه على المدى الطويل تحت الجهد.
تشغيل العابرين
عندما يتم تشغيل الفتيل ، يتم إنشاء توازن حراري عليه بين التسخين من التيار الكهربائي المار وإزالة جزء من الحرارة إلى البيئة. ولكن ، في المرحلة الأولى من التبديل ، عندما يتم تطبيق الجهد ، تحدث عابرات تخلق تيارًا تدفقًا ، مما قد يؤدي إلى احتراق الشعيرة.
تحدث العمليات العابرة في وقت قصير وهي ناتجة عن حقيقة أن معدل الزيادة في المقاومة الكهربائية من تسخين المعدن لا يواكب الزيادة في التيار. بعد اكتمالها ، يتم ضبط وضع التشغيل.
أثناء التوهج الطويل للمصباح ، يصل سمك الفتيل تدريجياً إلى حالة حرجة ، مما يؤدي إلى الإرهاق. في أغلب الأحيان ، تحدث هذه اللحظة عند الإدراج الجديد التالي.
لإطالة عمر المصباح ، يتم تقليل تيار التدفق هذا بطرق مختلفة ، وذلك باستخدام:
1. الأجهزة التي توفر الإمداد السلس للجهد وإزالته ؛
2. دارات لربط المقاومات أو أشباه الموصلات أو الثرمستورات (الثرمستورات) على التوالي بالفتيل.
يظهر مثال لإحدى طرق الحد من تدفق التيار لأضواء السيارة في الصورة أدناه.
هنا ، يتم توفير التيار إلى المصباح الكهربائي بعد تشغيل مفتاح تبديل SA من خلال فتيل FU ويكون مقيدًا بالمقاوم R ، الذي يتم تحديد قيمته بحيث لا يتجاوز التدفق الحالي أثناء العبور القيمة الاسمية.
عندما يتم تسخين الفتيل ، تزداد مقاومته ، مما يؤدي إلى زيادة فرق الجهد بين ملامساته والملف المتوازي المتصل للمرحل KL1. عندما يصل الجهد إلى إعداد الترحيل ، فإن جهة الاتصال المفتوحة عادة KL1 تغلق وتحول المقاوم. سيبدأ تيار التشغيل للوضع المحدد بالفعل في التدفق عبر المصباح الكهربائي.
يتم استخدام تأثير درجة حرارة المعدن على مقاومته الكهربائية في تشغيل أدوات القياس. يطلق عليهم .
يتكون عنصرها الحساس من سلك معدني رفيع ، يتم قياس مقاومته بعناية عند درجات حرارة معينة. يتم تثبيت هذا الخيط في غلاف ذي خصائص حرارية مستقرة ومغطى بغطاء واقي. يتم وضع الهيكل الذي تم إنشاؤه في بيئة يجب مراقبة درجة حرارتها باستمرار.
يتم تثبيت أسلاك الدائرة الكهربائية على أطراف العنصر الحساس ، والتي يتم توصيل دائرة قياس المقاومة بها. يتم تحويل قيمته إلى قيم درجة حرارة بناءً على معايرة الأداة التي تم إجراؤها مسبقًا.
Baretter - المثبت الحالي
هذا هو اسم الجهاز الذي يتكون من أسطوانة زجاجية مختومة بغاز الهيدروجين وسلك معدني حلزوني مصنوع من الحديد أو التنجستن أو البلاتين. يشبه هذا التصميم اللمبة المتوهجة في المظهر ، ولكن لها خاصية غير خطية محددة من الفولت أمبير.
على CVC ، في نطاق معين ، يتم تشكيل منطقة عمل لا تعتمد على تقلبات الجهد المطبق على جسم التسخين. في هذا القسم ، يقوم المقايضة بتعويض تموجات الطاقة بشكل جيد ويعمل كمثبت حالي على حمل متصل به على التوالي.
يعتمد تشغيل المقايضة على خاصية القصور الذاتي الحراري للخيوط ، والتي يتم توفيرها من خلال المقطع العرضي الصغير للخيوط والموصلية الحرارية العالية للهيدروجين المحيط بها. نتيجة لذلك ، عندما ينخفض الجهد على الجهاز ، يتم تسريع إزالة الحرارة من خيطه.
هذا هو الفرق الرئيسي بين المقايضة ومصابيح الإضاءة المتوهجة ، حيث تسعى من أجل الحفاظ على سطوع التوهج إلى تقليل فقد الحرارة بالحمل الحراري من الفتيل.
الموصلية الفائقة
في ظل الظروف البيئية العادية ، عندما يتم تبريد موصل معدني ، تقل مقاومته الكهربائية.
عندما يتم الوصول إلى درجة حرارة حرجة ، قريبة من درجة الصفر وفقًا لنظام قياس كلفن ، هناك انخفاض حاد في مقاومة الصفر. تظهر الصورة الصحيحة مثل هذا الاعتماد على الزئبق.
تعتبر هذه الظاهرة ، التي تسمى الموصلية الفائقة ، مجالًا واعدًا للبحث من أجل إنشاء مواد يمكن أن تقلل بشكل كبير من فقدان الكهرباء أثناء نقلها لمسافات طويلة.
ومع ذلك ، كشفت الدراسات الجارية عن الموصلية الفائقة عن عدد من الانتظامات عندما تؤثر عوامل أخرى على المقاومة الكهربائية لمعدن يقع في منطقة درجات الحرارة الحرجة. على وجه الخصوص ، أثناء مرور تيار متناوب مع زيادة وتيرة تذبذباته ، تنشأ المقاومة ، والتي تصل قيمتها إلى نطاق القيم العادية للتوافقيات مع فترة موجات ضوئية.
تأثير درجة الحرارة على المقاومة الكهربائية / توصيل الغازات
الغازات والهواء العادي هي عوازل ولا توصل الكهرباء. لتكوينها ، هناك حاجة إلى حاملات الشحنة ، وهي عبارة عن أيونات تكونت نتيجة لعوامل خارجية.
يمكن أن يتسبب التسخين في تأين وحركة الأيونات من قطب من الوسط إلى آخر. يمكن التحقق من ذلك عن طريق تجربة بسيطة. لنأخذ نفس المعدات التي تم استخدامها لتحديد تأثير التسخين على مقاومة موصل معدني ، فقط بدلاً من السلك ، نقوم بتوصيل لوحين معدنيين مفصولين عن طريق مساحة هوائية بالأسلاك.
سيشير مقياس التيار المتصل بالدائرة إلى عدم وجود تيار. إذا تم وضع لهب موقد بين الألواح ، فإن سهم الجهاز سينحرف عن الصفر ويظهر قيمة التيار المار عبر الوسط الغازي.
وهكذا ، ثبت أن التأين يحدث في الغازات أثناء التسخين ، مما يؤدي إلى حركة الجسيمات المشحونة كهربائيًا وانخفاض مقاومة الوسط.
تتأثر القيمة الحالية بقوة مصدر الجهد الخارجي المطبق وفرق الجهد بين جهات الاتصال الخاصة به. إنه قادر على اختراق الطبقة العازلة للغازات بقيم عالية. المظهر المميز لمثل هذه الحالة في الطبيعة هو التصريف الطبيعي للبرق أثناء عاصفة رعدية.
يظهر الرسم البياني عرضًا تقريبيًا لخاصية الجهد الحالي لتدفق التيار في الغازات.
في المرحلة الأولية ، تحت تأثير درجة الحرارة وفرق الجهد ، لوحظ زيادة في التأين ومرور التيار تقريبًا وفقًا لقانون خطي. ثم يصبح المنحنى أفقيًا عندما لا تؤدي الزيادة في الجهد إلى زيادة التيار.
تحدث المرحلة الثالثة من الانهيار عندما تعمل الطاقة العالية للحقل المطبق على تسريع الأيونات بحيث تبدأ في الاصطدام مع الجزيئات المحايدة ، وتشكل بشكل كبير ناقلات شحنة جديدة منها. نتيجة لذلك ، يزداد التيار بشكل حاد ، مما يؤدي إلى انهيار الطبقة العازلة.
الاستخدام العملي لموصلية الغازات
تُستخدم ظاهرة التدفق الحالي عبر الغازات في المصابيح الإلكترونية ومصابيح الفلورسنت.
للقيام بذلك ، يتم وضع قطبين داخل أسطوانة زجاجية مختومة بغاز خامل:
1. الأنود.
2. الكاثود.
في مصباح الفلورسنت ، يتم تصنيعها على شكل خيوط يتم تسخينها عند تشغيلها لتوليد انبعاث حراري. السطح الداخلي للقارورة مغطى بطبقة من الفوسفور. ينبعث منه طيف الضوء الذي نراه ، والذي يتكون من الأشعة تحت الحمراء القادمة من بخار الزئبق الذي يقذفه تيار من الإلكترونات.
يحدث تيار تفريغ الغاز عندما يتم تطبيق جهد بقيمة معينة بين الأقطاب الكهربائية الموجودة في نهايات مختلفة من المصباح.
عندما تحترق إحدى الخيوط ، سيتم إزعاج انبعاث الإلكترون على هذا القطب ولن يحترق المصباح. ومع ذلك ، إذا زاد فرق الجهد بين الكاثود والأنود ، فسيحدث تفريغ غاز مرة أخرى داخل المصباح وسيستأنف توهج الفوسفور.
يتيح لك ذلك استخدام مصابيح LED ذات الشعيرات المكسورة وإطالة عمر خدمتها. يجب ألا يغيب عن البال فقط أنه في هذه الحالة من الضروري زيادة الجهد عليه عدة مرات ، وهذا يزيد بشكل كبير من استهلاك الطاقة ومخاطر الاستخدام الآمن.
تأثير درجة الحرارة على المقاومة الكهربائية للسوائل
يتم إنشاء مرور التيار في السوائل بشكل أساسي بسبب حركة الكاتيونات والأنيونات تحت تأثير مجال كهربائي مطبق خارجيًا. يتم توفير جزء صغير فقط من الموصلية بواسطة الإلكترونات.
يتم وصف تأثير درجة الحرارة على قيمة المقاومة الكهربائية للإلكتروليت السائل بالصيغة الموضحة في الصورة. نظرًا لأن قيمة معامل درجة الحرارة α فيها دائمًا ما تكون سالبة ، فعند زيادة التسخين ، تزداد الموصلية وتنخفض المقاومة كما هو موضح في الرسم البياني.
يجب أن تؤخذ هذه الظاهرة في الاعتبار عند شحن بطاريات السيارات السائلة (وليس فقط).
تأثير درجة الحرارة على المقاومة الكهربائية لأشباه الموصلات
أتاح تغيير خصائص المواد شبه الموصلة تحت تأثير درجة الحرارة إمكانية استخدامها على النحو التالي:
المقاومة الحرارية؛
عناصر حرارية.
ثلاجات.
سخانات.
الثرمستورات
يشير هذا الاسم إلى أجهزة أشباه الموصلات التي تغير مقاومتها الكهربائية تحت تأثير الحرارة. هم أعلى بكثير من المعادن.
يمكن أن تكون قيمة TCR لأشباه الموصلات موجبة أو سلبية. وفقًا لهذه المعلمة ، يتم تقسيمها إلى ثرمستورات موجبة "RTS" وسلبية "NTC". لديهم خصائص مختلفة.
لتشغيل الثرمستور ، يتم تحديد إحدى النقاط على خاصية الجهد الحالي:
يستخدم القسم الخطي للتحكم في درجة الحرارة أو للتعويض عن تغير التيارات أو الفولتية ؛
فرع تنازلي من رمز التحقق من البطاقة (CVC) للعناصر مع TCS
يعد استخدام الثرمستور المرحل مناسبًا لمراقبة أو قياس عمليات الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تحدث عند ترددات الميكروويف. هذا يضمن استخدامها في الأنظمة:
1. التحكم في الحرارة.
2. إنذار الحريق.
3. التحكم في تدفق الوسائط السائبة والسوائل.
تستخدم الثرمستورات السيليكونية ذات TCR الصغيرة> 0 في أنظمة التبريد وتثبيت درجة حرارة الترانزستورات.
العناصر الحرارية
تعمل أشباه الموصلات هذه على أساس ظاهرة سيبيك: عندما يتم تسخين المكان الملحوم لمعدنين متباينين ، ينشأ emf عند تقاطع دائرة مغلقة. بهذه الطريقة ، يقومون بتحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء.
يسمى تصميم عنصرين من هذا القبيل بالمزدوجة الحرارية. كفاءتها في حدود 7 10٪.
تُستخدم العناصر الحرارية في عدادات درجة حرارة أجهزة الحوسبة الرقمية التي تتطلب أبعادًا مصغرة ودقة عالية للقراءات ، فضلاً عن مصادر التيار منخفضة الطاقة.
سخانات وثلاجات أشباه الموصلات
إنها تعمل من خلال إعادة استخدام المزدوجات الحرارية التي يمر من خلالها التيار الكهربائي. في هذه الحالة ، يتم تسخينه في مكان واحد من التقاطع ، ويتم تبريده في مكان آخر.
تتيح تقاطعات أشباه الموصلات القائمة على السيلينيوم والبزموت والأنتيمون والتيلوريوم توفير اختلاف في درجة الحرارة في عنصر الحرارة حتى 60 درجة. هذا جعل من الممكن إنشاء تصميم لثلاجة مصنوعة من أشباه الموصلات بدرجة حرارة في غرفة التبريد تصل إلى -16 درجة.
في أشباه الموصلات ، تعتمد الموصلية الكهربائية بشكل كبير على درجة الحرارة. عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق ، تتحول إلى عوازل ، وفي درجات الحرارة العالية تصبح موصليةها كبيرة. على عكس المعادن ، فإن عدد إلكترونات التوصيل في أشباه الموصلات لا يساوي عدد إلكترونات التكافؤ ، بل جزء صغير منه فقط. يشير الاعتماد الحاد لموصلية أشباه الموصلات على درجة الحرارة إلى أن إلكترونات التوصيل تنشأ فيها تحت تأثير الحركة الحرارية.
7. صياغة وكتابة قانون بروستر. اشرح إجابتك برسم.
إذا كان ظل زاوية حدوث الحزمة على واجهة عازلين كهربائيين يساوي معامل الانكسار النسبي ، فإن الحزمة المنعكسة تكون مستقطبة تمامًا في مستوى عمودي على مستوى السقوط ، أي موازية للواجهة بين وسائل الاعلام
tg a B \ u003d n 21.
هنا B هي زاوية سقوط الضوء ، وتسمى زاوية Brewster ، n 21 هي معامل الانكسار النسبي للوسيط الثاني بالنسبة إلى الأول
8. ما هو جوهر علاقات عدم اليقين لهايزنبرغ؟
س * ص س> = ح
ص * ص ص> = ح
ض * ص ض> = ح
E * t> = ح
Δx ، y ، z - عدم دقة في تحديد الإحداثيات
Δp - عدم الدقة في تحديد الزخم
فيز. المعنى: من المستحيل قياس الموضع والزخم بدقة في نفس الوقت.
9. كيف سيتغير تردد التذبذبات الحرة في الدائرة التذبذبية إذا زاد تحريض الملف بمقدار 4 مرات ، وانخفضت سعة المكثف بمقدار مرتين؟
الجواب: إنقاص بعامل
10. ما هو ناتج التفاعل النووي Li + H He +؟
11. ما هي المقاومة الاستقرائية للملف مع محاثة 2 mH عند تردد التذبذب الحالي n = 50 Hz؟
R L \ u003d wL = 2πνL = 0.628 (أوم). الجواب: R L \ u003d 0.628 (أوم)
إذا كان معامل الانكسار المطلق لوسط ما يساوي 1.5 ، فما سرعة الضوء في هذا الوسط؟
ن = ج / ت 2 * 10 8
13. الطول الموجي لإشعاع جاما نانومتر. ما فرق الجهد الذي يجب تطبيقه على أنبوب الأشعة السينية للحصول على الأشعة السينية بهذا الطول الموجي؟
14. الطول الموجي لجسيم De Broglie هو 2.2 نانومتر. أوجد كتلة الجسيم إذا كان يتحرك بسرعة.
م == 6, 62*10 -34 /2, 2*10 -9 *10 5 =3, 01*10 -30 ;
نتيجة لتشتت الفوتون بواسطة إلكترون حر ، تبين أن انزياح كومبتون كان 1.2 م. أوجد زاوية التشتت.
16. تحتوي الدائرة التذبذبية على مكثف 50nF ومحاثة 5 / (4) μH. حدد الطول الموجي للإشعاع
17. وظيفة عمل الإلكترون من البلاتين هي. ما هي الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية المقذوفة من البلاتين بواسطة الضوء بطول موجة 0.5 ميكرون؟
18. المسافة بين أخاديد محزوز الحيود د = 4 ميكرومتر. عادة ، يسقط الضوء ذو الطول الموجي على الشبكة = 0.6 ميكرومتر. ما هو الحد الأقصى لترتيب هذه الشبكة؟
د = 4µm ، ، dsinj = nl ، sinj = 1 ، n = =
شقائق النعمان. الطلب - 6
19. ما طبقة نصف الامتصاص للضوء د 1/2 ، إذا انخفضت شدة الضوء بمقدار 8 مرات عندما يمر الضوء من خلال طبقة من مادة 30 مم؟ , , , , , , 
,
20. في تجربة يونج ، أُضيئت الثقوب بضوء أحادي اللون من الطول الموجي \ u003d 6 10-5 سم ، المسافة بين الثقوب 1 مم والمسافة من الفتحات إلى الشاشة 3 م. ابحث عن موضع شريط الضوء الأول .
الخيار 18
1. يسمى المجال المغناطيسي متجانس إذا ... متجه الحث المغناطيسي هو نفسه في جميع النقاط. مثال (مغناطيس دائم)
2. ما تسمى التذبذبات القسرية؟
التذبذبات القسرية - التذبذبات التي تحدث في أي نظام تحت تأثير تأثير خارجي متغير. يتم تحديد طبيعة التذبذبات القسرية من خلال خصائص التأثير الخارجي وخصائص النظام نفسه.
3. ما يسمى التأثير الكهروضوئي الخارجي؟
التأثير الكهروضوئي الخارجي هو طرد الإلكترونات من مادة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. لوحظ التأثير الكهروضوئي الخارجي بشكل رئيسي في الموصلات
4. ما يسمى الجسم الأسود تماما؟
يُطلق على الجسم القادر على الامتصاص الكامل عند أي درجة حرارة لجميع الإشعاعات لأي حادث تردد عليه اللون الأسود. وبالتالي ، فإن الامتصاص الطيفي لجسم أسود لجميع الترددات ودرجات الحرارة يساوي واحدًا ()
5. صياغة وكتابة قانون لامبرت
قانون Bouguer - Lambert - Beer هو قانون فيزيائي يحدد التوهين لشعاع الضوء أحادي اللون المتوازي عندما ينتشر في وسط ماص.
أين هي شدة الحزمة الواردة ، l هي سماكة طبقة المادة التي يمر الضوء من خلالها ، هو مؤشر الامتصاص
موضوعات مبرمج الاستخدام: أشباه الموصلات ، الموصلية الجوهرية والخارجية لأشباه الموصلات.
حتى الآن ، عند الحديث عن قدرة المواد على توصيل التيار الكهربائي ، قمنا بتقسيمها إلى موصلات وعوازل كهربائية. المقاومة المحددة للموصلات العادية في نطاق أوم · م ؛ تتجاوز مقاومة العوازل هذه القيم في المتوسط بأوامر من حيث الحجم: أوم · م.
ولكن هناك أيضًا مواد تحتل ، في توصيلها الكهربائي ، موقعًا وسيطًا بين الموصلات والعوازل الكهربائية. هذه أشباه الموصلات: مقاومتها في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تأخذ قيمًا في نطاق واسع جدًا من أوم م. تشمل أشباه الموصلات السيليكون والجرمانيوم والسيلينيوم وبعض العناصر والمركبات الكيميائية الأخرى (أشباه الموصلات شائعة للغاية في الطبيعة. على سبيل المثال ، يقع حوالي 80٪ من كتلة القشرة الأرضية على مواد من أشباه الموصلات). السيليكون والجرمانيوم هما الأكثر استخدامًا.
السمة الرئيسية لأشباه الموصلات هي أن توصيلها الكهربائي يزداد بشكل حاد مع زيادة درجة الحرارة. تتناقص مقاومة أشباه الموصلات مع زيادة درجة الحرارة تقريبًا كما هو موضح في الشكل. واحد .
أرز. 1. الاعتماد على أشباه الموصلات
بعبارة أخرى ، في درجات الحرارة المنخفضة ، تتصرف أشباه الموصلات مثل المواد العازلة ، وفي درجات الحرارة المرتفعة ، تتصرف مثل الموصلات الجيدة إلى حد ما. هذا هو الفرق بين أشباه الموصلات والمعادن: مقاومة المعدن ، كما تتذكر ، تزداد خطيًا مع زيادة درجة الحرارة.
هناك اختلافات أخرى بين أشباه الموصلات والمعادن. وبالتالي ، فإن إضاءة أشباه الموصلات تؤدي إلى انخفاض مقاومته (والضوء ليس له أي تأثير تقريبًا على مقاومة المعدن). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتغير الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات بشدة مع إدخال كمية ضئيلة من الشوائب.
تظهر التجربة أنه ، كما في حالة المعادن ، عندما يتدفق التيار عبر أشباه الموصلات ، لا يوجد نقل للمادة. لذلك ، فإن التيار الكهربائي في أشباه الموصلات يرجع إلى حركة الإلكترونات.
يشير الانخفاض في مقاومة أشباه الموصلات عند تسخينه إلى أن الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة عدد الشحنات المجانية في أشباه الموصلات. لا شيء من هذا القبيل يحدث في المعادن. لذلك ، فإن لأشباه الموصلات آلية مختلفة للتوصيل الكهربائي عن المعادن. والسبب في ذلك هو اختلاف طبيعة الرابطة الكيميائية بين ذرات المعادن وأشباه الموصلات.
الرابطة التساهمية
تذكر أن الرابطة المعدنية يتم توفيرها من خلال غاز من الإلكترونات الحرة ، والتي ، مثل الغراء ، تحمل الأيونات الموجبة عند عقد الشبكة البلورية. يتم ترتيب أشباه الموصلات بشكل مختلف - تتماسك ذراتها معًا الرابطة التساهمية. دعونا نتذكر ما هو عليه.
تقع الإلكترونات في المستوى الإلكتروني الخارجي وتسمى التكافؤ، أضعف من ارتباطها بالذرة من بقية الإلكترونات القريبة من النواة. في عملية تكوين الرابطة التساهمية ، تساهم ذرتان "في السبب المشترك" في أحد إلكترونات التكافؤ. يتم دمج هذين الإلكترونين في المجتمع ، أي أنهما ينتميان الآن إلى كلتا الذرتين ، وبالتالي يتم تسميتهما زوج الإلكترون المشترك(الصورة 2).
أرز. 2. الرابطة التساهمية
يمسك زوج الإلكترونات الاجتماعي الذرات بالقرب من بعضها البعض (بمساعدة قوى الجذب الكهربائية). الرابطة التساهمية هي رابطة موجودة بين الذرات بسبب أزواج الإلكترونات الشائعة.. لهذا السبب ، تسمى الرابطة التساهمية أيضًا زوج إلكترون.
التركيب البلوري للسيليكون
نحن الآن جاهزون لإلقاء نظرة فاحصة على الأجزاء الداخلية لأشباه الموصلات. كمثال ، فكر في أشباه الموصلات الأكثر شيوعًا في الطبيعة - السيليكون. ثاني أهم أشباه الموصلات ، الجرمانيوم ، له هيكل مماثل.
يظهر التركيب المكاني للسيليكون في الشكل. 3 (صورة بن ميلز). تُصوَّر ذرات السيليكون على شكل كرات ، والأنابيب التي تربطها قنوات من الترابط التساهمي بين الذرات.
أرز. 3. التركيب البلوري للسيليكون
لاحظ أن كل ذرة سيليكون مرتبطة بها أربعةالذرات المجاورة. لماذا هو كذلك؟
الحقيقة هي أن السيليكون رباعي التكافؤ - يوجد على الغلاف الإلكتروني الخارجي لذرة السيليكون أربعة إلكترونات تكافؤ. كل من هذه الإلكترونات الأربعة جاهز لتكوين زوج إلكترون مشترك مع إلكترون التكافؤ لذرة أخرى. وهذا يحدث! نتيجة لذلك ، تُحاط ذرة السيليكون بأربع ذرات راسية ، يساهم كل منها بإلكترون تكافؤ واحد. وفقًا لذلك ، هناك ثمانية إلكترونات حول كل ذرة (أربعة خاصة وأربعة كائنات فضائية).
نرى هذا بمزيد من التفصيل في رسم تخطيطي مسطح للشبكة البلورية السيليكونية (الشكل 4).
أرز. 4. شعرية بلورية من السيليكون
تظهر الروابط التساهمية كأزواج من الخطوط التي تربط الذرات ؛ تشترك هذه الخطوط في أزواج الإلكترون. يقضي كل إلكترون تكافؤ يقع على مثل هذا الخط معظم وقته في الفراغ بين ذرتين متجاورتين.
ومع ذلك ، فإن إلكترونات التكافؤ ليست بأي حال من الأحوال "مرتبطة بإحكام" بأزواج الذرات المقابلة. تتداخل قذائف الإلكترون الكلالذرات المجاورة ، بحيث يكون أي إلكترون متكافئ ملكية مشتركة لجميع الذرات المجاورة. من بعض الذرة 1 ، يمكن لمثل هذا الإلكترون أن ينتقل إلى الذرة المجاورة له 2 ، ثم إلى الذرة المجاورة له 3 ، وهكذا. يمكن أن تتحرك إلكترونات التكافؤ في مساحة البلورة - يقال عنها تنتمي إلى البلورة بأكملها(بدلاً من أي زوج ذري واحد).
ومع ذلك ، فإن إلكترونات التكافؤ في السيليكون ليست حرة (كما هو الحال في المعدن). في أشباه الموصلات ، تكون الرابطة بين إلكترونات التكافؤ والذرات أقوى بكثير منها في المعدن ؛ الروابط التساهمية السيليكونية لا تنكسر عند درجات حرارة منخفضة. لا تكفي طاقة الإلكترونات لبدء حركة منظمة من جهد أقل إلى جهد أعلى تحت تأثير مجال كهربائي خارجي. لذلك ، في درجات حرارة منخفضة بدرجة كافية ، تكون أشباه الموصلات قريبة من العوازل الكهربائية - فهي لا توصل تيارًا كهربائيًا.
الموصلية الخاصة
إذا قمت بتضمين عنصر أشباه الموصلات في دائرة كهربائية وبدأت في تسخينه ، فإن القوة الحالية في الدائرة تزداد. لذلك ، مقاومة أشباه الموصلات النقصانمع ارتفاع درجة الحرارة. لماذا يحدث هذا؟
مع ارتفاع درجة الحرارة ، تصبح الاهتزازات الحرارية لذرات السيليكون أكثر كثافة ، وتزداد طاقة إلكترونات التكافؤ. بالنسبة لبعض الإلكترونات ، تصل الطاقة إلى قيم كافية لكسر الروابط التساهمية. هذه الإلكترونات تترك ذراتها وتصبح مجانا(أو إلكترونات التوصيل) هو نفسه تمامًا كما هو الحال في المعدن. في مجال كهربائي خارجي ، تبدأ الإلكترونات الحرة بحركة منظمة ، وتشكل تيارًا كهربائيًا.
كلما ارتفعت درجة حرارة السيليكون ، زادت طاقة الإلكترونات ، وزاد عدد الروابط التساهمية التي لا تصمد وتنكسر. يزداد عدد الإلكترونات الحرة في بلورة السيليكون ، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومتها.
يظهر كسر الروابط التساهمية وظهور الإلكترونات الحرة في الشكل. خمسة. في موقع كسر الرابطة التساهمية ، أ الفجوةهو شاغر للإلكترون. الثقب إيجابيالشحنة ، لأنه مع رحيل إلكترون سالب الشحنة ، تبقى شحنة موجبة غير معوضة لنواة ذرة السيليكون.
أرز. 5. تشكيل الإلكترونات الحرة والثقوب
الثقوب لا تبقى في مكانها - يمكن أن تتجول حول البلورة. الحقيقة هي أن أحد إلكترونات التكافؤ المجاورة ، "يسافر" بين الذرات ، يمكنه القفز إلى الفراغ المتشكل ، وملء الحفرة ؛ ثم ستختفي الفتحة الموجودة في هذا المكان ، لكنها ستظهر في المكان الذي جاء منه الإلكترون.
في حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي ، تكون حركة الثقوب عشوائية ، لأن إلكترونات التكافؤ تتجول بين الذرات بشكل عشوائي. ومع ذلك ، في مجال كهربائي توجهحركة الفتحة. لماذا ا؟ من السهل فهمها.
على التين. يوضح الشكل 6 أشباه موصلات موضوعة في مجال كهربائي. على الجانب الأيسر من الشكل هو الموضع الأولي للفتحة.
أرز. 6. حركة ثقب في مجال كهربائي
أين ستذهب الحفرة؟ من الواضح أن الأكثر احتمالا هي قفزات "إلكترون> ثقب" في الاتجاه ضدخطوط الحقل (أي إلى "الإيجابيات" التي تنشئ الحقل). تظهر إحدى هذه القفزات في الجزء الأوسط من الشكل: قفز الإلكترون إلى اليسار ، وملأ الفراغ ، وبالتالي انتقلت الفتحة إلى اليمين. تظهر القفزة المحتملة التالية للإلكترون الناتجة عن مجال كهربائي على الجانب الأيمن من الشكل ؛ نتيجة لهذه القفزة ، أخذت الحفرة مكانًا جديدًا ، تقع أكثر على اليمين.
نرى أن الحفرة ككل تتحرك من اتجاهخطوط المجال - أي حيث من المفترض أن تتحرك الشحنات الموجبة. نؤكد مرة أخرى أن الحركة الموجهة للثقب على طول الحقل ناتجة عن قفزات إلكترونات التكافؤ من ذرة إلى ذرة ، والتي تحدث بشكل أساسي في الاتجاه المعاكس للحقل.
وبالتالي ، هناك نوعان من ناقلات الشحنة في بلورة السيليكون: الإلكترونات الحرة والثقوب. عندما يتم تطبيق مجال كهربائي خارجي ، يظهر تيار كهربائي ، ناتج عن حركتهم المضادة المنظمة: تتحرك الإلكترونات الحرة عكس متجه شدة المجال ، وتتحرك الثقوب في اتجاه المتجه.
يسمى حدوث التيار بسبب حركة الإلكترونات الحرة الموصلية الإلكترونية، أو ن-نوع الموصلية. تسمى عملية الحركة المنظمة للثقوب موصلية الثقب،أو الموصلية من النوع p(من الأحرف الأولى من الكلمات اللاتينية Negativus (سلبي) و Positivus (إيجابي)). تسمى كلتا الموصلات - الإلكترون والفتحة - معًا الموصلية الخاصةأشباه الموصلات.
كل خروج إلكترون من رابطة تساهمية مكسورة يولد زوجًا من "ثقب الإلكترون الحر". لذلك ، فإن تركيز الإلكترونات الحرة في بلورة السيليكون النقي يساوي تركيز الثقوب. وفقًا لذلك ، عندما يتم تسخين البلورة ، لا يزداد تركيز الإلكترونات الحرة فحسب ، بل يزداد عدد الثقوب أيضًا ، مما يؤدي إلى زيادة الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات بسبب زيادة الموصلية الإلكترونية والفتحة.
جنبًا إلى جنب مع تكوين أزواج "ثقب الإلكترون الحر" ، تحدث العملية العكسية أيضًا: إعادة التركيبالإلكترونات والثقوب الحرة. أي أن الإلكترون الحر ، الذي يلتقي بفتحة ، يملأ هذا الشاغر ، ويعيد الرابطة التساهمية المكسورة ويتحول إلى إلكترون تكافؤ. وهكذا ، في أشباه الموصلات ، توازن ديناميكي: متوسط عدد فواصل الروابط التساهمية وأزواج ثقب الإلكترون الناتجة لكل وحدة زمنية يساوي متوسط عدد الإلكترونات والثقوب التي تم تجميعها. تحدد حالة التوازن الديناميكي هذه تركيز التوازن للإلكترونات الحرة والثقوب في أشباه الموصلات في ظل ظروف معينة.
يؤدي التغيير في الظروف الخارجية إلى تغيير حالة التوازن الديناميكي في اتجاه أو آخر. تتغير قيمة توازن تركيز حاملات الشحنة بشكل طبيعي في هذه الحالة. على سبيل المثال ، يزداد عدد الإلكترونات والثقوب الحرة عند تسخين أو إضاءة أحد أشباه الموصلات.
في درجة حرارة الغرفة ، تركيز الإلكترونات الحرة والثقوب في السيليكون يساوي تقريبًا سم ، وتركيز ذرات السيليكون حوالي سم ، وبعبارة أخرى ، يوجد إلكترون حر واحد فقط لكل ذرة سيليكون! هذا قليل جدا. في المعادن ، على سبيل المثال ، يكون تركيز الإلكترونات الحرة مساويًا تقريبًا لتركيز الذرات. على التوالى، الموصلية الجوهرية للسيليكون وأشباه الموصلات الأخرى في ظل الظروف العادية صغيرة مقارنة بموصلية المعادن.
الموصلية النجاسة
الميزة الأكثر أهمية لأشباه الموصلات هي أنه يمكن تقليل مقاومتها بعدة أوامر من حيث الحجم عن طريق إدخال كمية صغيرة جدًا من الشوائب. بالإضافة إلى الموصلية الخاصة به ، فإن أشباه الموصلات لها السائدة الموصلية النجاسة. يرجع هذا إلى حقيقة أن أجهزة أشباه الموصلات قد وجدت مثل هذا التطبيق الواسع في العلوم والتكنولوجيا.
لنفترض ، على سبيل المثال ، أن القليل من الزرنيخ خماسي التكافؤ يضاف إلى ذوبان السيليكون. بعد تبلور الذوبان ، اتضح أن ذرات الزرنيخ تحتل أماكن في بعض مواقع الشبكة البلورية السيليكونية المتكونة.
يحتوي المستوى الإلكتروني الخارجي لذرة الزرنيخ على خمسة إلكترونات. أربعة منهم يشكلون روابط تساهمية مع أقرب الجيران - ذرات السيليكون (الشكل 7). ما هو مصير الإلكترون الخامس الذي لا يشغل هذه الروابط؟
أرز. 7. N- نوع أشباه الموصلات
ويصبح الإلكترون الخامس حرا! الحقيقة هي أن طاقة الربط لهذا الإلكترون "الإضافي" مع ذرة الزرنيخ الموجودة في بلورة السيليكون أقل بكثير من طاقة الربط لإلكترونات التكافؤ مع ذرات السيليكون. لذلك ، في درجة حرارة الغرفة ، تظل جميع ذرات الزرنيخ تقريبًا ، نتيجة للحركة الحرارية ، بدون إلكترون خامس ، وتتحول إلى أيونات موجبة. وبلورة السيليكون ، على التوالي ، مملوءة بالإلكترونات الحرة ، المنفصلة من ذرات الزرنيخ.
إن ملء بلورة بالإلكترونات الحرة ليس جديدًا بالنسبة لنا: لقد رأيناها أعلاه عندما تم تسخينها ينظفالسيليكون (بدون أي شوائب). لكن الوضع يختلف الآن اختلافًا جوهريًا: ظهور إلكترون حر يخرج من ذرة الزرنيخ لا يترافق مع ظهور ثقب متحرك. لماذا ا؟ والسبب هو نفسه - رابطة إلكترونات التكافؤ مع ذرات السيليكون أقوى بكثير من رابطة إلكترونات التكافؤ مع ذرة الزرنيخ في المنصب الخامس ، وبالتالي فإن إلكترونات ذرات السيليكون المجاورة لا تميل إلى ملء هذا الشاغر. وبالتالي ، فإن الشاغر يبقى في مكانه ؛ فهو ، كما كان ، "متجمد" لذرة الزرنيخ ولا يشارك في تكوين التيار.
في هذا الطريق، يؤدي إدخال ذرات الزرنيخ الخماسي التكافؤ في الشبكة البلورية السيليكونية إلى إنشاء الموصلية الإلكترونية ، ولكنه لا يؤدي إلى المظهر المتماثل لموصلية الثقب. الدور الرئيسي في إنشاء التيار ينتمي الآن إلى الإلكترونات الحرة ، والتي تسمى في هذه الحالة الناقلات الرئيسيةتكلفة.
تستمر آلية التوصيل الجوهرية ، بالطبع ، في العمل حتى في وجود شوائب: لا تزال الروابط التساهمية مكسورة بسبب الحركة الحرارية ، وتولد إلكترونات وثقوبًا حرة. ولكن يوجد الآن عدد أقل بكثير من الثقوب مقارنة بالإلكترونات الحرة ، والتي يتم توفيرها بكميات كبيرة بواسطة ذرات الزرنيخ. لذلك ، ستكون الثقوب في هذه الحالة ناقلات الأقلياتتكلفة.
تسمى الشوائب التي تتبرع ذراتها بالإلكترونات الحرة دون ظهور عدد متساوٍ من الثقوب المتنقلة جهات مانحة. على سبيل المثال ، الزرنيخ خماسي التكافؤ هو شوائب مانحة. في حالة وجود شوائب مانحة في أشباه الموصلات ، فإن الإلكترونات الحرة هي ناقلات الشحنة الرئيسية ، والثقوب هي الثقوب الصغيرة ؛ بمعنى آخر ، تركيز الإلكترونات الحرة أعلى بكثير من تركيز الثقوب. لذلك ، يتم استدعاء أشباه الموصلات ذات الشوائب المانحة أشباه الموصلات الإلكترونية، أو ن نوع أشباه الموصلات(أو ببساطة ن- أشباه الموصلات).
وإلى أي مدى ، من المثير للاهتمام ، يمكن أن يتجاوز تركيز الإلكترونات الحرة تركيز الثقوب في n-semiconductor؟ لنقم بحساب بسيط.
افترض أن النجاسة هي أن هناك ذرة زرنيخ واحدة لكل ألف ذرة سيليكون. تركيز ذرات السيليكون ، كما نتذكر ، هو في حدود سم.
سيكون تركيز ذرات الزرنيخ ، على التوالي ، أقل بألف مرة: سم ، وسيتحول أيضًا تركيز الإلكترونات الحرة التي تبرع بها الشوائب إلى نفس المستوى - بعد كل شيء ، تعطي كل ذرة زرنيخ إلكترونًا. والآن دعونا نتذكر أن تركيز أزواج الثقوب الإلكترونية التي تظهر عندما تنكسر الروابط التساهمية السيليكونية عند درجة حرارة الغرفة تساوي تقريبًا سم ، هل تشعر بالفرق؟ تركيز الإلكترونات الحرة في هذه الحالة أكبر من تركيز الثقوب بأعداد كبيرة ، أي مليار مرة! وفقًا لذلك ، تقل مقاومة أشباه الموصلات السيليكونية بعامل مليار عند إدخال مثل هذه الكمية الصغيرة من الشوائب.
يوضح الحساب أعلاه أنه في أشباه الموصلات من النوع n ، يتم لعب الدور الرئيسي بالفعل عن طريق التوصيل الإلكتروني. على خلفية مثل هذا التفوق الهائل في عدد الإلكترونات الحرة ، فإن مساهمة حركة الثقوب في الموصلية الكلية صغيرة بشكل مهم.
من الممكن ، على العكس من ذلك ، إنشاء شبه موصل له غلبة في توصيل الثقب. سيحدث هذا إذا تم إدخال شوائب ثلاثية التكافؤ في بلورة السيليكون - على سبيل المثال ، الإنديوم. تظهر نتيجة هذا التنفيذ في الشكل. 8.
أرز. 8. ف نوع أشباه الموصلات
ما يحدث في هذه الحالة؟ يحتوي المستوى الإلكتروني الخارجي لذرة الإنديوم على ثلاثة إلكترونات تشكل روابط تساهمية مع ذرات السيليكون الثلاث المحيطة. بالنسبة لذرة السليكون الرابعة المجاورة ، لم يعد لدى ذرة الإنديوم إلكترون كافٍ ، ويظهر ثقب في هذا المكان.
وهذا الثقب ليس بسيطًا ، ولكنه خاص - بطاقة ربط عالية جدًا. عندما يدخله إلكترون من ذرة سيليكون مجاورة ، فإنه "يظل عالقًا إلى الأبد" فيه ، لأن انجذاب الإلكترون إلى ذرة الإنديوم كبير جدًا - أكثر من جذب ذرات السيليكون. سوف تتحول ذرة الإنديوم إلى أيون سالب ، وفي المكان الذي يأتي منه الإلكترون ، سيظهر ثقب - لكنه الآن ثقب متحرك عادي على شكل رابطة تساهمية مكسورة في الشبكة البلورية السيليكونية. سيبدأ هذا الثقب بالطريقة المعتادة في التجول حول البلورة بسبب انتقال "التتابع" لإلكترونات التكافؤ من ذرة سيليكون إلى أخرى.
وهكذا ، فإن كل ذرة شائبة من الإنديوم تولد ثقبًا ، لكنها لا تؤدي إلى المظهر المتماثل للإلكترون الحر. تسمى هذه الشوائب ، التي تلتقط ذراتها الإلكترونات "بإحكام" وبالتالي تخلق ثقبًا متحركًا في البلورة ، متقبل.
إنديوم ثلاثي التكافؤ هو مثال على شوائب متقبل.
إذا تم إدخال شوائب متقبل في بلورة سيليكون نقية ، فإن عدد الثقوب الناتجة عن الشوائب سيكون أكبر بكثير من عدد الإلكترونات الحرة التي نشأت بسبب كسر الروابط التساهمية بين ذرات السيليكون. أشباه الموصلات مع متقبل هو dopant ثقب أشباه الموصلات، أو ف نوع أشباه الموصلات(أو ببساطة ف أشباه الموصلات).
تلعب الثقوب دورًا رئيسيًا في توليد التيار في أشباه الموصلات p ؛ ثقوب - ناقلات الشحن الرئيسية. الإلكترونات الحرة - ناقلات طفيفةتهمة في p- أشباه الموصلات. لا تقدم حركة الإلكترونات الحرة في هذه الحالة مساهمة كبيرة: يتم توفير التيار الكهربائي بشكل أساسي عن طريق توصيل الثقب.
السندات الإذنية تقاطع
تسمى نقطة الاتصال لاثنين من أشباه الموصلات بأنواع مختلفة من الموصلية (الإلكترون والثقب) انتقال ثقب الإلكترون، أو السندات الإذنية تقاطع. في منطقة تقاطع p-n ، تظهر ظاهرة مثيرة للاهتمام ومهمة للغاية - التوصيل أحادي الاتجاه.
على التين. 9 يوضح جهة اتصال المناطق من النوع p و n ؛ الدوائر الملونة عبارة عن ثقوب وإلكترونات حرة ، والتي تمثل غالبية (أو ثانوية) ناقلات الشحنة في المناطق المعنية.
أرز. 9. حجب طبقة تقاطع ع - ن
من خلال أداء الحركة الحرارية ، تخترق حاملات الشحنة من خلال الواجهة بين المناطق.
تمر الإلكترونات الحرة من المنطقة n إلى المنطقة p وتعيد اتحادها مع الثقوب ؛ تنتشر الثقوب من المنطقة p إلى المنطقة n وتعيد اتحادها مع الإلكترونات.
نتيجة لهذه العمليات ، تبقى شحنة غير معوضة من الأيونات الموجبة للشوائب المانحة في أشباه الموصلات الإلكترونية بالقرب من حدود التلامس ، بينما في أشباه الموصلات في الفتحة (أيضًا بالقرب من الحدود) ، تنشأ شحنة سالبة غير معوضة من أيونات الشوائب المستقبلة . تشكل هذه الشحنات الفضائية غير المعوضة ما يسمى ب طبقة الحاجز، التي يمنع مجالها الكهربائي الداخلي انتشار الإلكترونات الحرة والثقوب عبر حدود التلامس.
دعونا الآن نربط المصدر الحالي بعنصر أشباه الموصلات من خلال تطبيق "زائد" المصدر على n-semiconductor ، و "ناقص" على p-semiconductor (الشكل 10).
أرز. 10. تشغيل في الاتجاه المعاكس: لا يوجد تيار
نرى أن المجال الكهربائي الخارجي يأخذ حاملات الشحنة الأغلبية بعيدًا عن حدود التلامس. يزداد عرض الطبقة الحاجزة ويزداد مجالها الكهربائي. مقاومة الطبقة الحاجزة عالية ، والحاملات الرئيسية غير قادرة على التغلب على تقاطع p n. يسمح المجال الكهربائي لحاملات الأقلية فقط بعبور الحدود ، ومع ذلك ، نظرًا للتركيز المنخفض جدًا لحاملات الأقلية ، فإن التيار الذي تخلقه لا يكاد يذكر.
يسمى المخطط المدروس تشغيل تقاطع p – n في الاتجاه المعاكس. لا يوجد تيار كهربائي للحوامل الرئيسية ؛ لا يوجد سوى تيار ناقل أقلية ضئيل. في هذه الحالة ، يتم إغلاق التقاطع p – n.
الآن دعنا نغير قطبية الاتصال ونطبق "زائد" على أشباه الموصلات p ، و "ناقص" على n-semiconductor (الشكل 11). هذا المخطط يسمى التحول في الاتجاه الأمامي.
أرز. 11. التحويل إلى الأمام: التدفقات الحالية
في هذه الحالة ، يتم توجيه المجال الكهربائي الخارجي ضد مجال الحجب ويفتح الطريق أمام الموجات الحاملة الرئيسية عبر تقاطع p n. تصبح الطبقة الحاجزة أرق ، وتقل مقاومتها.
هناك حركة جماعية للإلكترونات الحرة من المنطقة n إلى المنطقة p ، وتندفع الثقوب بدورها معًا من المنطقة p إلى المنطقة n.
ينشأ تيار في الدائرة بسبب حركة ناقلات الشحنة الرئيسية (الآن ، ومع ذلك ، فإن المجال الكهربائي يمنع تيار ناقلات الأقلية ، ولكن هذا العامل المهمل ليس له تأثير ملحوظ على الموصلية الكلية).
يتم استخدام التوصيل أحادي الجانب لتقاطع p – n في الثنائيات أشباه الموصلات. الصمام الثنائي هو جهاز يجر التيار في اتجاه واحد فقط ؛ في الاتجاه المعاكس ، لا يمر أي تيار عبر الصمام الثنائي (يقال إن الصمام الثنائي مغلق). يظهر التمثيل التخطيطي للديود في الشكل. 12.
أرز. 12. الصمام الثنائي
في هذه الحالة ، يكون الصمام الثنائي مفتوحًا في الاتجاه من اليسار إلى اليمين: يبدو أن الشحنات تتدفق على طول السهم (انظر في الشكل؟). في الاتجاه من اليمين إلى اليسار ، يبدو أن الشحنات تستقر على الحائط - الصمام الثنائي مغلق.
تزداد الطاقة الحركية للذرات والأيونات ، وتبدأ في التأرجح بقوة أكبر حول مواضع التوازن ، ولا تملك الإلكترونات مساحة كافية للحركة الحرة.