عرض تقديمي حول موضوع "الموصلات والعوازل الكهربائية". عرض تقديمي عن موضوع "الموصلات في المجال الكهربائي" عرض تقديمي عن موضوع "الموصلات في المجال الكهربائي"

17.06.2022عنوان: التشطيب

الموصلات والعوازل الكهربائية في مجال كهرباء

ميزيتسكي أرتيوم

مكتمل:

المؤسسة التعليمية البلدية

"المدرسة الثانوية رقم 30 بمدينة بيلوفو"

الرأس: بوبوفا إيرينا ألكساندروفنا

بيلوفو 2011

يخطط:

1. الموصلات والعوازل.
2. الموصلات في مجال كهرباء.
3. العوازل في مجال الكهرباء الساكنة.
4. ثابت العزل الكهربائي.

المواد عن طريق الموصليةالموصلات هي المواد التي تجري كهرباءهناك شحنات حرة العوازل هي المواد التي لا توصل التيار الكهربائي ولا توجد شحنات حرة

هيكل المعادن

موصل معدني في مجال كهرباء

ايفن = ايفن.

موصل معدني في مجال كهرباء

ه خارجي = ه داخلي

داخل الموصل الحقل الكهربائيلا.

تتركز الشحنة الساكنة الكاملة للموصل على سطحه.

هيكل عازلهيكل جزيء كلوريد الصوديوم ثنائي القطب الكهربائي NaCl - مزيج من شحنتين نقطيتين متساويتين في الحجم ومتعاكستين في الإشارة.

أنواع العوازل القطبية يتكون من جزيئات لا تتطابق مراكز توزيع الشحنات الموجبة والسالبة ملحوالكحول والماء وما إلى ذلك. غير القطبية تتكون من جزيئات تتطابق مراكز توزيع الشحنات الموجبة والسالبة. الغازات الخاملة، O2، H2، البنزين، البولي ايثيلين، الخ. هيكل عازل قطبي

عازل في الحقل الكهربائي

ه داخلي< Е внеш.

العازل الكهربائي يضعف المجال الكهربائي الخارجي

ثابت العزل الكهربائي للوسط- خصائص الخواص الكهربائية للعازل

شدة المجال الكهربائي في الفراغ

شدة المجال الكهربائي في العزل الكهربائي

ثابت العزل الكهربائي للوسط

ثابت العزل الكهربائي للموادقانون كولوم:

قانون كولوم:
شدة المجال الكهربائي الناتج عن شحنة نقطية:

حل المشكلات حل المشكلات حل المشكلات اختبار

رقم 1: يتم إحضار جسم مشحون بشحنة موجبة إلى ثلاث لوحات متلامسة A، B، C. اللوحات B، C موصلة، و A عازلة. ما الشحنات التي ستكون على الصفائح بعد سحب اللوح B بالكامل؟

خيارات الإجابة

رقم 2: كرة معدنية مشحونة متسلسلة

مغمورة في اثنين من السوائل العازلة (1< 2).

أي من الرسوم البيانية التالية

يعكس بدقة التبعية

إمكانات المجال مقابل المسافة

تقاس من وسط الكرة؟

رقم 4: تم وضع شحنة موجبة في وسط كرة معدنية سميكة الجدران وغير مشحونة. أي من الأشكال التالية يتوافق مع نمط توزيع خطوط المجال الكهروستاتيكي؟

رقم 5: أي من الأشكال التالية يتوافق مع توزيع خطوط المجال للشحنة الموجبة والمستوى المعدني المؤرض؟

كتب مستخدمة

كاسيانوف، ف. الفيزياء، الصف العاشر [النص]: كتاب مدرسي للمدارس الثانوية / V.A. كاسيانوف. – شركة ذات مسؤولية محدودة “دروفا”، 2004. – 116 ص.
قبردين أو إف، أورلوف في إيه، إيفينشيك إي إي، شماش إس إيه، بينسكي إيه إيه، كاباردينا إس آي، ديك يو آي، نيكيفوروف جي جي، شيفر ن. أند. "الفيزياء. الصف العاشر "التنوير" 2007

هذا كل شيء =)

على سطح الكرة، تقطع المخاريط مساحات كروية صغيرة يمكن اعتبارها مسطحة. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2، أو المخاريط متشابهة مع بعضها البعض، حيث أن الزوايا عند الرأس متساوية. ويترتب على التشابه أن مساحات القواعد مرتبطة بمربعات المسافات من النقطة أ إلى المواقع وعلى التوالي. هكذا،

الأسطح متساوية الجهد يظهر في الشكل مسار تقريبي للأسطح متساوية الجهد للحظة معينة من الإثارة القلبية. في المجال الكهربائي، يكون سطح الجسم الموصل، أيًا كان شكله، سطحًا متساوي الجهد. تشير الخطوط المنقطة إلى أسطح متساوية الجهد، والأرقام المجاورة لها تشير إلى القيمة المحتملة بالميلي فولت.

ثابت العزل الكهربائي للمواد المادة ε ε الغازات وبخار الماء النيتروجين الهيدروجين الهواء الفراغ بخار الماء (عند t=100 درجة مئوية) الهيليوم الأكسجين ثاني أكسيد الكربون السوائل النيتروجين السائل (عند t= –198.4 درجة مئوية) البنزين الماء الهيدروجين السائل (عند t= –252، 9 درجة مئوية) الهيليوم السائل (عند t= –269 درجة مئوية) الجلسرين 1.0058 1.006 1.4 1.9–2.0 81 1.2 1.05 43 الأكسجين السائل (عند t= –192.4 درجة مئوية) زيت المحولات الكحول الأثير المواد الصلبة الماس الورق المشمع الخشب الجاف الجليد (عند t= – – 10 درجة مئوية) بارافين مطاط ميكا زجاج تيتانيوم باريوم بورسلين كهرمان 1.5 2.2 26 4.3 5.7 2.2 2.2–3.7 70 1.9–2.2 3.0–6.0 5.7–7.2 6.0–10.4–6.8 2.8

أدب O. F. قبردين “الفيزياء. المواد المرجعية". O. F. قبردين “الفيزياء. المواد المرجعية". A. A. Pinsky "الفيزياء. كتاب مدرسي لمدارس وفصول الصف العاشر مع دراسة متعمقة للفيزياء." A. A. Pinsky "الفيزياء. كتاب مدرسي لمدارس وفصول الصف العاشر مع دراسة متعمقة للفيزياء." جي يا مياكيشيف "الفيزياء. دروس الديناميكا الكهربائية ". جي يا مياكيشيف "الفيزياء. دروس الديناميكا الكهربائية ". مجلة "كفانت". مجلة "كفانت".

الموصلات في المجال الكهربائي الشحنات الحرة - جسيمات مشحونة لها نفس العلامة، قادرة على التحرك تحت تأثير المجال الكهربائي الشحنات المقيدة - الشحنات المعاكسة المدرجة في تكوين الذرات (أو الجزيئات) التي لا يمكنها التحرك تحت تأثير المجال الكهربائي مستقلة عن بعضها البعض مواد الموصلات العازلة أشباه الموصلات

أي وسط يضعف قوة المجال الكهربائي

يتم تحديد الخصائص الكهربائية للوسط من خلال حركة الجزيئات المشحونة فيه

الموصل: المعادن، محاليل الأملاح، الأحماض، الهواء الرطب، البلازما، جسم الإنسان

هذا جسم يحتوي بداخله على كمية كافية من الشحنات الكهربائية الحرة التي يمكن أن تتحرك تحت تأثير المجال الكهربائي.

إذا قمت بإدخال موصل غير مشحون في مجال كهربائي، تبدأ حاملات الشحنة في التحرك. يتم توزيعها بحيث يكون المجال الكهربائي الذي تخلقه معاكسًا للمجال الخارجي، أي أن المجال الموجود داخل الموصل سوف يضعف. سيتم إعادة توزيع الشحنات حتى يتم استيفاء شروط توازن الشحنات على الموصل، وهي:

موصل محايد يتم إدخاله في مجال كهربائي يكسر خطوط التوتر. تنتهي عند شحنات مستحثة سالبة وتبدأ عند شحنات موجبة

وتسمى ظاهرة الفصل المكاني للشحنات بالحث الكهروستاتيكي. مجال خاص من الرسوم المستحثة مع درجة عاليةيعوض بدقة المجال الخارجي داخل الموصل.

إذا كان للموصل تجويف داخلي، فإن المجال سيكون غائبا داخل التجويف. يستخدم هذا الظرف عند تنظيم حماية المعدات من المجالات الكهربائية.

تسمى كهربة الموصل في مجال كهروستاتيكي خارجي عن طريق فصل الشحنات الموجبة والسالبة الموجودة فيه بكميات متساوية بظاهرة الحث الكهروستاتيكي، وتسمى الشحنات المعاد توزيعها نفسها المستحثة. يمكن استخدام هذه الظاهرة لكهربة الموصلات غير المشحونة.

يمكن كهربة موصل غير مشحون عن طريق ملامسته لموصل مشحون آخر.

يعتمد توزيع الشحنات على سطح الموصلات على شكلها. يتم ملاحظة الحد الأقصى لكثافة الشحن عند النقاط، ويتم تقليلها داخل فترات الاستراحة إلى الحد الأدنى.

لقد وجدت خاصية تركيز الشحنات الكهربائية في الطبقة السطحية للموصل تطبيقًا للحصول على اختلافات كبيرة في الجهد باستخدام الطريقة الكهروستاتيكية. في التين. يظهر رسم تخطيطي لمولد إلكتروستاتيكي يستخدم لتسريع الجسيمات الأولية.

يوجد موصل كروي 1 بقطر كبير على عمود عازل 2. يتحرك شريط عازل مغلق 3 داخل العمود، ويقود الطبول 4. من مولد الجهد العالي، تنتقل شحنة انتقائية عبر نظام من الموصلات المدببة 5 إلى الشريط، على الجانب الخلفي من الشريط توجد لوحة التأريض 6. تتم إزالة الشحنات من الشريط بواسطة نظام النقاط 7 وتتدفق إلى المجال الموصل. يتم تحديد الحد الأقصى للشحنة التي يمكن أن تتراكم على الكرة عن طريق التسرب من سطح الموصل الكروي. من الناحية العملية، مع مولدات ذات تصميم مماثل، بقطر كروي يتراوح من 10 إلى 15 مترًا، من الممكن الحصول على فرق جهد يصل إلى 3 إلى 5 ملايين فولت. ولزيادة شحنة الكرة، يتم أحيانًا وضع الهيكل بأكمله في صندوق مملوء بالغاز المضغوط، مما يقلل من شدة التأين.

http://www.physbook.ru/images/0/02/Img_T-68-004.jpg

http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/elmag/uchpos/text/2_2.html

http://www.ido.rudn.ru/nfpk/fizika/electro/course_files/el13.JPG

الشريحة 2

الموصلات والعوازل في المجال الكهربائي تسمى الجسيمات المشحونة التي يمكنها التحرك بحرية في المجال الكهربائي بالشحنات الحرة، والمواد التي تحتوي عليها تسمى الموصلات. الموصلات هي المعادن والمحاليل السائلة والإلكتروليتات المنصهرة. الشحنات الحرة في المعدن هي إلكترونات الأغلفة الخارجية للذرات التي فقدت الاتصال بها. وتسمى هذه الإلكترونات بالإلكترونات الحرة، ويمكنها التحرك بحرية عبر الجسم المعدني في أي اتجاه. في ظل الظروف الكهروستاتيكية، أي عندما تكون الشحنات الكهربائية ثابتة، تكون شدة المجال الكهربائي داخل الموصل صفرًا دائمًا. وبالفعل، إذا افترضنا أنه لا يزال هناك مجال داخل الموصل، فإن الشحنات الحرة الموجودة فيه ستتأثر بقوى كهربائية تتناسب مع شدة المجال، وستبدأ هذه الشحنات في الحركة، مما يعني أن المجال سيتوقف عن الحركة. تكون كهرباء. وبالتالي، لا يوجد مجال كهرباء داخل الموصل.

الشريحة 3

المواد التي ليس لها شحنات حرة تسمى المواد العازلة أو العوازل. تشمل أمثلة المواد العازلة الغازات المختلفة، وبعض السوائل (الماء، والبنزين، والكحول، وما إلى ذلك)، بالإضافة إلى العديد من المواد الصلبة (الزجاج، والخزف، والزجاج الشبكي، والمطاط، وما إلى ذلك). هناك نوعان من العوازل الكهربائية - القطبية وغير القطبية. في الجزيء العازل القطبي، توجد الشحنات الموجبة في الغالب في جزء واحد (القطب "+")، وتقع الشحنات السالبة في الجزء الآخر (القطب "-"). في العازل غير القطبي، يتم توزيع الشحنات الموجبة والسالبة بالتساوي في جميع أنحاء الجزيء. عزم ثنائي القطب الكهربائي هو كمية فيزيائية متجهة تميز الخواص الكهربائية لنظام الجسيمات المشحونة (توزيع الشحنة) بمعنى المجال الذي تخلقه وتأثير المجالات الخارجية عليه. أبسط نظام للشحنات له عزم ثنائي القطب معين (مستقل عن اختيار المنشأ) غير صفر هو ثنائي القطب (جسيمان نقطيان لهما شحنات متضادة من نفس الحجم).

الشريحة 4

القيمة المطلقة لعزم ثنائي القطب الكهربائي لثنائي القطب تساوي حاصل ضرب حجم الشحنة الموجبة والمسافة بين الشحنات ويتم توجيهها من الشحنة السالبة إلى الشحنة الموجبة، أو: حيث q هو حجم الشحنات ، l هو متجه يبدأ بشحنة سالبة وينتهي بشحنة موجبة. بالنسبة لنظام من الجسيمات N، فإن عزم ثنائي القطب الكهربائي هو: وحدات النظام لقياس عزم ثنائي القطب الكهربائي ليس لها اسم خاص. في SI هو ببساطة Kl·m. عادة ما يتم قياس عزم ثنائي القطب الكهربائي للجزيئات بوحدة الديباي: 1 D = 3.33564·10−30 C·m.

الشريحة 5

الاستقطاب العازل. عندما يتم إدخال عازل في مجال كهربائي خارجي، فإنه يحدث إعادة توزيع معينة للشحنات التي تشكل الذرات أو الجزيئات. ونتيجة لإعادة التوزيع هذه، تظهر الشحنات المقيدة الزائدة غير المعوضة على سطح العينة العازلة. جميع الجسيمات المشحونة التي تشكل شحنات مجهرية لا تزال جزءًا من ذراتها. تخلق الشحنات المقيدة مجالًا كهربائيًا، والذي يتم توجيهه داخل العازل الكهربائي عكسًا لمتجه شدة المجال الخارجي. وتسمى هذه العملية الاستقطاب العازل. ونتيجة لذلك، فإن إجمالي المجال الكهربائي داخل العازل الكهربائي أقل من المجال الخارجي من حيث القيمة المطلقة. الكمية الفيزيائية التي تساوي نسبة معامل شدة المجال الكهربائي الخارجي في الفراغ E0 إلى معامل شدة المجال الإجمالية في عازل متجانس E تسمى ثابت العزل الكهربائي للمادة:

الشريحة 6

هناك عدة آليات لاستقطاب العوازل. وأهمها هو التوجه والاستقطاب التشوه. يحدث الاستقطاب الاتجاهي أو ثنائي القطب في حالة العوازل القطبية التي تتكون من جزيئات لا تتطابق فيها مراكز توزيع الشحنات الموجبة والسالبة. هذه الجزيئات عبارة عن ثنائيات أقطاب كهربائية مجهرية - مزيج محايد من شحنتين متساويتين في الحجم ومتعاكستين في الإشارة، وتقعان على مسافة ما من بعضهما البعض. على سبيل المثال، جزيء الماء، وكذلك جزيئات عدد من المواد العازلة الأخرى (H2S، NO2، وما إلى ذلك) لها عزم ثنائي القطب. في حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي، يتم توجيه محاور ثنائيات القطب الجزيئي بشكل عشوائي بسبب الحركة الحرارية، بحيث تكون على سطح العازل وفي أي عنصر حجمي الشحنة الكهربائيةفي المتوسط يساوي الصفر. عندما يتم إدخال عازل في مجال خارجي، يحدث اتجاه جزئي لثنائيات القطب الجزيئي. ونتيجة لذلك، تظهر شحنات مجهرية غير معوضة على سطح العازل، مما يؤدي إلى إنشاء حقل موجه نحو المجال الخارجي

الشريحة 7

يعتمد استقطاب العوازل القطبية بقوة على درجة الحرارة، لأن الحركة الحرارية للجزيئات تلعب دور عامل مربك. يوضح الشكل أنه في المجال الخارجي، تؤثر قوى موجهة بشكل معاكس على القطبين المتقابلين لجزيء عازل قطبي، حيث تحاول تدوير الجزيء على طول متجه شدة المجال.

الشريحة 8

تتجلى آلية التشوه (أو المرونة) أثناء استقطاب العوازل غير القطبية، التي لا تمتلك جزيئاتها عزم ثنائي القطب في حالة عدم وجود مجال خارجي. أثناء الاستقطاب الإلكتروني تحت تأثير المجال الكهربائي، تتشوه الأغلفة الإلكترونية للعوازل غير القطبية - حيث يتم إزاحة الشحنات الموجبة في اتجاه المتجه والشحنات السالبة في الاتجاه المعاكس. ونتيجة لذلك، يتحول كل جزيء إلى ثنائي القطب الكهربائي، الذي يتم توجيه محوره على طول المجال الخارجي. تظهر الشحنات المرتبطة غير المعوضة على سطح العازل الكهربائي، مما يؤدي إلى إنشاء مجال خاص بها موجه نحو المجال الخارجي. هذه هي الطريقة التي يحدث بها استقطاب العازل غير القطبي. مثال على الجزيء غير القطبي هو جزيء الميثان CH4. في هذا الجزيء، يوجد أيون الكربون المتأين الرباعي C4– في وسط هرم منتظم، توجد في رؤوسه أيونات الهيدروجين H+. عند تطبيق مجال خارجي، يتم إزاحة أيون الكربون من مركز الهرم، ويطور الجزيء عزمًا ثنائي القطب يتناسب مع المجال الخارجي.

الشريحة 9

في حالة العوازل البلورية الصلبة، لوحظ نوع من استقطاب التشوه - ما يسمى بالاستقطاب الأيوني، حيث يتم إزاحة أيونات ذات علامات مختلفة تشكل الشبكة البلورية، عند تطبيق مجال خارجي، في اتجاهات متعاكسة، كما ونتيجة لذلك تظهر شحنات مقيدة (غير معوضة) على الوجوه البلورية. مثال على هذه الآلية هو استقطاب بلورة NaCl، حيث تشكل أيونات Na+ وCl- شبكتين فرعيتين متداخلتين داخل بعضهما البعض. في حالة عدم وجود مجال خارجي، تكون كل خلية وحدة من بلورة NaCl محايدة كهربائيًا ولا تحتوي على عزم ثنائي القطب. في المجال الكهربائي الخارجي، يتم إزاحة كل من الشبكات الفرعية في اتجاهين متعاكسين، أي أن البلورة مستقطبة.

الشريحة 10

يوضح الشكل أن مجالًا خارجيًا يعمل على جزيء عازل غير قطبي، ويحرك الشحنات المعاكسة بداخله في اتجاهات مختلفة، ونتيجة لذلك يصبح هذا الجزيء مشابهًا لجزيء عازل قطبي، موجه على طول خطوط المجال. إن تشوه الجزيئات غير القطبية تحت تأثير مجال كهربائي خارجي لا يعتمد على حركتها الحرارية، وبالتالي فإن استقطاب العازل غير القطبي لا يعتمد على درجة الحرارة.

الشريحة 11

أساسيات نظرية الفرقة صلبتعتبر نظرية النطاق أحد الأقسام الرئيسية في نظرية الكم للمواد الصلبة والتي تصف حركة الإلكترونات في البلورات وهي الأساس النظرية الحديثةالمعادن وأشباه الموصلات والعوازل. يختلف طيف طاقة الإلكترونات الموجودة في المادة الصلبة اختلافًا كبيرًا عن طيف طاقة الإلكترونات الحرة (المستمرة) أو طيف الإلكترونات التي تنتمي إلى ذرات فردية معزولة (منفصلة مع مجموعة محددة من المستويات المتاحة) - وتتكون من نطاقات طاقة فردية مسموح بها مفصولة بعصابات من الطاقات المحرمة. وفقًا لافتراضات بور الميكانيكية الكمومية، في ذرة معزولة، يمكن لطاقة الإلكترون أن تأخذ قيمًا منفصلة تمامًا (الإلكترون لديه طاقة معينة ويقع في أحد المدارات).

الشريحة 12

في حالة وجود نظام مكون من عدة ذرات متحدة بواسطة رابطة كيميائية، يتم تقسيم مستويات الطاقة الإلكترونية بمقدار يتناسب مع عدد الذرات. يتم تحديد مقياس الانقسام من خلال تفاعل الأغلفة الإلكترونية للذرات. مع زيادة أخرى في النظام إلى المستوى العياني، يصبح عدد المستويات كبيرًا جدًا، ويكون الفرق في طاقات الإلكترونات الموجودة في المدارات المجاورة صغيرًا جدًا في المقابل - تنقسم مستويات الطاقة إلى مجموعتين منفصلتين تقريبًا - الطاقة المناطق.

الشريحة 13

يُطلق على أعلى نطاقات الطاقة المسموح بها في أشباه الموصلات والعوازل الكهربائية، حيث تشغل الإلكترونات جميع حالات الطاقة عند درجة حرارة 0 كلفن، نطاق التكافؤ، والنطاق التالي هو نطاق التوصيل. وفقا للمبدأ الموقف النسبيمن هذه المناطق، تنقسم جميع المواد الصلبة إلى ثلاث مجموعات كبيرة: الموصلات - المواد التي يتداخل فيها نطاق التوصيل ونطاق التكافؤ (لا توجد فجوة طاقة)، وتشكل منطقة واحدة تسمى نطاق التوصيل (وبالتالي، يمكن للإلكترون أن يتحرك بحرية بينهما ، تلقي أي طاقة منخفضة مسموح بها)؛ المواد العازلة - المواد التي لا تتداخل فيها المناطق وتكون المسافة بينها أكثر من 3 فولت (من أجل نقل الإلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، يلزم وجود طاقة كبيرة، لذا فإن العوازل الكهربائية لا تقوم عمليًا بتوصيل التيار)؛ أشباه الموصلات - المواد التي لا تتداخل فيها النطاقات وتكون المسافة بينها (فجوة النطاق) في نطاق 0.1-3 فولت (من أجل نقل إلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، يلزم طاقة أقل من عازلة، وبالتالي فإن أشباه الموصلات النقية تكون موصلة بشكل ضعيف).

الشريحة 14

تعد فجوة النطاق (فجوة الطاقة بين نطاقي التكافؤ والتوصيل) كمية أساسية في نظرية النطاق وتحدد الخصائص البصرية والكهربائية للمادة. يُطلق على انتقال الإلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل عملية توليد حاملات الشحنة (الإلكترون السالب والإيجابي - الثقب) ، ويسمى الانتقال العكسي بعملية إعادة التركيب.

الشريحة 15

أشباه الموصلات هي مواد تكون فجوة نطاقها في حدود عدة إلكترون فولت (eV). على سبيل المثال، يمكن تصنيف الماس على أنه شبه موصل واسع الفجوة، ويمكن تصنيف زرنيخيد الإنديوم على أنه شبه موصل ضيق الفجوة. تشمل أشباه الموصلات العديد العناصر الكيميائية(الجرمانيوم والسيليكون والسيلينيوم والتيلوريوم والزرنيخ وغيرها)، وعدد كبير من السبائك والمركبات الكيميائية (زرنيخيد الغاليوم، وما إلى ذلك). أشباه الموصلات الأكثر شيوعا في الطبيعة هو السيليكون، الذي يشكل ما يقرب من 30٪ من القشرة الأرضية. شبه الموصل هو مادة تحتل موقعًا متوسطًا بين الموصلات والعوازل، من حيث موصليتها النوعية، وتختلف عن الموصلات في الاعتماد القوي للموصلية المحددة على تركيز الشوائب ودرجة الحرارة والتعرض. أنواع مختلفةإشعاع. الخاصية الرئيسية لأشباه الموصلات هي زيادة التوصيل الكهربائي مع زيادة درجة الحرارة.

الشريحة 16

تتميز أشباه الموصلات بخصائص الموصلات والعوازل. في بلورات أشباه الموصلات، تحتاج الإلكترونات إلى حوالي 1-2 10−19 جول (حوالي 1 فولت) من الطاقة ليتم إطلاقها من الذرة مقابل 7-10 10−19 جول (حوالي 5 فولت) للعوازل الكهربائية، وهو ما يميز الفرق الرئيسي بين أشباه الموصلات والعوازل . وتظهر هذه الطاقة فيها مع زيادة درجة الحرارة (على سبيل المثال، في درجة حرارة الغرفة، يكون مستوى طاقة الحركة الحرارية للذرات هو 0.4·10−19 جول)، وتتلقى الإلكترونات الفردية الطاقة ليتم فصلها عن النواة. تترك نواتها مكونة إلكترونات وفجوات حرة. مع زيادة درجة الحرارة، يزداد عدد الإلكترونات الحرة والثقوب، وبالتالي، في شبه الموصل الذي لا يحتوي على شوائب، تقل المقاومة الكهربائية. تقليديًا، تعتبر العناصر ذات طاقة ربط الإلكترون أقل من 2-3 فولت من أشباه الموصلات. تتجلى آلية توصيل ثقب الإلكترون في أشباه الموصلات الأصلية (أي بدون شوائب). ويسمى الموصلية الكهربائية الجوهرية لأشباه الموصلات.

الشريحة 17

يتناسب احتمال انتقال الإلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل مع (-Eg/kT)، حيث Eg هي فجوة النطاق. عند قيمة كبيرة على سبيل المثال (2-3 فولت)، يتبين أن هذا الاحتمال صغير جدًا. وبالتالي، فإن تقسيم المواد إلى معادن وغير معدنية له أساس محدد للغاية. في المقابل، فإن تقسيم اللافلزات إلى أشباه الموصلات والمواد العازلة ليس له مثل هذا الأساس وهو مشروط بحت.

الشريحة 18

الموصلية الجوهرية والشوائب تسمى أشباه الموصلات التي تظهر فيها الإلكترونات الحرة و "الثقوب" أثناء تأين الذرات التي تتكون منها البلورة بأكملها بأشباه الموصلات ذات الموصلية الجوهرية. في أشباه الموصلات ذات الموصلية الجوهرية، يكون تركيز الإلكترونات الحرة مساويًا لتركيز "الثقوب". الموصلية النجاسة لخلق أجهزة أشباه الموصلاتغالبًا ما تستخدم البلورات ذات موصلية الشوائب. يتم تصنيع هذه البلورات عن طريق إدخال شوائب مع ذرات عنصر كيميائي خماسي أو ثلاثي التكافؤ

الشريحة 19

أشباه الموصلات الإلكترونية (النوع n) مصطلح "النوع n" يأتي من كلمة "سلبي"، والتي تشير إلى الشحنة السالبة لحاملات الأغلبية. تتم إضافة شوائب من شبه موصل خماسي التكافؤ (على سبيل المثال، الزرنيخ) إلى شبه موصل رباعي التكافؤ (على سبيل المثال، السيليكون). أثناء التفاعل، تدخل كل ذرة شوائب في رابطة تساهمية مع ذرات السيليكون. إلا أنه لا مكان للإلكترون الخامس من ذرة الزرنيخ في روابط التكافؤ المشبعة، فينكسر ويتحرر. وفي هذه الحالة، يتم نقل الشحنة عن طريق إلكترون، وليس عن طريق ثقب، أي أن هذا النوع من أشباه الموصلات يوصل التيار الكهربائي مثل المعادن. تسمى الشوائب التي تضاف إلى أشباه الموصلات، مما يجعلها تصبح أشباه موصلات من النوع n، بالشوائب المانحة.

الشريحة 20

أشباه الموصلات ذات الثقب (النوع p) يأتي مصطلح "النوع p" من كلمة "إيجابية"، والتي تشير إلى الشحنة الموجبة لحاملات الأغلبية. ويتميز هذا النوع من أشباه الموصلات، بالإضافة إلى قاعدة الشوائب، بطبيعة الفتحة الموصلية. تتم إضافة كمية صغيرة من ذرات عنصر ثلاثي التكافؤ (مثل الإنديوم) إلى شبه موصل رباعي التكافؤ (مثل السيليكون). تنشئ كل ذرة شوائب رابطة تساهمية مع ثلاث ذرات سيليكون مجاورة. ولإنشاء رابطة مع ذرة السيليكون الرابعة، لا تحتوي ذرة الإنديوم على إلكترون تكافؤ، لذا فإنها تنتزع إلكترون تكافؤ من الرابطة التساهمية بين ذرات السيليكون المجاورة وتصبح أيونًا سالب الشحنة، مما يؤدي إلى تكوين ثقب. وتسمى الشوائب التي تضاف في هذه الحالة بالشوائب المتقبلة.

الشريحة 21

الشريحة 22

الخصائص الفيزيائيةتعتبر أشباه الموصلات هي الأكثر دراسة مقارنة بالمعادن والمواد العازلة. إلى حد كبير، يتم تسهيل ذلك من خلال عدد كبير من التأثيرات التي لا يمكن ملاحظتها في أي مادة أو مادة أخرى، والتي تتعلق في المقام الأول بهيكل بنية شريط أشباه الموصلات ووجود فجوة شريطية ضيقة إلى حد ما. تنقسم مركبات أشباه الموصلات إلى عدة أنواع: مواد شبه موصلة بسيطة - العناصر الكيميائية الفعلية: البورون B، الكربون C، الجرمانيوم Ge، السيليكون Si، السيلينيوم Se، الكبريت S، الأنتيمون Sb، التيلوريوم Te واليود I. الاستخدام المستقلتم العثور على الجرمانيوم والسيليكون والسيلينيوم على نطاق واسع. غالبًا ما يتم استخدام الباقي كمواد منشطة أو كمكونات لمواد أشباه الموصلات المعقدة. تشمل مجموعة مواد أشباه الموصلات المعقدة مركبات كيميائية، لها خصائص أشباه الموصلات وتتضمن عنصرين أو ثلاثة أو أكثر من العناصر الكيميائية. وبطبيعة الحال، فإن الحافز الرئيسي لدراسة أشباه الموصلات هو إنتاج أجهزة أشباه الموصلات والدوائر المتكاملة.

الشريحة 23

شكرًا لكم على اهتمامكم!

عرض كافة الشرائح