تركيب المادة
تركيب المادة : the structure of material
تتركب المادة من وحدات صغيرة متناهية الصغر تسمى الذرات "atoms"
الذرة: تتركب من نواة موجبة الشحنة تدور حولها الكترونات سالبة الشحنة والذرة في الحالة العادية متعادلة كهربائيا ولا توجد بصورة منفردة بل تكون متحدة مع ذرة أو ذرات أخرى من نفسي النوع أو من انواع مختلفة لتكون الجزيئات .
الجزئي : هو أصغر وحدة بنائية في المادة مكون من ذرتين أو أكثر من نفس المادة أو من مواد أخرى .
الكترونات التكافؤ : valance electrons
هي عبارة عن الكترونات المدار الاخير في الذرة والأقل ارتباطا بالنواة .
تايين الذرة : atom ionization
عند إمداد الاكترون بطاقة فإنه يمتصها ويتحرك الى مستوى طاقي أعلى ثم ما يلبث أن يفقد هذا الطاقة على هيئة اشعاع ويعود ثانية الى مداره الاصلي أما إذا كانت الطاقة المعطاه للاكترون تمكنه من ان يغادر هذه الذرة فإن الذرة التي تفقد الالكترون تسمى ايون موجب positive ion في حين أن الذرة التي سوف تكتسب الإلكترون تتحول الى ايون سالب .negative ion
أنواع الروابط : the kind of bonds
هناك أكثر من نوع ترتبط فيه الذرات مع بعضها البعض لتكون جزئيات مستقرة
أ – الرابطة الايونية : ionic bonds وفيها تتحد الأيونات الموجبة ( الذرات التي فقدت إلكترونات ) مع الايونات السالبة ( الذرات التي اكتسبت الكترونات ) لتكون جزيئات مترابطة برابطة ايونية.
مثال : ايون الصوديوم يرتبط او يتحد مع ايون الكلور السالب ليكون جزئ من كلوريد الصوديوم .
ب – الرابطة التساهمية: covalent bond
هناك نوعا آخر من الروابط يسمى بالروابط التساهمية وفي هذه الطريقة تتحد الذرات المتشابهة مع بعضها البعض (تتشارك مع بعضها البعض) بواسطة الكترونات التكافؤ التي في المدار الأخير لتكون جزئيات المواد الصلبة المستقرة والمتزنة كما في اشباه المواصلات semiconductor مثل إتحاد اربع ذرات جرمانيوم مع بعضها بروابط تساهمية لتكوين بلودة جرمانيوم G32 2-8-18-4
أي أن في كل ذرة جرمانيوم يوجد في المدار الاخير
اربع إلكترونات حرة وفي ذرة الجرمانيوم المركزية
REFRENCE ATOM
تحيط بهذه الذرة أربع ذرات جرمانيوم كل منها
تعمل مع الذرة المركزية رابطة تساهمية كل منها
بحيث كل منها يشارك بالكترون حر بحيث يصبح مجموع الكترونات التكافؤ للذرة المركزية 8 إلكترونات أي تصل الى حالة الاستقرار أما بقية الذرات المحيطة كل منها تتحد مع اربع ذرات لتصل لنفس الحالة السابقة، وبالمثل مع حالة بلورة السيليكون SI14
نظرية شرائط الطاقة THE BANDS THEORY
تنقسم مستويات الطاقة طبقا لنظرية شرائط الطاقة الى ثلاثة شرائط أو أحزمة الحزام الأول يسمى بحزام التكافؤ VALANCE BAND والحزام الثاني يسمى حزام التوصيل CONDUCTION BAND ويفصل بين الحزامين حزام ثالث يسمى بالمنطقة المحرمة FORBIDEN GAP وفي حالة أشباه الموصلات فإن الالكترونات الموجودة في حزام التوصيل هي الالكترونات المسؤلة عن عملية التوصيل وعند درجة الصفر المطلق فإن جميع الالكترونات الحرة تكون متمركزة في حزام التكافؤ لهذا يمكن اعتبار المادة الشبه الموصلة حين ذاك مادة عازلة Insulator ويكون مستوى التوصيل فارغ تماما ، وعند زيادة درجة الحرارة فإنه سوف تتمكن بعض الالكترونات من التحرر من منطقة التكافؤ وعبور المنطقة المحرمة مخلفة وراءها فجوة ويصل كل من هذه الالكترونات الى منطقة التوصل
ليكسر الرابطة التساهمية ويشارك في عملية التوصيل
,ويسمى هذا الالكترون بالالكترون الحر .
تركيب حزام أو شرائح الطاقة في حالات المادة الثلاثة
تنقسم المادة من حيث توصيلها للتيار الكهربائي
الى :
1- مواد صلبة 2- مواد عازلة
3- مواد شبه موصله
أولا : شرائط الطاقة في المواد الموصلة :
يختلط في المواد الموصلة كل من مستوى التكافؤ ومستوى التوصيل .( نهاية مستوى التكافؤ مع بداية مستوى التوصيل )
ويكون مستوى فيرمي EF هوخط وهمي
ويعتبر المحدد لالكترونات التوصيل من الكترونات
التكافؤ .بمعنى أن الالكترون ذو الطاقة اقل من مستوى
فيرمي يحسب على الكترونات التكافؤ ولاي قدر
ضئيل من الطاقة سوف ينتقل الى مستوى
التوصيل ليشارك في عملية التوصيل في حين ان
الالكترون ذو الطاقة أعلى من طاقة مستوى
فيرمي يحسب على مستوى التوصيل .
ثانيا : شرائط الطاقة في المواد العازلة :
يكون مستوى التكافؤ مملوءا بالالكترونات في حين
يكون مستوى التوصيل فارغا تماما وعلى عكس
المواد الموصلة فإن المنطقة المحرمة تكون بين مستوى
التكافؤ ومستوى التوصيل وتكون هذه المنطقة كبيرة جدا
ويكون مستوى فيرمي EF عالي بمكان يصعب على الكترونات التكافؤ . أن تصل إليه مما يحفظ على المادة قدرتها على العزل الكهربائي حتى في الجهود المرتفعة .
ثالثا : شرائط الطاقة في المواد شبه الموصلة :
تشبه اشباه الموصلات العوازل إلا أنه في حالة
اشباه الموصلات تكون المنطقة المحرمة صغيرة
نسبيا لدرجة تمكن الالكترونات في منطقة التكافؤ
من اجتياز مستوى فيرمي EF الى منطقة التوصيل EC وذلك تحت تاثير زيادة الجهد او ارتفاع درجة الحرارة لتصبح المادة الشبه موصله موصلة حين ذاك وعموما عند درجة الصفر المطلق لانتقال الكترون من مستوى التكافؤ الى مستوى التوصيل يلزم قدر من الطاقة يختلف باختلاف نوع المادة ، في حالة كل من :
أ – المواد العازلة : قدر الطاقة Eg يقدر بحوالي 10 ev .
ب – المواد شبه الموصلة : Eg يقدر بحوالي 1 ev
ج – المواد الموصلة : فإن قدرا ضئيلا من الطاقة يترتب عليه انتقال الكترونات التكافؤ من منطقة التكافؤ الى منطقة التوصيل .
خلص
رد مع اقتباس
مواقع النشر