أريد تفسير علمي دقيق لكيفية نشوء الجهد الداخلي للموحد

[noor4444]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
ياريت أي حد متخصص في الإلكترونيات يشرح لي بالتفصيل إن أمكن , كيفية تكون الجهد الحاجز الداخلي للموحد p-n junction
وشكرا

[Muhammed Ghalla]

زميلي الكريم noor4444 بعد التحية
هذا الموضوع يحتاج منك إلى بعض التخيل معي إذ لم أتمكن من تدعيمه بالصور فأقول و بالله التوفيق
- شبه الموصل العادي النقي غير المطعم يحتوي على عدد من الفجوات holes يساوي عدد الالكترونات الحرة free electrons فيه و التيار الكلي المار فيه هو مجموع التيارين الناشئين عن هاتين الشحنتين من الفجوات و الالكترونات و هي ميزة خاصة بشبه الموصل فقط
- معلوم أن شريحة شبه الموصل من النوع N تتمتع بوفرة في الالكترونات بسبب تطعيمها بمادة معطية donor أي أن حاملات الشحنة الأغلبية Majority carriers هي الالكترونات بينما حاملات الشحنة الأقلية Minority carriers هي الفجوات holes أي أن التيار الغالب هو تيار الالكترونات
- و شريحة شبه الموصل من النوع P تتمتع بوفرة في الفجوات بسبب تطعيمها بمادة مستقبلة acceptor أي أن حاملات الشحنة الأغلبية Majority carriers هي الفجوات بينما حاملات الشحنة الأقلية Minority carriers هي الإلكترونات أي أن التيار الغالب هو تيار الفجوات
- تخيل معي الآن أن هناك شريحة من النوع n وضعت بجانب شريحة من النوع p و قدر لهما التفاعل معا ًترى ماذا يحدث ؟
* يحدث تجاذب بين وفرة الإلكترونات في النوع n و وفرة الفجوات في النوع p في المنطقة على حافتي الشريحتين من ناحية تجاورهما فيحدث انتقال للإلكترونات من الشريحة n إلى الشريحة p فتزداد سالبية الشريحة p و تزداد الشحنة الموجبة على الشريحة n لفقدها بعض الكتروناتها و يكون هذا الانتقال مصاحباً بخلو المنطقة بين الشريحتين من حاملات الشحنة و تصبح منطقة ضحلة depletion layer و يستمر هذا الانتقال حتى تزداد سالبية p و موجبية n إلى الحد الذي تتسع فيه المنطقة الخالية من حاملات الشحنة depletion layer بين الشريحتين إلى حد يصعب على الإلكترون بطاقة حركته تجاوز هذا الحد و العبور فيتوقف هذا الانتقال وينشأ فرق في الجهد بين الشريحتين
- لمزيد من انتقال الالكترونات يجب التغلب على هذا الجهد الذي يسمى بجهد الحاجز barrier voltage وهو يكون في السليكون من 0.6 إلى 0.7 فولت بينما في الجرمانيوم حوالي 0.2 إلى 0.3 فولت
- لاحظ أنه عند تطبيق جهد امحياز أمامي forward-bias voltage - بالطبع أكبر من الجهد الحاجز - و فيه يتم توصيل الشريحة p بموجب مصدر الجهد و n بسالبه يحدث تنافر بين فجوات p و موجب البطارية فتندفع بالقرب من n و يحدث تنافر بين الكترونات n و سلب البطارية فتندفع بالقرب من p و بالتالي تقل المنطقة الضحلة depletion layer بينما عند عكس التوصيل reverse - bias تتجاذب فجوات p مع سالب البطارية والكترونات n مع موجب البطارية فتبتعد كلتا الشحنتين عن بعضهما فتزداد المنطقة الضحلة بينهما
- لاحظ أنه في كل الحالات يوجد تيار تسريب عكسي reverse leakage current ناشئ عن حاملات الأقلية
هذا ما وفقني إليه الله تعالى فما كان حقاً فمن الله و ما كان خطأً فمن نفسي و الله تعالى أعلى و أعلم

[م.وليد الفرا]

بارك الله فيك اخي محمد على هذا الشرح الوافي وجزاك الله خيرا فقد كفيت ووفيت
لكن اسمح لي ان اصحح خطأ وحيد ورد في بداية اجابتك ولعله سقط سهوا منك حتى تكون الفائدة عظيمة والثواب اكبر
ذكرت اخي العبارة التالية:

شبه الموصل العادي النقي غير المطعم يحتوي على عدد من الفجوات holes يساوي عدد الالكترونات الحرة free electrons فيه و التيار الكلي المار فيه هو مجموع التيارين الناشئين عن هاتين الشحنتين من الفجوات و الالكترونات و هي ميزة خاصة بشبه الموصل فقط

شبه الموصل العادي النقي غير المطعم لا يحتوي لا على فجوات ولا على الكترونات حرة
مادة السيليكون او الجرمانيوم النقية هي -كما تعلم اخي محمد- هي مادة عازلة كهربيا لان مدارها الاخير توجد فيه اربع الكترونات ليست حرة بل ترتبط بروابط تساهمية قوية جدا مع الذرات المجاورة لها
من هنا لا يوجد اي نوع من التيار في هذه الحالة لعدم وجود اي حاملات شحنة حرة
بعد التطعيم بمواد اما ثلاثية التكافؤ (كالجاليوم مثلا) او خماسية التكافؤ (كالزرنيخ مثلا) تصبح البلورة الناتجة ككل شبه موصل وتتكون كما ذكرت حاملات الشحنة الحرة (الفجوات او الالكترونات)

باقي الشرح صحيح ورائع وسلمت يداك

[bad_boy]

بسم الله الرحمن الرحيم
اخي وليد اسمح لي بهذه المداخلة
معلوماتك فيها خطأ بسيط وهو وجود الكترونات و فجوات في بلورة شبه الموصل النقي وتنعدم الاكترونات و الفجوات في حالة واحدة فقط وهي ايصال مادة شبه الموصل الى درجة الصفر المطلق وهذا يستحيل عمله عمليا

[Muhammed Ghalla]

جزاكم الله خيرا على المشاركة

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة wlid66

شبه الموصل العادي النقي غير المطعم لا يحتوي لا على فجوات ولا على الكترونات حرة
مادة السيليكون او الجرمانيوم النقية هي -كما تعلم اخي محمد- هي مادة عازلة كهربيا لان مدارها الاخير توجد فيه اربع الكترونات ليست حرة بل ترتبط بروابط تساهمية قوية جدا مع الذرات المجاورة لها
من هنا لا يوجد اي نوع من التيار في هذه الحالة لعدم وجود اي حاملات شحنة حرة"

تتميماً لكلام الأخ bad_boy شبه الموصل هو شبه موصل بمعنى أنه عند درجة الصفر المطلق 0k=-273C فإن شبه الموصل يكون عازلاً جداً وتكون الكتروناته مرتبطة ارتباطا شديدا بالنواة وبالتالي لا تمتلك أي طاقة تساعدها على التخلص من قبضة النواة فلا تكون هناك حاملات شحنة وهي تحتاج إلى طاقة عالية إلى التخلص من هذه القبضة المستميتة مثل العوازل لكنها تستنشق بعض هذه الطاقة على شكل حرارة عند درجة حرارة الغرفة حوالي 25 درجة سليزية فتنفلت بعض الكترونات شبه الموصل النقي و تصبح حاملة للتيار لكن توصيليتها لا زالت ضعيفة لكنها موجودة و بمزيد من الطاقة الحرارية أو الكهربية تزداد التوصيلية لكنها ستظل ضعيفة

[م.وليد الفرا]

السلام عليكم
نعم كلامكم صحيح، غابت عني هذه النقطة
لكن انا معذور ياجماعة، نحن تعلمنا وثبت في عقولنا ان البلورة النقية من السيليكون او الجرمانيوم لا تحتوي على حاملات شحنة عظمى، وبالتطعيم يتم ايجاد هذه الحاملات حسب النوع
شكرا لكم على المعلومة وجزاكم الله خيرا