مثال 3 - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

الموصلية الكهربائية إن الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات النقية وغير النقية حساسة لكل من درجة الحرارة والضوء، ويعكس الفلزات التي تنخفض موصليتها بارتفاع درجة حرارتها، فإن زيادة درجة حرارة أشباه الموصلات تسمح بوصول المزيد من الإلكترونات إلى حزمة التوصيل، فتزداد الموصلية وتقل المقاومة. وقد صُمم جهاز شبه موصل لتميّز قياسات درجة الحرارة، بحيث تعتمد كبيرة على درجة الحرارة، وذلك للكشف عن تغيرات درجة الحرارة للمكونات الأخرى من الإشعاع.

مقاييس الضوء تعتمد التطبيقات المفيدة الأخرى لأشباه الموصلات على حساسيتها للضوء. فعندما يسقط الضوء على المادة شبه الموصلة، فإنه يعمل على إثارة إلكترونات حزمة التكافؤ، فتنتقل إلى حزمة التوصيل بالطريقة نفسها التي تعمل بها مصادر الطاقة الأخرى على إثارة الذرات. وبذلك تتناقص المقاومة مع زيادة شدة الضوء. ويمكن تصميم أشباه الموصلات المعالجة للاستجابة لأطوال موجية محددة من الضوء، ويتضمن ذلك مناطق الأشعة تحت الحمراء ومنطقة الضوء المرئي من الطيف. بالإضافة إلى ذلك، تُعدّ بعض المواد كالساليكون وكبريتيد الكادميوم مقاومات يعتمد مقدارها على الضوء، وتستخدم في مقاييس الضوء التي يستخدمها مهندسو الإضاءة في إثارة المجالات التجارية والمكاتب والمنازل، ويستخدمها أيضاً المصورون الفوتوجرافيون لتعديل آلات التصوير لالتقاط أفضل الصور.

موصـلية السـيليكون المُعـالَج

يُستبدل بذرة واحدة من كل مليون ذرة سيليكون ذرة زرنيخ واحدة. وتمنح كل ذرة زرنيخ حزمة التوصيل إلكتروناً واحداً.

ما عدد الإلكترونات الحرة في كل cm3؟

ما النسبة بين عدد الإلكترونات الحرة في السيليكون غير النقي والسيليكون النقي إذا علمت أن عددها للسيليكون النقي؟

هل يعتمد التوصيل على إلكترونات السيليكون أم على إلكترونات الزرنيخ؟

1

حدد القيم المعلومة والقيم المجهولة.

المعلوم

1 free e⁻/As atom 4.99×10²² Si atoms/cm³ بالنسبة إلى الإلكترونات الحرة 1.45×10¹⁰ free e⁻/cm³ في السليكون النقي في شبه الموصل النقي؟

المجهول

e⁻/cm³ التي تمنحها الذرة بواسطة الزرنيخ =؟ عدد الإلكترونات الحرة التي يمنحها الزرنيخ الموصل النقي =؟

الموصلية الكهربائية إن الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات النقية وغير النقية حساسة لكل من درجة الحرارة والضوء، ويعكس الفلزات التي تنخفض موصليتها بارتفاع درجة حرارتها، فإن زيادة درجة حرارة أشباه الموصلات تسمح بوصول المزيد من الإلكترونات إلى حزمة التوصيل، فتزداد الموصلية وتقل المقاومة. وقد صُمم جهاز شبه موصل لتميّز قياسات درجة الحرارة، بحيث تعتمد كبيرة على درجة الحرارة، وذلك للكشف عن تغيرات درجة الحرارة للمكونات الأخرى من الإشعاع. مقاييس الضوء تعتمد التطبيقات المفيدة الأخرى لأشباه الموصلات على حساسيتها للضوء. فعندما يسقط الضوء على المادة شبه الموصلة، فإنه يعمل على إثارة إلكترونات حزمة التكافؤ، فتنتقل إلى حزمة التوصيل بالطريقة نفسها التي تعمل بها مصادر الطاقة الأخرى على إثارة الذرات. وبذلك تتناقص المقاومة مع زيادة شدة الضوء. ويمكن تصميم أشباه الموصلات المعالجة للاستجابة لأطوال موجية محددة من الضوء، ويتضمن ذلك مناطق الأشعة تحت الحمراء ومنطقة الضوء المرئي من الطيف. بالإضافة إلى ذلك، تُعدّ بعض المواد كالساليكون وكبريتيد الكادميوم مقاومات يعتمد مقدارها على الضوء، وتستخدم في مقاييس الضوء التي يستخدمها مهندسو الإضاءة في إثارة المجالات التجارية والمكاتب والمنازل، ويستخدمها أيضاً المصورون الفوتوجرافيون لتعديل آلات التصوير لالتقاط أفضل الصور. --- SECTION: مثال 3 --- موصـلية السـيليكون المُعـالَج يُستبدل بذرة واحدة من كل مليون ذرة سيليكون ذرة زرنيخ واحدة. وتمنح كل ذرة زرنيخ حزمة التوصيل إلكتروناً واحداً. --- SECTION: a --- ما عدد الإلكترونات الحرة في كل cm3؟ --- SECTION: b --- ما النسبة بين عدد الإلكترونات الحرة في السيليكون غير النقي والسيليكون النقي إذا علمت أن عددها للسيليكون النقي؟ --- SECTION: c --- هل يعتمد التوصيل على إلكترونات السيليكون أم على إلكترونات الزرنيخ؟ --- SECTION: تحليل المسألة ورسمها --- 1 حدد القيم المعلومة والقيم المجهولة. --- SECTION: المعلوم --- المعلوم 1 free e⁻/As atom 4.99×10²² Si atoms/cm³ بالنسبة إلى الإلكترونات الحرة 1.45×10¹⁰ free e⁻/cm³ في السليكون النقي في شبه الموصل النقي؟ --- SECTION: المجهول --- المجهول e⁻/cm³ التي تمنحها الذرة بواسطة الزرنيخ =؟ عدد الإلكترونات الحرة التي يمنحها الزرنيخ الموصل النقي =؟ --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: توضيح لدورة الزرنيخ في شبكة السيليكون Description: A schematic showing a crystal lattice structure. Most atoms are labeled 'Si' (Silicon) and are surrounded by dots representing valence electrons. One atom in the center is labeled 'As' (Arsenic), which is shown with an extra electron (labeled 'إلكترون حر' - free electron) that is not tightly bound to the atom. The diagram shows Si atoms forming bonds, while the As atom contributes a free electron to the lattice. X-axis: Conceptual position within lattice Y-axis: Conceptual position within lattice Data: Conceptual representation of doping in semiconductors. Key Values: One As atom replaces one Si atom in the lattice., Each As atom contributes one free electron. Context: This diagram is used to explain how doping silicon with arsenic creates free electrons, which increases the electrical conductivity of the semiconductor. It is relevant to questions about the number of free electrons and conductivity.