תיאורייה בסיסית של מוליכות למחצה

 

חשוב ביותר להבין מוליכות למחצה מכיוון שיש לה תפקיד מכריע באלקטרוניקה אוטומטיבית.

כמעט בכל פעם שתבדוק מעגל ברכב, כמעט בכל פעולת אבחון, תראה אותם.

חומרים מסוימים מעבירים זרם חשמלי טוב יותר מאחרים. מוליכות זו נובעת ממספר האלקטרונים

בטבעת החיצונית ביותר, או הקליפה של האלקטרונים של האטומים מהם עשוי החומר. קליפה זו

מכונה טבעת ואלנס.

 

 

 

 

 

 

 

אם טבעת זו מכילה חמישה עד שמונה אלקטרונים, יש צורך בכוח חשמלי גדול כדי לנתק

אחד מהם מהאטום מה שהופך את החומר הזה למוליך גרוע. בחומרים כאלה עושים

שימוש לעיתים תכופות כדי לבודד או לחסום זרם. חומרים העשויים באטומים המכילים אחד

עד שלושה אטומים בטבעת החיצונית שלהם, מוליכים היטב מכיוון שדרוש מטען קטן יחסית

כדי לשחרר אותם מהאטום שלהם. מוליכים למחצה נופלים בין לבין. מכיוון שיש להם ארבעה

אלקטרונים בטבעת החיצונית שלהם, הם לא מוליכים טובים ולא מבודדים טובים.

 

 

מוליכים למחצה עשויים בדרך-כלל מסיליקון או גרמניום אשר, במצבם הבסיסי הם גבישים

טהורים. לאף אחד משניהם אין מספיק אלקטרונים כדי לתמוך בהולכת זרם משמעותי, אבל על-ידי

הוספת אטומים ממקורות אחרים, בתהליך שנקרא העשרה, הגבישים יוליכו חשמל בצורה שימושית

במעגל אלקטרוני. המוליך למחצה, לאחר ההעשרה שלו, הופך להיות חומר במטען שלילי או חיובי.

 

 

 

 

 

סיליקון הוא החומר הנפוץ ביותר בתעשיית המוליכים למחצה. הקליפה החיצונית שלו מכילה 4 אלקטרונים,

אבל הוא זקוק לשמונה כדי להיות יציב. מסיבה זו האטומים נצמדים אחד לשני כדי לחלוק אלקטרונים.

במצב זה, הסיליקון לא יוליך זרם.

כאשר הסיליקון מועשר בחומר כמו פוספורוס, בעל חמישה אלקטרונים בקליפה החיצונית, החיבור

מכיל אלקטרונים חופשיים, המכונים נשאים, המוליכים זרם. זה מרכיב חומר עם מטען שלילי עקב עודף

אלקטרונים. את הסיליקון ניתן להעשיר גם בחומר בעל פחות מארבעה אלקטרונים בקליפה החיצונית

שלו. בדרך כלל משתמשים בחומר כמו בורון אשר מורכב משלושה אלקטרונים. המבנה האטומי שמתקבל

מכיל "חורים" אשר הושארו על-ידי האטומים החסרים. כמו שצויין קודם, האלקטרונים יכולים לנוע אל

ה"חורים" הללו, וכתוצאה מכך החורים זזים בכיוון ההפוך. שפע החורים יוצר חומר בעל מטען חיובי.

על-ידי צירוך של חומרים בעלי מטען חיובי ושלילי, ניתן ליצור דיודות וטרנזיסטורים.