الکترون و چگونگی ساخت نیمه هادی ها

اجسام از اجزاء کوچکی به نام اتم تشکیل شده اند .هر اتم دارای هسته ای است که در آن نوترون ها و پروتون ها قرار دارند.بار نوترون خنثی و بار پروتون مثبت است .و اطراف این هسته مدار های قرار دارد که الکترون ها در آنها به دور هسته در گردشند .مانند زمین که به دور خورشید در گردش است(تعداد این مدارها و تعداد الکترون در هر مدار بستگی به نوع اتم دارد ) .شاید بتوان گفت که الکترون ها مانند زیارت کنندگان خانه خدا در حال طواف هسته هستند.بار الکترون منفی است.

الکترون بسته به انرژیی که دارد در یکی از مدارهای اطراف هسته قرار می گیرد ،که هر چه انرژی الکترون کم باشد،در مداری قرار می گیرد که به هسته نزدیک تر است .الکترون هرچه انرژِیش بیشتر شود بیشتر تمایل پیدا می کند که از هسته دور شود .

هر چه از هسته اتم یک الکترون دور شود به دلیل بیشتر انرژی پیدا کردن ،در مدار دورتری قرار می گیرد .الکترون تا وقتی که انرژی کافی را پیدا نکند نمی تواند از هسته خود بگریزد.به مداری که در آن الکترون آنقدر انرژی دارد که می تواند از مدار هسته خود بگریزد و به مدار هسته ای دیگر رود مدار آزاد گویند.یعنی مداری که الکترون های در آن می توانند از آن مدار جدا شوند و به مداری دیگر که به دور هسته اتمی دیگر قرار دارد بروند و البته در آن اتم دیگر هم، باز در مداری آزاد قرار می گیرد.

به آخرین مداری که الکترون ها نمی توانند از اتم خود جدا شده و به اتمی دیگر بروند و نزدیکترین مدار به مدارهای آزاد آن اتم است ،مدار ظرفیت می گویند.بسته به نوع اتم ،تعداد الکترون های لایه ظرفیت متفاوت است.از اینکه چه تعداد الکترون در مدار ظرفیت (بعضی وقت ها لایه ظرفیت به کار می رود به جای این اسم)است در هر اتمی ،به عنوان یک دسته بندی اتم ها هم استفاده می کنند.

اگر از مدار ظرفیت الکترونی جدا شود ،به مکانی که آن الکترون در آن بوده حفره می گویند .این حفره توانایی پذیرش الکترون دارد و باز الکترون می توانددر آن قرار گیرد.

برای ایجاد حفره در لایه ظرفیت از ترکیب یک اتم چهار ظرفیتی (یعنی اتمی که در لایه ظرفیت خود چهار الکترون دارد )و یک اتم سه ظرفیتی استفاده می کنند . هنگامی که ترکیب صورت می گیرد اتم ها الکترون های لایه ظرفیت خود ر ا به اشتراک می گذارند تا با هم پیوند بخورند .در پی این به اشتراک گذاشتن الکترون ها است که اتم ها به هم پیوند می خورند.

به دلیل اینکه اتم سه ظرفیتی دارای سه الکترون در لایه ظرفیت خود بود به دلیل هماهنگ شدن و همراهی با اتم پنج ظرفیتی مجبور است که یک جای الکترون دیگر در لایه ظرفیت خود قرار بدهد ،وگر نه پیوند ناممکن است . یعنی اتم چهار ظرفیتی را با یک حفره فریب می دهد و به او می گوید که چهار الکترون در لایه ظرفیت خود دارد ،تا اتم چهار ظرفیتی با او پیوند برقرار کند(مانند بعضی انسانها که برای ازدواج(پیوند زناشویی)می گویند که ما اینیم و آن ،ولی هیچ کدام نیستند).و هر چه تعداد اتم های سه ظرفیتی را در این ترکیب بیشتر کنیم ،تعداد حفره های ما هم بیشتر می شود.(به نسبت ترکیب اتم سه ظرفیتی با چهار ظرفیتی نسبت آلایش گویند که آن را با درصد نشان می دهند).

امّا اگر ما به جای استفاده از اتم های سه ظرفیتی ،از اتم های پنج ظرفیتی استفاده کنیم ،این بار یکی از الکترون های اتم پنج ظرفیتی زیاد است .پس اتم پنج ظرفیتی برای اینکه با اتم چهار ظرفیتی پیوند بیابد باید از یک الکترون لایه ظرفیت خود بگذرد. مانند وقتی که انسانی برای رسیدن به کسی از بخشی از آنچه که دارد بگذرد که به آن فدا کاری می گویند(البته فداکاری در مورد انسانها در اکثر اوقات چاخان است و واقعیت خارجی ندارد).اتم پنج ظرفیتی این الکترون خود را که باید بر ای فداکاری از لایه ظرفیت خود بیرون بگذارد ،آن را به لایه آزاد(مدار آزاد) خود می فرستد .(باز به میزان این ترکیب هم میزان آلایش گویند) حاصل ترکیب اول که در آن سه ظرفیتی با چهار ظرفیتی ترکیب می شود نیمه هادی نوع N و به دومی که در آن پنج ظرفیتی با چهار ظرفیتی ترکیب می شود نیمه هادی نوع P گویند .البته برای درک بهتر در مورد لایه ظرفیت و تعداد الکترون لایه ظرفیت و ساخت دو نوع نیمه هادی n ,p و… می توانید به بعضی از کتب مراجعه کنید ؛مانند: کتاب نیمه هادی ها درالکترونیک ، مبانی نیمه هادی و …
در ادامه باید افزود که هرچه مطالعات شما در زمینه نیمه هادی ها بیشتر باشد ،تصویری بهتر و گویاتر در مورد آنچه درون یک دیود،ترانزیستور،تریستور،دیاک و… می گذرد،می توانید داشته باشید.چرا که اگر نگاه کنید به مدارات الکترونیکی (از تلوزیون ،ماهواره و … گرفته تا یک لامپ ساده که تنها از یک رشته تنگستن و دو پایه و یک حباب شیشه ای درست شده) اکثراً از نیمه هادی ها استفاده می کنند . پس هرچه شما تصویری بهتر در این زمینه داشته باشید ،بهتر به درک عملکرد این قطعات نائل می آیید و بهتر می توانید در طراحی ها از آنها استفاده کنید.ما که نمی توانیم با چشم ظاهری درون یک دیود را بنگریم و ببینیم که در آن چه می گذرد ؛پس باید به دیدگاه های علمی که در این مورد است پناه بیاوریم.شاید شما بیندیشید که در مورد اهمیت درک عملکرد نیمه هادی ها دارم اغراق می کنم ،ولی بعد از این کار می بینید که هرچه درکتان بیشتر می شود، با این حال که بهتر می توانید طراحی کنید ؛ولی باز هنوز درک کاملی در این مورد کسب نکرده اید. ,