شبه موصل
شبه الموصل هو بلورة تحتاج فيها الإلكترونات إلى كمية صغيرة من الطاقة (عرض فجوة النطاق من 0.1 إلى 2 إلكترون فولت) لبدء توصيل التيار. على عكس المعادن، تقل مقاومته عند التسخين. يمكن لإضافة الشوائب (التطعيم) أو الإضاءة أن تغير الموصلية ملايين المرات. أشباه الموصلات الرئيسية: السيليكون (Si)، الجرمانيوم (Ge)، زرنيخيد الغاليوم (GaAs)، نتريد الغاليوم (GaN).
التاريخ
أجرى كارل فرديناند براون أولى التجارب على التقويم عند تلامس معدن-كبريتيد عام 1874. أما الاختراق الحقيقي فحدث عام 1947 في مختبرات بل، عندما اختُرع الترانزستور (أولاً على الجرمانيوم) ليحل محل الصمامات الضخمة. وكان هذا بداية تصغير الإلكترونيات.
كيف يعمل
في شبه الموصل النقي، تكون جميع الإلكترونات مشغولة، مثل ركاب في حافلة مزدحمة: لا توجد مقاعد شاغرة. إذا سُخن أو أُضيء، تكتسب بعض الإلكترونات طاقة وتقفز إلى 'حافلة فارغة' – نطاق التوصيل. عندئذ تظهر في الحافلة الأولى مقاعد شاغرة (فجوات)، يمكن أن تنتقل إليها إلكترونات أخرى. هكذا ينشأ التيار. إضافة الشوائب (التطعيم) تخلق مسبقاً الكثير من الإلكترونات الزائدة (مانحة) أو الكثير من الفجوات (مستقبلة)، فتزداد الموصلية بشدة.
💡 السيليكون هو ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية بعد الأكسجين. وقد أصبح أساس الإلكترونيات الدقيقة ليس فقط لوفرته، بل أيضاً بفضل أكسيده SiO₂ – وهو عازل ممتاز أتاح صنع ترانزستورات مستوية على رقاقة واحدة.