Dabour Hub EGالمنهج المصري الحديث 2026/2027
التطعيم (إضافة الشوائب) — النوع n والنوع p

التطعيم (إضافة الشوائب) — النوع n والنوع p

النقطة 4 من 9 — الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستوربنك الأسئلة: 1 سؤال (1 مصوّر)

04 رابعًا: التطعيم (إضافة الشوائب) — النوع n والنوع p

  • تتميز أشباه الموصلات بحساسية شديدة للشوائب (Impurities).
  • التطعيم (Doping): إضافة كمية ضئيلة جدًا من ذرات عنصر آخر (شوائب) إلى بلورة شبه الموصل النقية لتحسين توصيليتها.

أ) شائبة خماسية التكافؤ → النوع n

  • السيليكون من المجموعة الرابعة، فإضافة عنصر من المجموعة الخامسة مثل الفوسفور (P) أو الأنتيمون (Sb) تحل ذرته محل ذرة سيليكون.
  • للذرة الشائبة 5 إلكترونات: 4 منها تشترك في الروابط ويبقى إلكترون واحد خارج الروابط، قوى الجذب عليه ضعيفة فيفقده بسهولة وتصبح الذرة أيونًا موجبًا.
  • هذا الإلكترون ينضم إلى رصيد البلورة من الإلكترونات الحرة، فللبلورة مصدر آخر للإلكترونات الحرة هو ذرات الشوائب.
  • تسمى الذرة الشائبة الذرة المعطية (Donor).
  • يتحقق الاتزان الحراري بالعلاقة:

\(n = p + N_{D}\)

حيث \(N_{D}\) تركيز أيونات الشوائب المعطية، n تركيز الإلكترونات الحرة، p تركيز الفجوات.

  • n أكبر من p، فتسمى البلورة من النوع n (n-type) وحاملات الشحنة الأغلبية فيها الإلكترونات.

ب) شائبة ثلاثية التكافؤ → النوع p

  • عند إضافة عنصر من المجموعة الثالثة مثل الألومنيوم (Al) أو البورون (B) بدلًا من السيليكون، تكتسب الذرة الشائبة (3 إلكترونات) إلكترونًا من إحدى روابط السيليكون لتكمل أربعة.
  • تظهر فجوة في رابطة السيليكون، فتضيف الشوائب فجوات غير التي نشأت بالحرارة.
  • تسمى الذرة الشائبة الذرة المستقبلة (Acceptor)، وتتحول إلى أيون سالب.
  • يتطلب الاتزان:

\(p = N_{A} + n\)

  • p أكبر من n، فالبلورة من النوع p (p-type) وحاملات الشحنة الأغلبية الفجوات.

قانون فعل الكتلة

  • في جميع الأحوال:

\(n p = n_{i}^{2}\)

حيث \(n_{i}\) تركيز الإلكترونات (أو الفجوات) في السيليكون النقي عند درجة الحرارة نفسها.

  • أي أنه إذا زاد n نقص p والعكس.
  • تقريبًا: في النوع n: \(n \approx N_{D}\) و \[\begin{gathered}p = \dfrac{n_{i}^{2}}{N_{D}}\end{gathered}\]. وفي النوع p: \(p \approx N_{A}\) و \[\begin{gathered}n = \dfrac{n_{i}^{2}}{N_{A}}\end{gathered}\].
  • كلتا البلورتين (n وp) متعادلة كهربيًا في ذاتها لأن مجموع الشحنات الموجبة يساوي مجموع الشحنات السالبة.
✍️ أمثلة محلولة
  • مثال 1: سيليكون نقي تركيز حاملاته \[\begin{gathered}n_{i} = 1.5 \times 10^{10} \,\text{cm}^{-3}\end{gathered}\] طُعِّم بشوائب معطية تركيزها 10¹⁶ cm⁻³.
  • احسب تركيز كل من الإلكترونات والفجوات.
  • الحل:
  • بلورة من النوع n: \[\begin{gathered}n \approx N_{D} = 10^{16} \,\text{cm}^{-3}\end{gathered}\]
  • \[\begin{gathered}p = \dfrac{n_{i}^{2}}{n} = \dfrac{(1.5 \times 10^{10})^{2}}{10^{16}} = \dfrac{2.25 \times 10^{20}}{10^{16}} = 2.25 \times 10^{4} \,\text{cm}^{-3}\end{gathered}\]
  • لذلك الإلكترونات هي الأغلبية بكثير

مقارنة بين النوعين

وجه المقارنة بلورة n-type بلورة p-type
نوع الشائبة خماسية التكافؤ (P, Sb) ثلاثية التكافؤ (Al, B)
اسم الذرة الشائبة معطية (Donor) مستقبلة (Acceptor)
الحاملات الأغلبية إلكترونات فجوات
الحاملات الأقلية فجوات إلكترونات
العلاقة بين التركيزين n > p p > n

📝 بنك أسئلة هذه النقطة

1 سؤال مرتبط بهذه النقطة فقط، منها 1 سؤال بالصور.