منحنى الخواص للدايود شيه الموصل

منحنى الخواص للدايود من الجرمانيوم ge  واخر من السليكون si ويعرف منحنى الخواص للدايود على انه العلاقة بين التيار المار من خلال الدايود وبين الجهد المطبق على طرفيه مع انحياز الامامى والانحياز العكسى .
فى الجزء الايمن من المنحنى تلاحظ أن قيمة التيار تبقى مساوية أو قريبة للصفر إلى أن يصل الجهد الى 0.7 للسليكون أو 0.3 للجرمانيوم وبعد ذلك يحصل انهيار للوصلة ويمر بتيار كبير مع ثبات قيمة الجهد على طرفي الموحد .
ويبين الجزء الايسر من المنحنى انه لايمر تيار الى ما يسمى بتيار التشبع العكسى وتكون قيمته صغيرة جدا حيث انه ناتج عن حاملات الشحنه الاقلية ويبقى التيار ثابتا مع زيادة الجهد العكسى الى قيمة كبيرة . وعند قيمة معينة لكل دايود تسمى جهد الانهيار العكسى او ظاهرة انهيار زينر ( breakdown zener )  عندها يزيد التيار فجأة زيادة كبيرة تؤدى الى اتلاف الموحد غير إن هذه الظاهرة تستغل فى موصلات اخرى تعرف بموحدات ( زينر دايود zener diode )

انحياز الموحد

عند التاثير على ثنائي الوصلة بجهد انحياز فإن ذلك يؤدي الى اختلاف فى التوازن بين حاملات الشحنة فى المنطقة p والمنطقة n عن ذلك الذى كانت عليه عند عدم تطبيق جهد . وهنالك نوعان من الانحياز هما :

1 - الانحياز الامامى forward bias :
عند وصل ثنائى الوصلة p-n ببطارية بحيث يكون الجانب p للثنائى الذى يسمى ( انود anode ) موصلا بالقطب الموجب للبطارية والجانب n  للدايود الذى يسمى (كاثود cathode ) موصلا بالقطب السالب للبطارية .
عند ذلك يقال ان الدايود موصول فى انحياز امامى .

على اساس القوى المتبادلة بين الشحنات الذى ينص على ان الشحنات المختلفة تتجاذب والمتشابهة تتنافر فان هنالك قوة تنافر بين القطب السالب والألكترونات , والقطب الموجب والفجوات مما يدفع الالكترونات والفجوات الى منطقة الاستنزاف وكنتيجة لذلك تضيق منطقة الاستنزاف .
وعند زيادة جهد البطارية الى قيمة مناسبة (0.7 لثنائى الوصلة المصنوع من السليكون و 0.3 للجرمانيوم ) فإن عرض منطقة الاستنزاف سوف يقل الى الحد الذى يسمح به للالكترون من ان تنساب من القطب السالب للبطارية الى القطب الموجب عبر الدايود وعندها يمر تيار كبير وتكون مقاومة الموحد صغيرة جدا .

2 - الانحياز العكسى reverse bias :

يكون توصيل الموحد فى حالة انحياز عكسى حيث القطب السالب موصل مع طرف الانود والقطب الموجب مع الوصلة n  ( الكاثود ) عليه فان القطب السالب يجذب الفجوات فى المنطقة الموجبة الى خارج منطقة الاستنزاف مما يؤدى الى زيارة منطقة الاستنزاف ( المنطقة الخالية من الشحنات ) وبذلك تزيد مقاومة الموحد لمرور التيار الى درجة كبيرة جدا وعندها لايمر تيار الا تيار صغير جدا يسمى التسريب العكسى ناتج عن انتشار حاملات الشحنة الاقلية حيث ان الالكترونات فى الجانب p والفجوات فى الجانب n هما الحاملات الاقلية .

انواع الثنائيات

هنالك أنواع من الدايودات والتى لها تطبيقات واستعملات خاصة تختلف فى خواصها عن الدايود شبه الموصل العادى منها :

1 - ديود زينر  zener diode : يستخدم لتثبيت الجهد
2 - الدايودات ذات السعه المتغيرة varactor diode  : تستخدم مع الدوائر الالكترونية ككاشف متغير السعة .
3 - ديود نفقى tunnel diode : يستخدم مع الترددات العالية حيث يستخدم كمكبر ومولد اشارات .
4 _ ديود ضوئى photo diode :  يستخدم فى كاشفات الضوء
5 - دايود باعث للضوء LED : يستخدم كمصدر لارسال معلومات للاتصالات الضوئية وكذلك اظهار الارقام والحروف والاشارات والرموز .
وهنالك انواع اخرى من الدايودات تستخدم فى مجال الترددات العالية لتوليد اشارات فى مجال الترددات التى تصل الى 100GHZ وهنالك أيضا ثنائيات القدرة المنخفضة والمرتفعة .

اشباه الموصلات ذات الشوائب

يمكن زيادة موصلية اشباه الموصلات النقية وذلك بإضافة شوائب خماسية التكافؤ أو بإضافة شوائب من مواد ثلاثية التكافؤ الى مادة شبه الموصل النقى بعناية وبمعدل مسيطر عليه . حيث تكون نسبة الشوائب المضافة الى حوالى ذرة لكل مليون ذرة من السيلكون او الجرمانيوم تدعى وتصنف أشباه الموصلات الى نوعين :
1 - أشباه موصلات من نوع  ( n - type semiconductor ) 
عند اضافة شوائب تحتوى على خمسة الكترونيات فى مدارها الاخير الى مادة شبه موصلة . فإن شيه موصل يكتسب موصلية اضافية تعرف بالموصل الالكترونية وذلك لوجود الكترون زائد عند عملية الترابط التساهمى لان ذرة السليكون او الجرمانيوم لاتحتاج الا لاربعة الكترونات فقط فيصبح الالكترون الخامس للشائبة حر وكنتيجة للعملية السابقة تظهر كمية من الالكترونيات الحرة يكون عددها مساويا لعدد ذرات المادة الشائبة الداخلة فى عملية التطعيم ويدعى هذا النوع من الشوائب الخماسية التكافؤ بالشوائب المانحة  donor impurity
حيث تمنح الذرة الشائبة الكترونا من الكتروناتها الخمسة ليشترك فى عملية التوصيل الكهربائي .

2 - اشباه الموصلات من نوع ( p - type semiconductor ) :

عند اضافة شوائب تحتوى فى مدارها الاخير على ثلاثة الكتروناتالى مادة السليكون أو الجرمانيوم فان الالكترونات الثلاثة للمادة الشائبة ترتبط مع ذرات السليكون او الجرمانيوم بروابط تساهمية بينما تبقى الرابطة الرابعة غير مكتملة مما يؤدى الى تكون فجوة hole عندما تكتسب الكترون من الذرة الرابعة للسليكون او الجرمانيوم ولذلك تسمى بالشوائب الكاسبة acceptor .

أشباه الموصلات النقية

تقع أشباه الموصلات المستخدمة فى الاغراض الالكترونية ضمن المجموعة الرابعة في الجدول الدورى أي أن هذه العناصر رباعية التكافؤ ( وجود اربعة الكترونيات فى المدار الاخير ) وأشهر هذه العناصر السليكون si  والجرمانيوم ge ترتبط ذرات هذه العناصر مع بعضها في روابط تساهمية لتكوين ما يسمى بالبلورة ( crystal ) المادة .
والتركيب العام للبلورة هو عبارة عن ترابط مجموعة من ذرات المادة فى شكل هندسي دقيق منتظم ومتكرر يدعى بالتنسيق البلوري .
ان خلية البلورة تتكون من ذرة تحيط بها اربع ذرات وحول كل ذرة توجد أربعة الكترون حيث يرتبط كل إلكترون بالذرة الخاصة به وبذرة اخرى مجاورة لينتج عن ذلك ترابط بين هذه الذرات تدعى بالترابط التساهمى .
عند درجة حرارة الصفر المطلق تكون جميع الكترونات التكافؤ لاشباه الموصلات موجودة فى نطاق التكافؤ ولايوجد منها فى نطاق التوصيل لذلك فإن اشباه الموصلات فى هذه الحالة تسلك سلوك العازل المثالى .
عند ارتفاع درجة حرارة البلورة الى درجة حرارة الغرفة 300k  تكتسب الكترونات التكافؤ طاقة حركية كافية لكسر الروابط التساهمية وتنتج عن ذلك تحرر الكترونات وفى هذه الحالة يصبح شبه الموصل موصل جيد للكهرباء ولكن اذا ما قورنت مع موصلية المعادن مثل الفضة والنحاس فإنها تعتبر صغيرة جدا . ولذلك تمت إضافة الشوائب لاشباه الموصلات لزيادة توصيلتها