מוליך למחצה

עמוד:164

רב החמרים הכימיים נחלקים לשני סוגים : חמרים מוליכים , שזרם חשמלי יכול לעבר דרכם , וחמרים מבדדים , שהזרם החשמלי כמעט שאינו עובר כלל דרכם . לדגמה , מתכות הן חמרים מוליכים , והזכוכית והפלסטיק הם חמרים מבדדים . אולם יש גם סוג שלישי של חמרים : מוליכים למחצה , שהזרם החשמלי עובר בהם בעצמה נמוכה מאשר במתכות , אך בעצמה גבוהה הרבה יותר מאשר במבדדים . הנפוץ ביותר בשמוש מבין החמרים המוליכים למחצה הוא הסיליקון , בגלל מחירו הנמוך ( את הסיליקון אפשר להפיק מחול ) . יש גם חמרים אחרים שהם מוליכים למחצה , כמו היסודות הכימיים גרמניום וסלניום , וכמה תרכובות כימיות . העברת הזרם החשמלי בטמפרטורה נמוכה הקרובה לאפס המחלט ( מינוס 273 מעלות צלסיוס ) , הסיליקון הוא מבדד . הסבה לכך היא שאטומי הסיליקון קשורים ביניהם בקשר כימי קוולנטי , שבו כל אחד מהם " תורם " ארבעה אלקטרונים . בקלפת האלקטרונים החיצונית של אטום הסיליקון יש בדיוק ארבעה אלקטרונים , ולכן לא נשארים לו " אלקטרונים חפשיים " שיוכלו לנוע ממקום למקום ולהוליך את הזרם החשמלי . אולם כאשר מחממים את הסיליקון , למשל לטמפרטורת החדר , האטומים שלו מתנודדים בחזקה . בגלל התנודות האלה , חלק מהאלקטרונים נפלטים מהקשרים הכימיים שבין האטומים . האלקטרונים האלה הופכים לאלקטרונים חפשיים , הנעים בגוש הסיליקון ויכולים להעביר דרכו זרם חשמלי . באטום שאבד אלקטרון בדרך זו נשאר " חר " , כלומר מקום ריק שאלקטרון מאטום שכן יכול לקפץ לתוכו ולמלא אותו . האלקטרון הזה משאיר אחריו " חר " באטום השכן , שגם הוא יכול להתמלא באלקטרון מאטום נוסף . בדרך זו " החרים " יכולים לנוע גם הם בין האטומים השונים . מכיון ש " חר " כזה הוא חסר של אלקטרון , ולאלקטרון יש מטען חשמלי שלילי , הרי שה " חר " מתנהג כמטען חשמלי חיובי , שכאמור יכול לנוע ממקום למקום . לפיכך , במוליך למחצה גם " החרים " משתתפים בהעברת הזרם החשמלי . מוליכים למחצה עם תוספות ושמושיהם בתעשית האלקטרוניקה משתמשים בחמר מוליך למחצה שנוספו לו " זהומים " , כלומר כמות זעירה של חמר אחר . לדגמה , אפשר להוסיף לסיליקון כמות קטנה של אטומי אלומיניום , שיש לו רק שלושה אלקטרונים בקלפה החיצונית . מכיון שבגוש הסיליקון המוצק כל אטום אמור לתרם ארבעה אלקטרונים לקשרים הכימיים , הרי שבאטום האלומיניום נשאר " חר " שאלקטרונים מאטומים שכנים יכולים למלא אותו . בדרך זו , בגוש הסיליקון שערב בו מעט אלומיניום יש " חרים " רבים , היכולים להעביר זרם חשמלי . מוליך למחצה שנוצרו בו " חרים " בדרך זו נקרא בשם " מוליך למחצה מסוג ק " , בגלל האות הראשונה של המלה האנגלית positive - חיובי . אולם אפשר גם " לזהם " את הסיליקון באטומים של חמר בעל חמשה אלקטרונים בקלפה החיצונית , כמו למשל זרחן . במקרה כזה , לאטום הזרחן נשאר אלקטרון אחד אחרי שארבעה נתרמו לקשר הכימי . האלקטרון הזה הופך לאלקטרון חפשי , ויכול להשתתף בהעברת הזרם החשמלי . מוליך למחצה שנוצרו בו אלקטרונים חפשיים בדרך זו נקרא בשם " מוליך למחצה מסוג מ " , בגלל האות הראשונה של המלה האנגלית negative - שלילי . לפיכך , במוליך למחצה מסוג ח העברת הזרם מתבצעת בעקר באמצעות אלקטרונים חפשיים , ובמוליך למחצה מסוג ק - באמצעות " חרים " . בעזרת צרוף של מוליכים למחצה מסוג ת ומסוג ק אפשר ליצר התקנים אלקטרוניים שמעבר הזרם החשמלי בהם נתן לשליטה מדיקת . לדגמה , שתי פסות של מוליך למחצה שהאחת מהן מסוג ק והשניה מסוג ח הצמודות יחד יכולות להעביר את הזרם החשמלי רק בכוון אחד - מהצד של ק לצד של ח . התקן כזה נקרא בשם " דיודה " , והוא משמש לישור זרם חלופין . לעמת זאת , כאשר מצמידים שתי פסות של מוליך למחצה מסוג p שביניהן שכבה דקה של מוליך למחצה מסוג ת , מקבלים טרנזיסטור " pnp " המשמש להגברת זרמים חשמליים . אפשר גם ליצר טרנזיסטור מסוג " מקח " , הבנוי בדיוק להפך , ומשמש לאותה מטרה . דיודות וטרנזיסטורים הם רכיבים המצויים כיום כמעט בכל מעגל אלקטרוני . אלקטרון אלקטרוניקה חשמל טרנזיסטור מוליכות צרן קשר כימי מוליכות היכלת של חמרים להעביר חם או חשמל מכנה מוליכות . חמר שמוליכות החם שלו גבוהה , מאפשר לחם לזרם דרכו בקלות . חמר שמוליכות החשמל שלו גבוהה מאפשר לחשמל לזרם דרכו בקלות . המוליכות היא תכונה של חמרים , טבעיים או מלאכותיים , המנצלת על ידי האדם לצרכיו . חמרים בעלי מוליכות חשמל נמוכה , פלסטיק למשל , משמשים כמבודדים . מוליכות החם הנמוכה של העץ , לדגמה , תורמת בין השאר לשמוש נוח ובטוח יותר בידיות של כלי עבודה הבאים במגע עם חם . מוליכות חם חמר שמוליכות החם שלו גבוהה , כמו מתכת , מאפשר לחם לזרם דרכו בקלות רבה יותר מאשר חמר שמוליכות החם במתכות המוליכות חשמל משתמשים כדי ליצור חוטי חשמל וכבלים להולכת החשמל למרחקים גדולים , כמו כבלי המתח הגבוה הנראים בתצלום .

קודם  |  הבא