أشباه الموصلات عبارة عن مادة بلورية لا توصل الكهرباء بنفس كفاءة المعادن، ولكن ليس بنفس جودة معظم العوازل. بشكل عام، ترتبط إلكترونات أشباه الموصلات ارتباطًا وثيقًا بنواتها. ومع ذلك، إذا تم إدخال عدة ذرات من الأنتيمون، التي تحتوي على "فائض" من الإلكترونات، في شبه موصل، على سبيل المثال، السيليكون، فإن إلكترونات الأنتيمون الحرة في هذه الحالة ستساعد السيليكون على حمل شحنة سالبة.

عندما يتم استبدال عدة ذرات من أشباه الموصلات بالإنديوم، الذي يربط بسهولة إلكترونات إضافية بنفسه، تتشكل "مساحات حرة" أو، كما يقول الفيزيائيون، "ثقوب" في أشباه الموصلات؛ والتي تحمل شحنة موجبة.

وقد أدت خصائص أشباه الموصلات هذه إلى استخدامها على نطاق واسع في الترانزستورات - وهي أجهزة لتضخيم التيار أو منعه أو تمريره في اتجاه واحد فقط. في ترانزستور NPN النموذجي، يتم وضع طبقة من شبه الموصل الموجب (P) (القاعدة) بين طبقتين من أشباه الموصلات السالبة (N) (الباعث والمجمع). عندما تمر إشارة ضعيفة، مثل الاتصال الداخلي، عبر قاعدة ترانزستور NPN، يؤدي انبعاث الإلكترون إلى تضخيم الإشارة.

هيكل أشباه الموصلات

تحتوي أشباه الموصلات من النوع N على عدد زائد من الإلكترونات التي تحمل شحنة سالبة. تفتقر أشباه الموصلات من النوع P إلى الإلكترونات، ولكنها تحتوي على عدد زائد من الثقوب (المساحات الشاغرة للإلكترونات) التي تحمل شحنة موجبة.

السمات المميزة لأشباه الموصلات

على عكس الموصلات، التي تحتوي على العديد من الإلكترونات الحرة، والعوازل، التي لا تحتوي على أي إلكترونات حرة تقريبًا، تحتوي أشباه الموصلات على عدد صغير من الإلكترونات الحرة وما يسمى بالثقوب (الدائرة البيضاء) - المساحات الشاغرة التي تتركها الإلكترونات الحرة. تقوم كل من الثقوب والإلكترونات بتوصيل التيار الكهربائي.

الترانزستور NPN

الترانزستور PNP

تنتقل الثقوب من الباعث الموجب (+) إلى القاعدة السالبة (الطبقة N) ومن ثم عبر المجمع الموجب إلى الطرف السالب (-)، مما يؤدي إلى تضخيم التيار الكهربائي.

ما هو الصمام الثنائي؟

في اتجاه واحد نعم، في الآخر - لا. تشير إشارة إدخال الصمام الثنائي إلى التيار المتردد؛ من الرسم البياني الأيمن يمكنك أن ترى أن التيار المباشر فقط هو الذي يمر عبر الصمام الثنائي.

عندما تتحرك الإلكترونات سالبة الشحنة (الكرات الزرقاء) والثقوب الموجبة الشحنة (الكرات الوردية) بعيدًا عن تقاطع طبقتي السيليكون من النوع N والنوع P في الصمام الثنائي، ينقطع التيار الكهربائي. في الصورة اليمنى السفلية، تتحرك الإلكترونات والثقوب نحو الوصلة، ونتيجة لذلك، يوصل الدايود التيار في اتجاه واحد فقط، فيحول التيار المتردد إلى تيار مباشر.

إضافة الموقع إلى الإشارات المرجعية

ما هي الخصائص الأساسية لأشباه الموصلات؟

من حيث المقاومة الكهربائية، تحتل أشباه الموصلات موقعا متوسطا بين الموصلات والعوازل. تتمتع الثنائيات والصمامات الثلاثية لأشباه الموصلات بعدد من المزايا: انخفاض الوزن والحجم، وعمر خدمة أطول بشكل ملحوظ، وقوة ميكانيكية أكبر.

دعونا ننظر في الخصائص والخصائص الأساسية لأشباه الموصلات. فيما يتعلق بالتوصيل الكهربائي، تنقسم أشباه الموصلات إلى نوعين: موصلية الإلكترون وموصلية الثقب.

تحتوي أشباه الموصلات ذات الموصلية الإلكترونية على ما يسمى بالإلكترونات الحرة، وهي مرتبطة بشكل ضعيف بنواة الذرات. إذا تم تطبيق فرق الجهد على شبه الموصل هذا، فإن الإلكترونات الحرة ستتحرك للأمام - في اتجاه معين، وبالتالي يتم إنشاء تيار كهربائي. نظرًا لأن التيار الكهربائي في هذه الأنواع من أشباه الموصلات يمثل حركة الجسيمات سالبة الشحنة، فإنها تسمى موصلات من النوع n (من الكلمة السالبة).

تسمى أشباه الموصلات ذات موصلية الثقب بأشباه الموصلات من النوع p (من الكلمة الموجبة). ويمكن اعتبار مرور التيار الكهربائي في هذه الأنواع من أشباه الموصلات بمثابة حركة الشحنات الموجبة. في أشباه الموصلات ذات الموصلية p لا توجد إلكترونات حرة؛ إذا فقدت ذرة شبه موصلة إلكترونًا واحدًا تحت تأثير أي سبب، فإنها تصبح موجبة الشحنة.

ويسمى عدم وجود إلكترون واحد في الذرة، مما يسبب شحنة موجبة على ذرة أشباه الموصلات، بالثقب (وهذا يعني أن مساحة حرة قد تشكلت في الذرة). تظهر النظرية والتجربة أن الثقوب تتصرف مثل الشحنات الموجبة الأولية.

تتمثل موصلية الثقب في حقيقة أنه تحت تأثير فرق الجهد المطبق، تتحرك الثقوب، وهو ما يعادل حركة الشحنات الموجبة.

في الواقع، يحدث ما يلي أثناء توصيل الثقب. لنفترض أن هناك ذرتين، إحداهما مزودة بثقب (إلكترون واحد مفقود في المدار الخارجي)، والأخرى، الموجودة على اليمين، بها جميع الإلكترونات في مكانها (دعنا نسميها ذرة محايدة) . إذا تم تطبيق فرق محتمل على أشباه الموصلات، فعندئذ، تحت تأثير المجال الكهربائي، سينتقل إلكترون من ذرة محايدة، التي لديها جميع الإلكترونات في مكانها، إلى اليسار إلى الذرة المجهزة بثقب.

ونتيجة لذلك تصبح الذرة التي بها الثقب متعادلة، ويتحرك الثقب إلى يمين الذرة التي خرج منها الإلكترون. في الأجهزة شبه الموصلة، تسمى عملية "ملء" الثقب بإلكترون حر إعادة التركيب. ونتيجة لإعادة التركيب، يختفي كل من الإلكترون الحر والفجوة، ويتم إنشاء ذرة متعادلة. وهكذا فإن حركة الثقوب تحدث في الاتجاه المعاكس لحركة الإلكترونات.

في أشباه الموصلات النقية تمامًا (الجوهرية)، تحت تأثير الحرارة أو الضوء، تولد الإلكترونات والثقوب في أزواج، وبالتالي فإن عدد الإلكترونات والثقوب في شبه الموصل الجوهري هو نفسه.

لإنشاء أشباه موصلات ذات تركيزات واضحة من الإلكترونات أو الثقوب، يتم تزويد أشباه الموصلات النقية بالشوائب، مما يشكل أشباه موصلات شوائب. يمكن أن تكون الشوائب مانحة، وتعطي الإلكترونات، ومستقبلة، وتشكل ثقوبًا (أي تمزق الإلكترونات بعيدًا عن الذرات). وبالتالي، في شبه الموصل الذي يحتوي على شوائب مانحة، ستكون الموصلية في الغالب إلكترونية، أو موصلية n. في هذه أشباه الموصلات، تكون معظم حاملات الشحنة عبارة عن إلكترونات وحاملات الشحنة الأقل عبارة عن ثقوب. على العكس من ذلك، في أشباه الموصلات التي تحتوي على شوائب متقبلة، تكون حاملات شحنة الأغلبية عبارة عن ثقوب، وحاملات شحنة الأقلية عبارة عن إلكترونات؛ هذه هي أشباه الموصلات مع الموصلية ف.

المواد الرئيسية لتصنيع الثنائيات والصمامات الثلاثية لأشباه الموصلات هي الجرمانيوم والسيليكون. بالنسبة لهم، الجهات المانحة هي الأنتيمون والفوسفور والزرنيخ. المتقبلون - الإنديوم والجاليوم والألمنيوم والبورون.

الشكل 1. موقع الشحنات الكهربائية في أشباه الموصلات.

الشوائب، التي تضاف عادة إلى أشباه الموصلات البلورية، تغير بشكل كبير النمط المادي لتدفق التيار الكهربائي.

عندما يتم تكوين شبه موصل ذو موصلية n، تتم إضافة شوائب مانحة إلى شبه الموصل: على سبيل المثال، تتم إضافة شوائب الأنتيمون إلى شبه موصل الجرمانيوم. تقوم ذرات الأنتيمون، وهي الجهات المانحة، بنقل العديد من الإلكترونات الحرة إلى الجرمانيوم، وبالتالي تصبح مشحونة بشكل إيجابي.

وهكذا، في أشباه الموصلات ذات الموصلية n المتكونة من شوائب، توجد الأنواع التالية من الشحنات الكهربائية:

• الشحنات السالبة المتنقلة (الإلكترونات)، والتي هي الناقلات الرئيسية (سواء من الشوائب المانحة أو من الموصلية الخاصة بها)؛
• الشحنات الإيجابية المتنقلة (الثقوب) - ناقلات الأقلية الناشئة عن الموصلية الخاصة بها؛
• الشحنات الموجبة غير المتحركة - أيونات الشوائب المانحة.

عندما يتم تكوين شبه موصل ذو موصلية p، تتم إضافة شوائب مستقبلة إلى شبه الموصل: على سبيل المثال، تتم إضافة شوائب الإنديوم إلى شبه موصل الجرمانيوم. ذرات الإنديوم، وهي ذرات متقبلة، تزيل الإلكترونات من ذرات الجرمانيوم، وتشكل ثقوبًا. تصبح ذرات الإنديوم نفسها مشحونة سلبيًا.

وبالتالي، في أشباه الموصلات ذات الموصلية p توجد الأنواع التالية من الشحنات الكهربائية:

• الشحنات الإيجابية المتنقلة (الثقوب) - الناقلات الرئيسية الناشئة عن شوائب المستقبل ومن موصليتها الخاصة؛
• الشحنات السالبة المتنقلة (الإلكترونات) - ناقلات الأقلية الناشئة عن موصليتها الخاصة؛
• الشحنات السالبة غير المتحركة - أيونات الشوائب المتقبلة.

في التين. يوضح الشكل 1 صفائح p-germanium (a) وn-germanium (b) مع ترتيب الشحنات الكهربائية.

إحدى الخصائص الرئيسية لوصلة p-n هي قدرتها على تمرير تيار كهربائي في اتجاه واحد (إلى الأمام) أفضل بآلاف وملايين المرات من تمريره في الاتجاه العكسي.

أشباه الموصلات هي فئة من المواد التي تحتل موقعًا متوسطًا بين المواد التي توصل التيار الكهربائي جيدًا (الموصلات، وخاصة المعادن) والمواد التي لا تقوم عمليًا بتوصيل التيار الكهربائي (العوازل أو المواد العازلة).

تتميز أشباه الموصلات باعتماد قوي لخصائصها وخصائصها على الكميات المجهرية من الشوائب التي تحتوي عليها. من خلال تغيير كمية الشوائب في أشباه الموصلات من عشرة ملايين من النسبة المئوية إلى 0.1-1%، يمكنك تغيير موصليتها بملايين المرات. خاصية أخرى مهمة لأشباه الموصلات هي أن التيار الكهربائي يتم نقله إليها ليس فقط عن طريق الشحنات السالبة - الإلكترونات، ولكن أيضًا عن طريق الشحنات الموجبة ذات الحجم المتساوي - الثقوب.

إذا اعتبرنا بلورة مثالية لأشباه الموصلات، خالية تمامًا من أي شوائب، فإن قدرتها على توصيل التيار الكهربائي سيتم تحديدها من خلال ما يسمى بالموصلية الكهربائية الجوهرية.

ترتبط الذرات الموجودة في بلورة أشباه الموصلات ببعضها البعض باستخدام الإلكترونات الموجودة في غلاف الإلكترون الخارجي. أثناء الاهتزازات الحرارية للذرات، يتم توزيع الطاقة الحرارية بشكل غير متساو بين الإلكترونات التي تشكل الروابط. يمكن للإلكترونات الفردية أن تتلقى ما يكفي من الطاقة الحرارية "للانفصال" عن ذرتها وتكون قادرة على التحرك بحرية في البلورة، أي أن تصبح حاملات تيار محتملة (وبعبارة أخرى، فإنها تنتقل إلى نطاق التوصيل). إن خروج الإلكترون هذا ينتهك الحياد الكهربائي للذرة؛ فهو يكتسب شحنة موجبة تساوي في الحجم شحنة الإلكترون الراحل. هذه المساحة الفارغة تسمى حفرة.

وبما أن المكان الشاغر يمكن أن يشغله إلكترون من رابطة مجاورة، فيمكن أن يتحرك الثقب أيضًا داخل البلورة ويصبح حاملًا للتيار الموجب. وبطبيعة الحال، في ظل هذه الظروف، تظهر الإلكترونات والثقوب بكميات متساوية، وسيتم تحديد التوصيل الكهربائي لمثل هذه البلورة المثالية بالتساوي من خلال الشحنات الإيجابية والسلبية.

إذا وضعنا بدلاً من ذرة أشباه الموصلات الرئيسية ذرة شوائب يحتوي غلافها الإلكتروني الخارجي على إلكترون واحد أكثر من ذرة شبه الموصل الرئيسي، فإن هذا الإلكترون سيصبح غير ضروري وغير ضروري لتكوين روابط بين ذرية في البلورة وترتبط بشكل ضعيف مع ذرتها. تكفي طاقة أقل بعشرات المرات لفصلها عن ذرتها وتحويلها إلى إلكترون حر. تسمى هذه الشوائب المانح، أي التبرع بإلكترون "إضافي". وذرة الشائبة مشحونة بالطبع بشكل إيجابي، ولكن لا يظهر أي ثقب، إذ لا يمكن أن يكون الثقب سوى إلكترون شاغر في رابطة بين ذرية غير مملوءة، وفي هذه الحالة تمتلئ جميع الروابط. وتظل هذه الشحنة الموجبة مرتبطة بذرتها، بلا حراك، وبالتالي لا يمكنها المشاركة في عملية التوصيل الكهربائي.

يؤدي إدخال الشوائب في شبه الموصل، الذي يحتوي غلافه الإلكتروني الخارجي على إلكترونات أقل من ذرات المادة الرئيسية، إلى ظهور روابط غير مملوءة، أي الثقوب. وكما ذكر أعلاه، يمكن أن يشغل هذا الفراغ إلكترون من رابطة مجاورة، ويكون الثقب قادرًا على التحرك بحرية في جميع أنحاء البلورة. بمعنى آخر، حركة الثقب هي انتقال تسلسلي للإلكترونات من رابطة مجاورة إلى أخرى. تسمى هذه الشوائب التي "تقبل" الإلكترون بالشوائب المستقبلة.

إذا تم تطبيق الجهد (كما هو موضح في مخطط القطبية) على هيكل أشباه الموصلات المعدنية العازلة للكهرباء من النوع n، فسينشأ مجال كهربائي في الطبقة القريبة من السطح لأشباه الموصلات، مما يؤدي إلى صد الإلكترونات. تبين أن هذه الطبقة مستنفدة.

في أشباه الموصلات من النوع p، حيث تكون ناقلات الأغلبية عبارة عن شحنات موجبة - ثقوب، فإن قطبية الجهد الكهربي التي تطرد الإلكترونات سوف تجذب الثقوب وتخلق طبقة غنية ذات مقاومة منخفضة. سيؤدي التغيير في القطبية في هذه الحالة إلى تنافر الثقوب وتكوين طبقة قريبة من السطح ذات مقاومة متزايدة.

مع زيادة كمية الشوائب من نوع أو آخر، تبدأ الموصلية الكهربائية للبلورة في اكتساب طابع إلكتروني أو ثقبي واضح بشكل متزايد. وفقًا للأحرف الأولى من الكلمات اللاتينية negativus وpositivus، تسمى الموصلية الكهربائية الإلكترونية بالموصلية الكهربائية من النوع n، وتسمى موصلية الثقب بالنوع p، مما يشير إلى نوع حاملات الشحنة المتنقلة لأشباه الموصلات المعينة هو النوع الرئيسي و وهو الأصغر.

مع التوصيل الكهربائي بسبب وجود الشوائب (أي الشوائب)، لا يزال هناك نوعان من الناقلات المتبقية في البلورة: الأنواع الرئيسية، والتي تظهر بشكل رئيسي بسبب إدخال الشوائب في أشباه الموصلات، والأقلية، والتي مظهرها مدين للإثارة الحرارية. المحتوى في 1 سم 3 (تركيز) من الإلكترونات n والثقوب p لأشباه موصلات معينة عند درجة حرارة معينة هو قيمة ثابتة: n − p = const. وهذا يعني أنه من خلال زيادة تركيز الناقلات من نوع معين عدة مرات بسبب إدخال الشوائب، فإننا نقوم بتقليل تركيز الناقلات من نوع آخر بنفس المقدار. الخاصية المهمة التالية لأشباه الموصلات هي حساسيتها القوية لدرجة الحرارة والإشعاع. ومع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد متوسط ​​الطاقة الاهتزازية للذرات الموجودة في البلورة، وسيتم كسر المزيد والمزيد من الروابط. سيظهر المزيد والمزيد من أزواج الإلكترونات والثقوب. عند درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية، يمكن أن تكون الموصلية الجوهرية (الحرارية) مساوية لموصلية الشوائب أو حتى تتجاوزها بشكل كبير. كلما زاد تركيز الشوائب، كلما ارتفعت درجات الحرارة وسيحدث هذا التأثير.

يمكن أيضًا كسر الروابط عن طريق تشعيع أشباه الموصلات، على سبيل المثال، بالضوء، إذا كانت طاقة الكمات الضوئية كافية لكسر الروابط. تختلف طاقة كسر الروابط باختلاف أشباه الموصلات، لذا فهي تتفاعل بشكل مختلف مع أجزاء معينة من طيف الإشعاع.

تُستخدم بلورات السيليكون والجرمانيوم كمواد شبه موصلة رئيسية، كما يتم استخدام البورون والفوسفور والإنديوم والزرنيخ والأنتيمون والعديد من العناصر الأخرى التي تنقل الخصائص الضرورية لأشباه الموصلات كشوائب. يعد إنتاج بلورات أشباه الموصلات ذات محتوى معين من الشوائب عملية تكنولوجية معقدة، يتم إجراؤها في ظروف نظيفة بشكل خاص باستخدام معدات عالية الدقة والتعقيد.

يتم استخدام جميع خصائص أشباه الموصلات المدرجة في القائمة لإنشاء أجهزة أشباه الموصلات المتنوعة جدًا في أغراضها ومجالات تطبيقها. تستخدم الثنائيات والترانزستورات والثايرستور والعديد من أجهزة أشباه الموصلات الأخرى على نطاق واسع في التكنولوجيا. بدأ استخدام أشباه الموصلات مؤخرًا نسبيًا، ومن الصعب اليوم سرد جميع "المهن" الخاصة بها. فهي تحول الطاقة الضوئية والحرارية إلى طاقة كهربائية، وعلى العكس من ذلك، تنتج الحرارة والبرودة باستخدام الكهرباء (انظر الطاقة الشمسية). يمكن العثور على أجهزة أشباه الموصلات في جهاز استقبال راديو تقليدي وفي مولد كمي - ليزر، وفي بطارية ذرية صغيرة وفي وحدات مصغرة لجهاز كمبيوتر إلكتروني. لا يستطيع المهندسون اليوم الاستغناء عن مقومات أشباه الموصلات والمفاتيح ومكبرات الصوت. لقد أتاح استبدال معدات الأنابيب بمعدات أشباه الموصلات إمكانية تقليل حجم ووزن الأجهزة الإلكترونية بمقدار عشرة أضعاف، وتقليل استهلاكها للطاقة وزيادة الموثوقية بشكل كبير.

يمكنك أن تقرأ عن هذا في مقالة الإلكترونيات الدقيقة.

أصبحت أنواع مختلفة من أشباه الموصلات منتشرة على نطاق واسع في الصناعة والالكترونيات الدقيقة للطاقة. وبمساعدتهم، يمكن تحويل طاقة إلى أخرى؛ وبدونها، لن تعمل العديد من الأجهزة الإلكترونية بشكل طبيعي. هناك عدد كبير من أنواع هذه العناصر، اعتمادًا على مبدأ عملها والغرض منها والمواد وميزات التصميم. من أجل فهم طريقة عمل أشباه الموصلات، من الضروري معرفة خصائصها الفيزيائية الأساسية.

خصائص وخصائص أشباه الموصلات

تسمح الخصائص الكهربائية الأساسية لأشباه الموصلات باعتبارها تقاطعًا بين الموصلات القياسية والمواد التي لا توصل الكهرباء. تشتمل مجموعة أشباه الموصلات على مواد مختلفة أكثر بكثير من العدد الإجمالي.

وتستخدم أشباه الموصلات المصنوعة من السيليكون والجرمانيوم والسيلينيوم وغيرها من المواد على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات. السمة الرئيسية لها هي الاعتماد الواضح على تأثير درجة الحرارة. عند درجات حرارة منخفضة جدًا، تضاهي الصفر المطلق، تكتسب أشباه الموصلات خواص العوازل، ومع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض مقاومتها بينما تزداد موصليتها. كما يمكن أن تتغير خصائص هذه المواد تحت تأثير الضوء، عند حدوث زيادة كبيرة في الموصلية الضوئية.

تقوم أشباه الموصلات بتحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء، على عكس الموصلات التي لا تمتلك هذه الخاصية. بالإضافة إلى ذلك، فإن إدخال ذرات عناصر معينة في أشباه الموصلات يساهم في زيادة التوصيل الكهربائي. كل هذه الخصائص المحددة تسمح باستخدام مواد أشباه الموصلات في مختلف مجالات الإلكترونيات والهندسة الكهربائية.

أنواع وتطبيقات أشباه الموصلات

نظرًا لصفاتها، تنقسم جميع أنواع أشباه الموصلات إلى عدة مجموعات رئيسية.

الثنائيات. وهي تشمل بلورتين مصنوعتين من أشباه الموصلات ذات موصلية مختلفة. يتم تشكيل انتقال ثقب الإلكترون بينهما. يتم إنتاجها بتصميمات مختلفة، بشكل رئيسي الأنواع المدببة والمسطحة. في الخلايا المستوية، يتم خلط بلورة الجرمانيوم مع الإنديوم. تتكون الثنائيات النقطية من بلورة السيليكون وإبرة معدنية.

الترانزستورات. وهي تتألف من ثلاثة أشباه الموصلات البلورية. بلوراتان لهما نفس الموصلية، وفي الثالثة، الموصلية لها قيمة معاكسة. يطلق عليهم المجمع والقاعدة والباعث. في الإلكترونيات، يعمل على تضخيم الإشارات الكهربائية.

الثايرستور. وهي العناصر التي تحول الكهرباء. لديهم ثلاث تقاطعات ذات فتحات إلكترونية مع خصائص البوابة. تسمح خصائصها باستخدام الثايرستور على نطاق واسع في الأتمتة وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة التحكم.

كيف يختلف أشباه الموصلات عن العوازل والموصلات؟

ما هو أشباه الموصلات وبماذا يؤكل؟

أشباه الموصلات- مادة لا يمكن تصور عالم التكنولوجيا والإلكترونيات الحديث بدونها. أشباه الموصلاتتظهر خصائص المعادن وغير المعادن في ظل ظروف معينة. من حيث المقاومة الكهربائية، تحتل أشباه الموصلات موقعا متوسطا بين الموصلات الجيدة والعوازل. أشباه الموصلاتيختلف عن الموصلات في الاعتماد القوي للتوصيل النوعي على وجود عناصر الشوائب (عناصر الشوائب) في الشبكة البلورية وتركيز هذه العناصر، وكذلك على درجة الحرارة والتعرض لأنواع مختلفة من الإشعاع.
الخاصية الأساسية لأشباه الموصلات- زيادة التوصيل الكهربائي مع زيادة درجة الحرارة.
أشباه الموصلات هي مواد تكون فجوة نطاقها في حدود عدة إلكترون فولت (eV). على سبيل المثال، يمكن تصنيف الماس على أنه شبه موصل واسع الفجوة، ويمكن تصنيف زرنيخيد الإنديوم على أنه شبه موصل ضيق الفجوة. فجوة النطاق هي عرض فجوة الطاقة بين الجزء السفلي من نطاق التوصيل والجزء العلوي من نطاق التكافؤ، حيث لا توجد حالات مسموح بها للإلكترون.
يعد حجم فجوة النطاق مهمًا عند توليد الضوء في مصابيح LED وأشعة ليزر أشباه الموصلات ويحدد طاقة الفوتونات المنبعثة.

وتشمل أشباه الموصلات العديد من العناصر الكيميائية: Si silicon، Ge germanium، As arsenic، Se selenium، Te Telurium وغيرها، بالإضافة إلى جميع أنواع السبائك والمركبات الكيميائية، على سبيل المثال: يوديد السيليكون، زرنيخيد الغاليوم، تيلوريت الزئبق، وغيرها). وبشكل عام، فإن جميع المواد غير العضوية الموجودة في العالم من حولنا تقريبًا هي من أشباه الموصلات. أشباه الموصلات الأكثر شيوعا في الطبيعة هو السيليكون، والذي، وفقا للتقديرات التقريبية، يشكل ما يقرب من 30٪ من القشرة الأرضية.

اعتمادًا على ما إذا كانت ذرة عنصر شائب تتخلى عن إلكترون أو تلتقطه، تسمى ذرات الشوائب ذرات مانحة أو ذرات متقبلة. تعتمد خصائص المانح والمستقبل لذرة عنصر الشوائب أيضًا على ذرة الشبكة البلورية التي تحل محلها وفي أي مستوى بلوري يتم تضمينها.
كما ذكرنا أعلاه فإن الخواص التوصيلية لأشباه الموصلات تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة، وعندما تصل درجة الحرارة إلى الصفر المطلق (-273 درجة مئوية)، فإن أشباه الموصلات تتمتع بخصائص العوازل.

بناءً على نوع الموصلية، يتم تقسيم أشباه الموصلات إلى نوع n ونوع p

أشباه الموصلات من النوع n

بناءً على نوع الموصلية، يتم تقسيم أشباه الموصلات إلى نوع n ونوع p.

أشباه الموصلات من النوع n لها طبيعة شوائب وتقوم بتوصيل التيار الكهربائي مثل المعادن. تسمى عناصر الشوائب التي تضاف إلى أشباه الموصلات لإنتاج أشباه الموصلات من النوع n بالعناصر المانحة. يأتي مصطلح "النوع n" من كلمة "سلبي"، والتي تشير إلى الشحنة السالبة التي يحملها الإلكترون الحر.

يتم وصف نظرية عملية نقل الرسوم على النحو التالي:

يضاف عنصر الشوائب، خماسي التكافؤ مثل الزرنيخ، إلى السيليكون رباعي التكافؤ. أثناء التفاعل، تدخل كل ذرة زرنيخ في رابطة تساهمية مع ذرات السيليكون. لكن تبقى ذرة زرنيخ حرة خامسة، ليس لها مكان في روابط التكافؤ المشبعة، وتتحرك إلى مدار إلكترون بعيد، حيث تكون هناك حاجة إلى طاقة أقل لإزالة إلكترون من الذرة. ينفصل الإلكترون ويصبح حراً، قادراً على حمل الشحنة. وبالتالي فإن نقل الشحنة يتم عن طريق إلكترون وليس عن طريق ثقب، أي أن هذا النوع من أشباه الموصلات يوصل التيار الكهربائي مثل المعادن.
يعمل الأنتيمون Sb أيضًا على تحسين خصائص أحد أهم أشباه الموصلات - الجرمانيوم Ge.

أشباه الموصلات من النوع p

يتميز شبه الموصل من النوع p، بالإضافة إلى قاعدة الشوائب، بطبيعة الفتحة الموصلية. وتسمى الشوائب التي تضاف في هذه الحالة بالشوائب المتقبلة.
يأتي "النوع p" من كلمة "إيجابي"، والتي تشير إلى الشحنة الإيجابية لحاملات الأغلبية.
على سبيل المثال، يتم إضافة كمية صغيرة من ذرات الإنديوم ثلاثي التكافؤ إلى شبه موصل، السيليكون رباعي التكافؤ. في حالتنا، سيكون الإنديوم عنصرًا شوائبًا، تنشئ ذراته رابطة تساهمية مع ثلاث ذرات سيليكون مجاورة. لكن السيليكون له رابطة حرة واحدة بينما ذرة الإنديوم لا تحتوي على إلكترون تكافؤ، لذلك يلتقط إلكترون تكافؤ من الرابطة التساهمية بين ذرات السيليكون المجاورة ويصبح أيونًا سالب الشحنة، مكونًا ما يسمى بالثقب، وبالتالي ثقب انتقال.
وفقًا لنفس المخطط، يضفي النوديوم موصلية الثقب إلى الجرمانيوم Ge.

التحقيق في خواص العناصر والمواد شبه الموصلة، دراسة خصائص التلامس بين الموصل وأشباه الموصلات، تجربة تصنيع المواد شبه الموصلة، O.V. ابتكر Losev النموذج الأولي لمصابيح LED الحديثة في عشرينيات القرن العشرين.