النواقل وأشباه النواقل: التوصيلية الكهربائية والتطبيقات التكنولوجية – الثالثة ثانوي (بكالوريا) علوم فيزيائية – المنهاج الجزائري

مفهوم الناقل وشبه الناقل

الناقل الكهربائي (Conducteur) : مادة تسمح بمرور التيار الكهربائي بسهولة، مثل النحاس والألومنيوم والفضة. تمتلك ناقليتها الكهربائية العالية بسبب وجود إلكترونات حرة في النطاق الأخير.

العازل الكهربائي (Isolant) : مادة لا تسمح بمرور التيار الكهربائي، مثل المطاط والبلاستيك والخشب. لا تحتوي على إلكترونات حرة.

شبه الناقل (Semiconducteur) : مادة تكون ناقليتها الكهربائية متوسطة بين الناقل والعازل. أمثلة : السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge). تزداد ناقليتها بارتفاع درجة الحرارة.

الفرق بين النواقل والعوازل وأشباه النواقل

الخاصية	الناقل	شبه الناقل	العازل
الناقلية	عالية (10⁶ – 10⁸ S/m)	متوسطة (10⁻⁶ – 10⁴ S/m)	منخفضة جداً (<10⁻¹² S/m)
فجوة الطاقة	معدومة	صغيرة (~1 eV)	كبيرة (>5 eV)
تأثير الحرارة	تقل الناقلية	تزداد الناقلية	لا تتغير

أشباه النواقل الذاتية والشوائب

شبه الناقل الذاتي (Intrinsèque) : شبه ناقل نقي تماماً من السيليكون أو الجرمانيوم. عدد الإلكترونات يساوي عدد الفجوات (n = p).

شبه الناقل المشوب (Extrinsèque) : يُضاف إليه شوائب لتحسين ناقليته.

• نوع N : تُضاف شوائب خماسية التكافؤ (فوسفور، زرنيخ) → تزيد الإلكترونات الحرة (حاملات أغلبية = إلكترونات).
• نوع P : تُضاف شوائب ثلاثية التكافؤ (بور، ألومنيوم) → تزيد الفجوات (حاملات أغلبية = فجوات).

الوصلة الثنائية (Diode)

تتكون من وصل شبه ناقل من نوع P مع شبه ناقل من نوع N. تتميز بـ :

• انحياز أمامي (P مع الموجب, N مع السالب) → يمر التيار
• انحياز عكسي (P مع السالب, N مع الموجب) → لا يمر التيار

تستخدم في تقويم التيار (تحويل AC إلى DC).

التطبيقات التكنولوجية

1. الخلايا الشمسية (Photovoltaïque) : تحول الضوء إلى كهرباء باستخدام الوصلات P-N. عند سقوط الفوتونات، تنشأ أزواج إلكترون-فجوة تولد تياراً كهربائياً.

2. الترانزستور (Transistor) : مكون إلكتروني أساسي يستخدم كمفتاح أو مضخم. يتكون من ثلاث طبقات (NPN أو PNP). هو أساس الدوائر المتكاملة والمعالجات الحديثة.

تمارين بكالوريا

تمرين 1 : وضح بالرسم كيفية الحصول على شبه ناقل من نوع N ومن نوع P.

تمرين 2 : لديك وصلة ثنائية من السيليكون. بين سلوكها في حالة الانحياز الأمامي والانحياز العكسي مع الرسم.

تمرين 3 : اشرح مبدأ عمل الخلية الشمسية مستعيناً بمخطط الوصلة P-N.

📍 دروس مشابهة

• التذبذبات الكهربائية في دارة (LC) ودائرة (RLC) المزوّدة بتوتر جيبي – الثالثة ثانوي (بكالوريا) علوم فيزيائية
• الأمواج الميكانيكية المتوالية: تعريفها، خصائصها وتمارين محلولة — الثالثة ثانوي (بكالوريا) علوم فيزيائية