فیزیک الکترونیک

نگاه اجمالی

شاید برای افرادی که آشنایی کمتری با فیزیک دارند ، تعجب آور باشد که در مباحث فیزیک ، از واژه الکترونیک یاد شود. اما اگر مباحث مطرح در فیزیک را از نظر بگذرانیم ملاحظه می‌کنیم فیزیک و الکترونیک دو واژه‌ای هستند که با هم مانوس بوده و تقریبا وابسته به یکدیگرند. بعنوان مثال ترانزیستور یک وسیله الکترونیکی است که نحوه اتصال آن در مدار در الکترونیک مورد بررسی قرار می‌گیرد. اما ساختار ترانزیستور ، مشخصه‌های ترانزیستور و اطلاعات دیگر که مربوط به ساختمان ترانزیستور است در فیزیک بحث می‌شود.

مفاهیم پایه فیزیک الکترونیک

  • اجزای ساختمان ماده:
    برای توضیح پدیده‌های الکترونیکی ، فیزیکدانها فرضیه‌های مختلفی را درباره ساختمان ماده ، پیشنهاد کرده‌اند. می‌دانیم که ماده قابل تقسیم تا بینهایت نیست. کوچکترین کمیت از ماده را که می‌تواند به حالت آزاد وجود داشته باشد مولکول می‌گویند.
    کمیتی از یک جسم خالص را که فرمول شیمیایی آن جسم معرفی می‌کند، مولکول گرم و جرم مربوطه را جرم مولکولی می‌گویند. هر مولکول گرم از یک جسم خالص ، شامل تعداد NA مولکول است، که NA عدد آووگادرو می‌باشد. مولکولها از اتمها تشکیل شده‌اند. کوچکترین بخش از یک جسم ساده که می‌تواند در یک ترکیب شیمیایی شرکت کند، اتم نام دارد همانند مولکول ، اتم نیز دارای ابعاد بسیار کوچک است.

    پیشرفت‌های امروز ، الکترونیک ، نظریه‌های آلبرت انیشتین را که از سال 1905 به بعد بنا کرد ، کاملا به اثبات می‌رساند. برخلاف آنچه که در مکانیک کلاسیک تصور می‌شود ، در فیزیک نوین جرم یک جسم کمیتی تغییر ناپذیر نیست، بلکه با بالا رفتن سرعت افزایش پیدا می‌کند. سرعت نور معرف حدی است که تجاوز از آن را نمی‌توان انتظار داشت.

  • فلزات و نیم رساناها:
    واژه نیم رسانا را برای مشخص کردن جامداتی که مقاومت ویژه آنها خیلی بزرگتر از مقاومت ویژه یک رسانای خوب و خیلی کوچکتر از مقاومت ویژه یک عایق خوب است، به کار می‌برند. به علاوه این مقاومت ویژه می‌تواند در کرانه‌های عریض تحت تاثیر بعضی از عوامل نظیر دما ، نور ، جریانهای قوی و همچنین با افزودن ناخالصیهای معین تغییر کند. بدین ترتیب ، آنها می‌توانند به طور دائم و برگشت پذیر از حالت عایق به حالت رسانا بروند.
  • رسانش در فلزات:
    یک رسانا در حالت عادی دارای الکترونهای آزاد است. اتمهایی که این الکترونها را از دست داده‌اند یک شبکه یونهای مثبت تشکیل می‌دهند. الکترون‌های آزاد که دیگر به اتم مشخصی تعلق ندارند، دارای یک حرکت بی‌نظمند که از این لحاظ شبیه مولکولهای گاز است. این الکترونها نقش رسانش در فلزات را ایفا می‌کنند.
  • نیم رسانای ذاتی (خالص):
    نیم رساناهایی که بیشتر از همه مورد استفاده قرار می‌گیرند. ژرمانیوم و سیلسیوم هستند. به علت داشتن خواص مشابه ، در مورد یکی از آنها مثلا ژرمانیوم استدلال می‌کنیم. اتم ژرمانیوم دارای ظرفیت چهار است که هسته آن 32 پروتون دارد که توسط 32 الکترون احاطه شده است. این الکترونها در روی چهار لایه مدار که آخرین آنها چهار الکترون دارند توزیع شده است.
    انرژی جنبشی الکترونها در دمای محیط معمولی خیلی بیشتر از انرژی آنها در صفر مطلق است. این امر موجب بریدگی بعضی از اتصالات و تولید حاملهای بار الکتریکی می‌شود. بدبن ترتیب یک نیم رسانای ذاتی در دمای عادی به طور جزئی رساناست.
  • نیم رسانای غیرذاتی:

    با افزودن تعداد خیلی کم از بعضی از ناخالصیها در یک نیم رسانای ذاتی می‌توان با نسبتهای قابل ملاحظه‌ای عده حاملهای بار (الکترون‌های آزاد یا حفره) را افزایش داد. بدین ترتیب مقاومت ویژه ماده کاهش می‌یابد. بلوری که بدین ترتیب آلاییده می‌شود، نیم رسانای غیرذاتی نام دارد. بعنوان مثال با اضافه کردن یک گرم آرسنیک به 103 گرم ژرمانیوم خالص مقاومت ویژه از 50 اهم-سانتی متر به چند اهم-سانتی متر تغییر می‌کند. ناخالصیهای به کاربرده شده سه یا پنج ظرفیتی هستند که به دو نوع بلور مختلف هدایت می‌کنند.

  • روشهای استخراج الکترون:

پاسخ دهید