أشباه الفلزات

2011 حالات المادة

آلان بي گوب

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

تضم أشباه الفلزات مجموعة صغيرة من العناصر تجمع بين خواص الفلزات واللافلزات، وتشمل أشباه الفلزات السيلكون و الزرنيخ. و من خواص أشباه الفلزات توصيلها للكهرباء ولكن ضمن ظروف محددة، ولذلك يُطلق عليها اسم أشباه الموصلات، ولقد اكتسبت هذه المواد أهمية منذ ستينيات القرن العشرين،

حيث تستخدم في الأجهزة الإلكترونية، مثل الترانزستورات والدايودات (الصمامات الثنائية)، التي تضبط سريان الكهرباء حول الدائرة الكهربائية. وقد سهلت الأجهزة الإلكترونية تصنيع حواسيب صغيرة وأجهزة الهواتف الجوالة وغيرها من الأجهزة المماثلة الأخرى بأحجام صغيرة. تُشكل أشباه الموصلات شبكة تساهمية صلبة تنتظم فيها الذرّات في بنية شبكية، ويوجد داخل شبه الموصل النقي العدد اللازم من الإلكترونات لتكوين روابط تساهمية بين جميع

الذرّات. إلا أن الإلكترونات ليست متماسكة تماماً في هذه الروابط، حيث يتحرر عدد منها من الروابط وتسري عبر الجسم الصلب لتوصل الكهرباء. كما تستطيع الأماكن الفارغة، المعروفة باسم «الفجوات الإلكترونية»، التي تخلفها الإلكترونات

المفقودة، أن تتحرك هي الأخرى، و تسلك هذه الفجوات الإلكترونية سلوكاً مشابهاً لشحنات موجبة متحركة. يُمكن التحكم بطريقة توصيل أشباه موصلات الكهرباء من خلال إضافة ذرّات عناصر أخرى. وتسمى هذه العملية «التطعيم» (أو

الإشابة)، التي يتم بواسطتها ملء الفجوات داخل شبكة ذرّات شبه الفلز باستعمال ذرّة من عنصر مختلف. و على سبيل المثال، يستطيع السليكون النقي توصيل كمية محدودة من الكهرباء فقط. ولكن إذا تم تطعيم السليكون

بالفسفور، سوف تترابط أربعة من خمسة إلكترونات من ذرّة الفسفور مع ذرّات السليكون. أما الإلكترون الخامس فيبقى طليقاً ويستطيع أن يتحرك عبر الجسم الصلب وينقل الكهرباء.