عنصرا السليكون والجرمانيوم
يعتبر عنصرا السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge) من أهم العناصر شبه الموصلة والتي تستخدم في صناعة العناصر الالكترونية وذلك لأسباب عديدة منها إمكانية تنقيتهما لدرجة عالية وإمكانية تغيير خصائصهما الكهربائية بإضافة بعض الشوائب الى بلوراتهما النقية. وتحتوي كل من ذرتي السيليكون والجرمانيوم على اربعة الكترونات تكافؤ، والاختلاف بينهما هو أن ذرة السيليكون تحتوي على 14 الكترون بينما ذرة الجرمانيوم تحتوي على 32 الكترون، ويوضح الشكل المجاور التركيب الذري لكل من مادتي السيليكون والجرمانيوم .
وبما أن كل من ذرتي السيليكون والجرمانيوم تحوي أربعة الكترونات تكافؤ في المدار الخارجي، وحتى يكتمل نطاق التكافؤ لكل من هذين العنصرين، فإنه لابد من وجود ثمانية الكترونات في المدار الخارجي، وعلى ذلك فإن كل ذرة تشارك الذرات الأربع التي حولها بالكتروناتها كما هو مبين في الشكل .
ويطلق على هذه الرابطة بين الذرات والتي تتشارك فيها الذرات بالكترونات التكافؤ بالرابطة التساهمية أو رابطة التكافؤ covalent bonding في هذه الرابطة تبدو الذرة وكأنها محاطة بثمانية الكترونات (الأربعة الكترونات الأصلية وأربعة الكترونات أخرى من الذرات المجاورة). في هذه الحالة، ولعدم وجود الكترونات حرة فان كل من مادتي السيليكون والجرمانيوم لا تكونان قابلتين لتوصيل التيار الكهربائي، أي أن مادتي السيليكون والجرمانيوم في صورتيهما النقية أقرب الى المواد العازلة.
ولكي تتحول المادة النقية (والتي يطلق عليها عادة intrinsic material ) من السيليكون أوالجرمانيوم الى مادة قابلة للتوصيل فانه يتم تطعيمها (doping) بإحدى المواد التي يطلق عليها مواد شائبة. وتسمى المادة النقية بعد إضافة بعض الشوائب اليها (extrinsic material). وحسب عدد الكترونات التكافؤ، في المواد الشائبة التي يتم اضافتها لكل من البلورات النقية من مادتي السيليكون والجرمانيوم، فانه يتم عمل بلورات مادة سالبة ( n-type material) أو بلورات مادة موجبة (p-type material).
البلورات السالبة :
حتى نتحول بلورة السيليكون او الجرمانيوم النقي الى بلورة سالبة فإنه يتم تطعيمها بشوائب من عناصر خماسية التكافؤ (pentavalent elements)، والتي تسمى عادة عناصر مانحة (donors)، مثل الفسفور (P) والأنتيمون (Sb) .
ويظهر الشكل اسلوب تكوين البلورة السالبة، حيث نجد أن كل أربعة الكترونات تكافؤ من الكترونات المادة خماسية التكافؤ ترتبط في روابط تساهمية مع ذرة جرمانيوم ليكتمل المدار الخارجي لذرة الجرمانيوم، ويبقى الكترون زائد (من الكترونات المادة خماسية المتكافؤ) يصبح حر الحركة خلال البلورة ، بهذا الأسلوب يزداد عدد الالكترونات (السالبة ) الحرة ، وتتحول المادة الى بلورة مادة سالبة (n-type material).
البلورات الموجبة
حتى تتحول بلورة السيليكون أو الجرمانيوم النقي الى بلورة موجبة فإنه يتم تطعيمها بشوائب من عناصر ثلاثية التكافؤ مثل الجاليوم (Ga) والبورون (i) والتي تسمى عادة عناصر قابلة (acceptors).
ويظهر الشكل اسلوب تكوين البلورة الموجبة، حيث نجد أن كل ثلاثة الكترونات تكافؤ من الكترونات المادة ثلاثية التكافؤ ترتط. في روابط. تساهمية مع ذرات الجرمانيوم المجاورة، وهنا نجد أن ذرة الجرمانيوم ينقصها الكترون واحد حتى يكتمل البناء الترابطي التساهمي وهذا يعني وجود فجوة (hole) والتي تمثل شحنة موجبة لها قدرة قوية على جذب الالكترونات. ولهذا يطلق على هذه البلورة بلورة مادة موجبة (p-type material).
