د. محمود القواتي الفيزياء – جامعة الملك سعود – السعودية

تمتاز أشباه الموصلات بخواص ضوئية وكهربائية مختلفة عن غيرها من المواد الموصلة التي تملك تركيزًا عاليًا من حاملات الشحنة. أما أشباه الموصلات فإن تركيز حاملات الشحنة في مستوى التوصيل أقل بكثير منها في المواد الموصلة، وتصبح موصلة للتيار الكهربائي عند ظروف معينة وعازلة عند ظروف أخرى، وهذه الخاصية في أشباه الموصلات تجعلها ذات مدى واسع من التطبيقات في الإلكترونيات والطاقة الشمسية. تُستخدم تقنيات مختلفة لوصف خواص أشباه الموصلات، من أهم الخواص التي يتم قياسها؛ الخواص التركيبية، الخواص الضوئية والكهربائية، وعدد حاملات الشحنة.

ثانياً الخواص الضوئية والكهربائية:

 تُقاس الخواص الضوئية والكهربائية بعدة تقنيات منها:

1. مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، ومن خلال طيف الامتصاص يتم استنتاج طاقة الفجوة للمادة شبة الموصلة، ومعاملات الامتصاص، والنفاذية، والانعكاسية، وكذلك نحصل على تصور عن الخواص الكهربائية للمادة شبه الموصلة.
2. مطيافية الانبعاث الضوئي (Photoluminescences )، وتُستخدم هذه التقنية لدراسة انتقالات الإلكترون بين مستويات الطاقة المختلفة نتيجة الإثارة الضوئية للإلكترونات.
3. مطيافية الإلبسومتري (شكل 4)، وهي تقنية مبنية على تغير حالة استقطاب الموجات الكهرومغناطيسية المستقطبة من سطح غشاء رقيق أو منطقة بينية، ومن الممكن أن تُستخدم لقياس سُمك طبقة الغشاء الرقيق والمعاملات الضوئية، وكذلك تعطي تصورًا عن مكونات الطبقة شبه الموصلة.

ثالثاً: قياس عدد حاملات الشحنة

يتم قياس كثافة حاملات الشحنة ونوعها باستخدام تأثير هول (Edwin Hall)، وهي ظاهرة فيزيائية اكتشفها الفيزيائي الأمريكي إدوين هول، وتحدث عندما يمر تيار كهربائي خلال لوح موصل مطبق عليه مجال مغناطيسي فيُوجِد جهدًا كهربائيًا بين طرفي الموصل مما يتسبب في انزياح حاملات الشحنة نحو أحد أطراف الموصل، ويُسمى فرق الجهد الناشئ بجهد هول، ومن خلاله يمكن حساب تركيز حاملات الشحنة وكذلك نوع حاملات الشحنة.