مقدمه:

اتم های عناصر مختلف دارای الکترونهایی هستند که در مدارهای مختلفی به دور هسته گردش می کنند .

الکترونهایی که در مدارهای نزدیک به هسته گردش می کنند انرژی کمتری دارند اما از طرف هسته ، نیروی جاذبه بیشتری بر آنها وارد می شود و در نتیجه نمی توان به آسانی این الکترونها را از اتم جدا کرد .

در هر اتم ، آخرین مدار را لایه ظرفیت یا لایه والانس می گویند و الکترونهای این لایه را الکترونهای ظرفیت یا والانس می نامند .

الکترونهای والانس انرژی بیشتری نسبت به بقیه الکترونها دارند اما وابستگی آنها به هسته کمتر از بقیه الکترونها می باشد.

اجسام موجود در طبیعت بر اساس تعداد الکترونهای والانس اتم های تشکیل دهنده آنها به سه دسته:

اجسام هادی ،

اجسام عایق

و اجسام نیمه هادی تقسیم می شوند که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم .

اجسام هادی : 

اتم های تشکیل دهنده این اجسام کمتر از چهار الکترون والانس دارند و این الکترونها به راحتی از قید هسته آزاد می شوند .

اجسام هادی الکترونهای آزاد زیادی دارند و این الکترونهای آزاد سبب عبور جریان برق می شوند .

به این اجسام رسانا هم می گویند .

فلزات یک تا سه ظرفیتی هادی های خوبی هستند و بهترین هادی ها عبارتند از : نقره ، مس و طلا .

اجسام عایق :

 اتم های تشکیل دهنده این اجسام معمولاً دارای پنج تا هشت الکترون والانس هستند .

به علت اینکه انرژی داده شده به اتم های اجسام عایق میان تعداد زیادی الکترون والانس تقسیم می شود انرژی دریافت شده توسط هر الکترون بسیار ناچیز است .

بنابراین این الکترونها به سختی از اتم جدا می شوند.

همین امر سبب می شود که اجسام عایق در وضعیت معمولی دارای الکترونهای آزاد بسیار کمی بوده و جریان برق را از خود عبور ندهند .

اجسام نیمه هادی :

 اتم های تشکیل دهنده اجسام نیمه هادی معمولاً دارای چهار الکترون والانس می باشند .

اجسام نیمه هادی در دمای صفر مطلق ( ۲۷۳– درجه سانتیگراد ) تقریباً عایق هستند .

در دمای اتاق ( ۲۵ درجه سانتیگراد ) ، انرژی حرارتی محیط باعث آزاد شدن تعدادی از الکترونهای والانس می شود و هدایت الکتریکی در جسم بالا می رود .

در دمای اتاق ، هدایت الکتریکی نیمه هادی ها بهتر از عایق ها و بدتر از هادی ها می باشد .

نیمه هادی های پرکاربرد عبارتند از کربن ، سیلیسیم ( سیلیکن ) ، ژرمانیوم ، توریم ، زیرکونیوم و هافنیوم که از بین آنها سیلیسیم و ژرمانیوم در برق و الکترونیک کاربرد فراوان دارند .

در ادامه به بررسی نیمه هادی های سیلیسیم و ژرمانیوم می پردازیم .

سیلیسیم دارای عدد اتمی ۱۴است .

یعنی دارای ۱۴ پروتون و ۱۴ الکترون است .

ژرمانیوم دارای عدد اتمی ۳۲ است .

یعنی ۳۲ پروتون و ۳۲ الکترون دارد .