نیم رسانا

نیم رسانا[ ۱] یا نیمه رسانا یا نیمه هادی ( به انگلیسی: Semiconductor ) عنصری است که رسانایی الکتریکی آن، چیزی بین رسانا ( مانند مس ) و عایق الکتریکی ( مانند شیشه ) باشد. [ ۲] مقاومت الکتریکی نیم رسانا برخلاف فلزات، با افزایش دما کاهش می یابد. رسانایی این مواد را می توان با افزایش دقیق و کنترل شده آلایندهها تغییر داد، که به این فرایند، دوپینگ یا آلایش گفته می شود.
رسانایی نیم رساناها در دمای اتاق چیزی بین رسانایی فلزات و نارساناها است. مرز نارساناها و نیم رساناها، با پهنای کاف نواری تعیین می شود. رسانایی جامدات معیار خوبی برای قضاوت نیست چرا که ممکن است یک ماده در اثر افزایش دما، رسانایی پایین، متوسط یا بالایی از خود نشان دهد. مقدار شکاف باند و رسانایی که مبنای تعیین یک جامد به عنوان نیم رسانا یا نارسانا قرار گیرد، به کاربرد آن جامد بستگی دارد. نیم رساناها به دو نوع نیم رسانای ذاتی و غیرذاتی تقسیم می شوند.
نیم رساناها در دنیای امروز نقشی اساسی دارند، و تقریباً همه دستگاه هایی که استفاده می کنیم، مانند گوشی های همراه، تبلت ها، رایانه ها، رادیوها و … به آنها وابسته اند. [ ۳]
نیم رساناها، خواص جالبی دارند. برای مثال، عبور دادن جریان تنها از یک سمت، داشتن مقاومت الکتریکی متغیر، و حساسیت به نور یا گرما. به دلیل اینکه می توان رسانایی نیم رساناها را با فرایند آلایش تغییر داد، می توان از آن ها در کاربردهای تقویت کننده، قطع و وصل جریان ( کلیدزنی ) ، و تبدیل انرژی استفاده کرد.
از نیم رساناها برای ساخت قطعاتی مانند دیود، ترانزیستور، تریستور، آی سی و … استفاده می شود. پیدایش نیم رساناها در الکترونیک، انقلابی در این علم به پا کرده که اختراع رایانه یکی از دستاوردهای آن است.
دانش نوین ما از خواص مواد نیم رسانا در حیطه فیزیک کوانتوم و نحوه حرکت حامل های بار در ساختار بلوری است. [ ۴] آلایش، تعداد حاملان بار درون ساختار بلوری را افزایش می دهد. وقتی یک نیم رسانای آلاییده، تعداد بیشتری حفره نسبت به الکترون دارد به آن نیم رسانای نوع p ( به معنای positive یا مثبت ) گفته می شود. اگر تعداد الکترون ها بیشتر از حفره ها باشد به آن نیم رسانای نوع n ( به معنای negative یا منفی ) گفته می شود.
صنعت نیم رساناها یکی از صنایع رقابتی و پول ساز در دنیاست. پیش بینی می شود بازار جهانی این صنعت در سال ۲۰۱۸ رقمی بالغ بر ۴۷۷٫۹۴ میلیارد دلار باشد. [ ۵] بزرگ ترین تولیدکننده تراشه در حال حاضر شرکت سامسونگ می باشد که سهم بازار آن در سال ۲۰۱۸ برابر ۷۵٫۸۵ میلیارد دلار بوده است. [ ۵] سامسونگ، اینتل، اس کی هاینیکس، تی اس ام سی و مایکرون بزرگ ترین تولیدکنندگان چیپ در دنیا هستند. [ ۶] بزرگ ترین کشورهای تولیدکننده نیم رساناها به ترتیب ایالات متحده، کره جنوبی، ژاپن، اتحادیه اروپا، تایوان و چین هستند. [ ۷]

نیم رِسانا (semiconductor)
ماده ای با رسانندگی الکتریکی۱ بینابینیِ کمتر از فلزات و بیشتر از عایق۲ ها. این مواد در گسترۀ متنوعی از وسایل الکترونیکی کاربرد دارند. بعضی مواد بلورین، ازجمله سیلیسیم۳ و ژرمانیم۴، تعداد کمی الکترون آزاد دارند که از قیدهای بین اتمی بلور گریخته اند. اتم هایی که این الکترون ها از آن ها گریخته اند دارای جای خالی یا حفره اند و این حفره ها نیز به صورت بارهای مثبت از اتمی به اتم دیگر قابل انتقال اند. در این صورت، جریان الکتریکی، هم با الکترون ها یا حامل های منفی و هم با حفره ها یا حامل های بار مثبت، منتقل می شود. به چنین ماده ای نیم رسانای ذاتی۵ می گویند. رسانندگی نیم رساناها را از راه آلاییدن آن ها با مقدار کمی اتم های ناخالصی افزایش می دهند. اتم های ناخالصی یا الکترون های آزاد اضافی وارد محیط نیم رسانا می کنند و با افزایش تعداد الکترون های آزاد نسبت به حفره ها آن را به نیم رسانای نوع n تبدیل می کنند؛ یا الکترون های آزاد موجود در نیم رسانا را گیر می اندازند و آن را به نیم رسانای نوع p بدل می کنند که حفره هایش بیشتر از الکترون هاست. هنگامی که مواد نوع p و n برای تشکیل پیوند پی- ان۶ (p-n) در کنار هم قرار می گیرند، سدی الکتریکی پدید می آید که جریان را در یک جهت آسان تر از جهت دیگر هدایت می کند. این امر مبنای کار دیود نیم رسانا۷ است که برای یک سوسازی۸ به کار می رود. برخی از وسایل دیگر که بر همین اساس کار می کنند عبارت اند از ترانزیستورها۹، یک سوسازها۱۰، و مدارهای مجتمع یا مدارهای یکپارچه۱۱، به صورت تراشه های سیلیسیومی۱۲.electrical conductivityinsulatorsilicongermaniumintrinsic semiconductorsemiconductor dioderectificationtransistorsrectifiersintegrated circuitssilicon chips