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 تغییر خصائصهما الكهربائية بإضافة بعض الشوائب الى بلوراتهما النقية وتحتوي كل من ذرتي السيليكون والجرمانيوم على أربعة الكترونات تكافؤ، والاختلاف بينهما هو أن ذرة السيليكون تحتوي على 14 الكترون بينما ذرة الجرمانيوم تحتوي على 32 الكترون، ويوضح الشكلان التاليان التركيب الذري لكل من مادتي السيليكون والجرمانيوم .

شكل رقم (1) التركيب الذري لمادة السيليكون

شكل رقم (2) التركيب الذري لمادة الجرمانيوم

وبما أن كل من ذرتي السيليكون والجرمانيوم تحوي أربعة الكترونات تكافؤ في المدار الخارجي، وحتى يكتمل نطاق التكافؤ لكل من هذين العنصرين، فانه لابد من وجود ثمانية الكترونات في المدار الخارجي، وعلى ذلك فان كل ذرة تشارك الذرات الأربع التي حولها بإلكتروناتها كما هو مبين في الشكل (3) أدناه.

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 أو الجرمانيوم 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، فأنه يتم عمل بلورات مادة سالبة ( n-type material) أو بلورات مادة موجبة( p-type material).

• البلورات السالبة

حتى تتحول بلورة السيليكون أو 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 (4) اسلوب تكوين البلورة السالبة، حيث نجد أن كل أربعه الكترونات تكافؤ من الكترونات المادة خماسية التكافؤ ترتبط في روابط تساهمية مع ذرة جرمانيوم ليكتمل المدار الخارجي لذرة الجرمانيوم، ويتبقى الكترون زائد (من) الكترونات المادة خماسية التكافؤ) يصبح حر الحركة خلال البلورة، بهذا الأسلوب يزداد عدد الالكترونات (السالبة) الحرة، وتتحول المادة الى بلورة مادة سالبة n-type material).

شكل 4 تكوين بلورة السالبة

• البلورات الموجبة

حتى تتحول بلورة السيليكون أو الجرمانيوم النقي الى بلورة موجبة فإنه يتم تطعيمها بشوائب من عناصر ثلاثية التكافؤ مثل الجاليوم (Ga) والبورون (B)، والتي تسمى عادة عناصر قابلة (acceptors) .

ويظهر الشكل (5) اسلوب تكوين البلورة الموجبة، حيث نجد أن كل ثلاث الكترونات تكافؤ من الكترونات المادة ثلاثية التكافؤ ترتبط 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).