أن التوصيلية في المواد قد تحدث إما بسبب حركة الالكترونات (توصيل الكتروني) أو بسبب حركة الايونات (توصيل ايوني) , في كلتا الحالتين فأن التوصيل الكهربائي يعتمد على عدد من المقاييس أو المعايير الأساسية , مثل عدد ناقلات الشحنة المتحركة (n) وكذلك كمية الشحنة (q) وحركة الناقلات (μ) ، والعلاقة بين التوصيلية (σ) وقيمة كل من المصطلحات المذكورة اعلاة يمكن التعبير عنها بالمعادلة العامة :-⁽¹⁾

   أن ميكانيكية التوصيل يمكن توضيحها باستخدام نظرية الآصرة والتي تفترض بأن الذرات الخارجية غير المشتركة (حزمة التكافؤ) Valance Band)) ( (VB تحوي على الكترونات التكافؤ والتي تكون مرتبطة بقوة مع الذرة والتي لاتستطيع الحركة بفعل اختلاف الجهد، ولزيادة التوصيلية فإن هذه الألكترونات يجب أن تحصل على طاقة كافية لترتقي بنفسها إلى مستوى طاقي أعلى والذي يدعى بـ (حزمة التوصيل) (Conduction Band) (CB) والتي من خلالها يمكنها التحرك بسهولة تحت تأثير المجال المؤثر ، إن الاختلاف بالطاقة بين حزمة التوصيل وحزمة التكافؤ يعرف بـ (فجوة حزمة الطاقة) (Energy Band Gap) (E_g) والتي توضح فيما إذا كانت المادة عازلة أو شبه موصلة أو موصلة وكما هو موضح في الشكل (1-2) ، إن عدد الالكترونات في حزمة التوصيل (N_i) يتناسب مع عدد الالكترونات في حزمة التكافؤ(N_°) بالاعتماد على درجة الحرارة والاختلاف في فجوة الطاقة (ΔE) بين مستويين ، وهذا معطى من قبل قانون بولتزمان للتوزيعBoltzmann's distribution law  :-

 …(1.4) ^E/RT∆ N_i=N_ºe^-

في المواد الموصلة ، فإن أعلى مستوى طاقي بالنسبة لحزمة التكافؤ وأوطأ مستوى طاقي لحزمة التوصيل لهما نفس الطاقة ، وهذا يعني أنه لاتوجد فجوة غير مسموح بها و إن الالكترونات يمكن أن تمر بسهولة من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل . إن التوصيلية العالية للمعادن تأتي من التطابق الجزئي لحزمة التكافؤ و إنه لاتوجد حزمة فجوة ⁽²⁾ . كما في الشكل (1-2) .

    أما في أشباه الموصلات فإن فجوة حزمة الطاقة (Eg) تكون ضيقة ويكون ارتفاعها أعلى مما في المعادن لذلك تكون توصيليتها أقل مما في المعادن (الموصلات) والتحفيز الحراري للالكترونات من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل يزيد من التوصيلية وحسب قانون بولتزمان للتوزيع ، إن التوصيلية لأشباه الموصلات تزداد طردياً مع زيادة درجة الحرارة . في هذه المواد فإن  الالكترونات والفجوات هي ناقلات للشحنة والتي تمتلك شحنات مغايرة وحركيات مختلفة لذلك فإن التوصيلية الكهربائية تصبح كما يلي :-

σ = e (n_e μ_e + n_hμ_h)       …       (1.5)              

  حيث n_h, n_e هي عدد الالكترونات الموصلة والفجوات على التوالي .و  μ_h, μ_e  هي قابلية حركة الالكترونات على التوالي .

   أما بالنسبة للعوازل فإن فجوة الحزمة (Eg) تكون عريضة والالكترونات لايمكن إثارتها بوساطة الحرارة أو بدرجة حرارة الغرفة من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل ، لذلك فإن هذه العوازل مثل (الخشب ، الزجاج) هي ضعيفة التوصيل جداً للكهربائية⁽³⁾ .

--------------------------------------------------------------------------

1-   E. A., M. Sc. Thesis, Middle East Technical University, (2004).

2-   J. L. Bredas, R. R. Chance , R. Silbey, Phys. Rev., Part B., B26 (10), 5843, (1982).

3-   F. Gutmann , L.E. Iyons, “Organic Semiconductors”, John Wiley& Sons, Inc., P.2 (1967).