هناك العديد من العناصر التي تدخل في صناعة الالكترونيات ، تلك العناصر التي لابد من أن تكون مميزة و مناسبة للخصائص الخاصة بصناعة الالكترونيات ، و على رأس هذه العناصر السيليكون الذي يعد أحد أهم العناصر.
عنصر السيليكون
السيليكون يعتبر أحد العناصر الطبيعية و شبه المعدنية ، و هو مادة شديدة التنوع مع تطبيقات تتراوح من أشباه الموصلات و الأجهزة الإلكترونية إلى عمليات تصنيع الزجاج. في الطبيعة غالبًا ما يكون ثاني أكسيد السيليكون ، إما الكوارتز أو الصوان ، و لكن نادرًا ما يكون كعنصر حر ، و يمكن أن يفترض السيليكون أشكالًا مختلفة و يمكن أن يختلط مع عناصر أخرى لإنشاء مركبات غنية بالسيليكون – غالبًا ما تستخدم سبائك السيليكون لتصنيع قطع غيار السيارات الكبيرة ، بينما يستخدم السيليكون النقي في تطبيقات الالكترونيات الحساسة.
سبائك السيليكون
تتشكل السبائك عن طريق الجمع بين عنصر واحد أو أكثر في محلول معدني قوي أو كلي ، يتم إقران السيليكون في كثير من الأحيان مع الألومنيوم لإنتاج سبيكة السيليكون و الألومنيوم ، و التي يمكن استخدامها في صب و تصنيع الأجزاء المعدنية الكبيرة ، و اعتمادًا على نسبة الألومنيوم إلى السيليكون ، سوف تفترض السبيكة مستويات متفاوتة من قوة الشد و غيرها من الخصائص ، و عادة سوف يمثل السيليكون 5 إلى 23 في المائة من الوزن (وزن ٪) من السبائك النهائية ، و بشكل عام تتميز سبائك الألمنيوم و السليكون بقوتها العالية الشد ، والتي يتم تحديدها من خلال تكوين السبائك والبنية الدقيقة متعددة الأطوار.
سبائك الألومنيوم السيليكون
سبائك الألومنيوم السيليكون التي تحتوي فقط على السيليكون و الألومنيوم (على عكس سبائك الألومنيوم السيليكون التي قد تحتوي على عناصر أخرى كذلك) نادراً ما يتم معالجتها حرارياً ، و لكنها مفيدة للغاية في الصب لأن لديهم سيولة جيدة عند الانصهار و القليل من الانكماش عندما تكون صلبة. نتيجة لهذه الصفات ، يعد ألومنيوم السيليكون مفيدًا في صب الأجزاء بمجموعة من الأشكال والسمك ، و يميل إلى تفضيلها على سبائك السيليكون النحاسية بالنسبة للمسبوكات المعقدة ، و مع ذلك فإن ألومنيوم السيليكون غير قابل للغسل للغاية ولديه خواص ميكانيكية سيئة. يتم أحيانًا إضافة عناصر أخرى ، مثل المنجنيز والكوبالت والنيكل ، إلى سبائك الألمنيوم السيليكون لتغيير الخصائص المحددة لتطبيقات معينة.
السيليكون النقي في الالكترونيات
يشيع استخدام السيليكون كأشباه موصلات في الإلكترونيات: تستخدم الأجهزة مثل الترانزستورات و لوحات الدوائر المطبوعة و الدوائر المتكاملة خصائص السيليكون لتحقيق أقصى أداء ، و يتم تعريف المادة العازلة بحقيقة أنها لا تحتوي على إلكترونات حرة ، إن أشباه الموصلات عبارة عن عازل يمكن تحويله بسهولة إلى موصل ، سيؤثر عدد الإلكترونات الحرة التي تمتلكها المادة على مدى قدرتها على توصيل الكهرباء ، و يحتوي السيليكون على فرق منخفض في الطاقة بين شريط التكافؤ (طبقة الإلكترونات التي تربط المادة معًا) وشريط التوصيل الخاص بها (طبقة الإلكترونات التي تتيح لها الطاقة الكافية التجوال بحرية). هذا الاختلاف في الطاقة المنخفضة يعني أنه من السهل نسبياً نقل الإلكترونات من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل ، وبالتالي تحويل السيليكون إلى أشباه الموصلات.
السيليكون كأشباه الموصلات
– لكي يعمل السيليكون كأشباه موصلات في مجموعة من التطبيقات الإلكترونية ، يتم عادةً تخدير المادة (شوائب صغيرة) لتمكين إطلاق الإلكترونات دون تغيير درجة الحرارة بشكل كبير ، على الرغم من أن هناك أنواع عديدة من المواد أشباه الموصلات السيليكون ، و هما أكثر المواد التي يشيع استخدامها في تطبيقات الإلكترونيات تشمل N نوع المادة و P نوع المادة.
– يتم إنشاء مادة من النوع N من خلال إدخال شوائب للسيلكون تحتوي على إلكترون واحد لكل ذرة أكثر من السيليكون ؛ نتيجة لذلك يوجد عدد أكبر من الإلكترونات الحرة ، والسيلكون يفترض شحنة سالبة (لأن الإلكترونات سالبة الشحنة). يتم إنشاء مادة من النوع P بإضافة عنصر له ذرات إلكترونية أقل من السيليكون ؛ والنتيجة هي مادة موجبة الشحنة. تستخدم العديد من الأجهزة السيليكون من النوع P و N كأشباه موصلات موثوق بها للجهد.
– هناك أشياء قليلة أكثر تعقيدًا من الأجهزة الإلكترونية. على الرغم من ذلك ، فإن عنصر السيليكون البسيط (Si) هو الأساس لمعظم الإلكترونيات اليوم. يعمل السيليكون ، ورقاقات السيليكون المصنوع منها ، على تشغيل كل شيء من أجهزة الكمبيوتر العملاقة إلى الهواتف الذكية إلى أفران الميكروويف الهوائية. كل هذا يثير سؤال مهم للغاية: لماذا السيليكون؟
لماذا يستخدم السيليكون في الأجهزة الإلكترونية
– يستخدم السيليكون للأجهزة الإلكترونية لأنه عنصر ذو خصائص خاصة جدًا ، واحدة من أهم الخصائص هو أنه أشباه الموصلات ، و هذا يعني أنه يوصل الكهرباء في بعض الظروف و يعمل كعازل تحت ظروف أخرى ، و يمكن تعديل خصائص السيليكون الكهربائية من خلال عملية تسمى المنشطات ، هذه الخصائص تجعلها مادة مثالية لصنع الترانزستورات التي تضخّم الإشارات الكهربائية.
– ليست خصائص السيليكون السبب الوحيد وراء كونها مثالية للأجهزة الإلكترونية ، السيليكون هو أيضا عنصر وفير على الأرض ، بل إنه العنصر الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض ، وفرة Si يسمح لها أن تكون بأسعار معقولة للغاية وجذابة ، لا عجب لماذا أصبح السيليكون أساس شرائح الذاكرة ، ومعالجات الكمبيوتر ، والترانزستورات ، وجميع الالكترونيات الأخرى.
عنصر السيليكون
السيليكون يعتبر أحد العناصر الطبيعية و شبه المعدنية ، و هو مادة شديدة التنوع مع تطبيقات تتراوح من أشباه الموصلات و الأجهزة الإلكترونية إلى عمليات تصنيع الزجاج. في الطبيعة غالبًا ما يكون ثاني أكسيد السيليكون ، إما الكوارتز أو الصوان ، و لكن نادرًا ما يكون كعنصر حر ، و يمكن أن يفترض السيليكون أشكالًا مختلفة و يمكن أن يختلط مع عناصر أخرى لإنشاء مركبات غنية بالسيليكون – غالبًا ما تستخدم سبائك السيليكون لتصنيع قطع غيار السيارات الكبيرة ، بينما يستخدم السيليكون النقي في تطبيقات الالكترونيات الحساسة.
سبائك السيليكون
تتشكل السبائك عن طريق الجمع بين عنصر واحد أو أكثر في محلول معدني قوي أو كلي ، يتم إقران السيليكون في كثير من الأحيان مع الألومنيوم لإنتاج سبيكة السيليكون و الألومنيوم ، و التي يمكن استخدامها في صب و تصنيع الأجزاء المعدنية الكبيرة ، و اعتمادًا على نسبة الألومنيوم إلى السيليكون ، سوف تفترض السبيكة مستويات متفاوتة من قوة الشد و غيرها من الخصائص ، و عادة سوف يمثل السيليكون 5 إلى 23 في المائة من الوزن (وزن ٪) من السبائك النهائية ، و بشكل عام تتميز سبائك الألمنيوم و السليكون بقوتها العالية الشد ، والتي يتم تحديدها من خلال تكوين السبائك والبنية الدقيقة متعددة الأطوار.
سبائك الألومنيوم السيليكون
سبائك الألومنيوم السيليكون التي تحتوي فقط على السيليكون و الألومنيوم (على عكس سبائك الألومنيوم السيليكون التي قد تحتوي على عناصر أخرى كذلك) نادراً ما يتم معالجتها حرارياً ، و لكنها مفيدة للغاية في الصب لأن لديهم سيولة جيدة عند الانصهار و القليل من الانكماش عندما تكون صلبة. نتيجة لهذه الصفات ، يعد ألومنيوم السيليكون مفيدًا في صب الأجزاء بمجموعة من الأشكال والسمك ، و يميل إلى تفضيلها على سبائك السيليكون النحاسية بالنسبة للمسبوكات المعقدة ، و مع ذلك فإن ألومنيوم السيليكون غير قابل للغسل للغاية ولديه خواص ميكانيكية سيئة. يتم أحيانًا إضافة عناصر أخرى ، مثل المنجنيز والكوبالت والنيكل ، إلى سبائك الألمنيوم السيليكون لتغيير الخصائص المحددة لتطبيقات معينة.
السيليكون النقي في الالكترونيات
يشيع استخدام السيليكون كأشباه موصلات في الإلكترونيات: تستخدم الأجهزة مثل الترانزستورات و لوحات الدوائر المطبوعة و الدوائر المتكاملة خصائص السيليكون لتحقيق أقصى أداء ، و يتم تعريف المادة العازلة بحقيقة أنها لا تحتوي على إلكترونات حرة ، إن أشباه الموصلات عبارة عن عازل يمكن تحويله بسهولة إلى موصل ، سيؤثر عدد الإلكترونات الحرة التي تمتلكها المادة على مدى قدرتها على توصيل الكهرباء ، و يحتوي السيليكون على فرق منخفض في الطاقة بين شريط التكافؤ (طبقة الإلكترونات التي تربط المادة معًا) وشريط التوصيل الخاص بها (طبقة الإلكترونات التي تتيح لها الطاقة الكافية التجوال بحرية). هذا الاختلاف في الطاقة المنخفضة يعني أنه من السهل نسبياً نقل الإلكترونات من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل ، وبالتالي تحويل السيليكون إلى أشباه الموصلات.
السيليكون كأشباه الموصلات
– لكي يعمل السيليكون كأشباه موصلات في مجموعة من التطبيقات الإلكترونية ، يتم عادةً تخدير المادة (شوائب صغيرة) لتمكين إطلاق الإلكترونات دون تغيير درجة الحرارة بشكل كبير ، على الرغم من أن هناك أنواع عديدة من المواد أشباه الموصلات السيليكون ، و هما أكثر المواد التي يشيع استخدامها في تطبيقات الإلكترونيات تشمل N نوع المادة و P نوع المادة.
– يتم إنشاء مادة من النوع N من خلال إدخال شوائب للسيلكون تحتوي على إلكترون واحد لكل ذرة أكثر من السيليكون ؛ نتيجة لذلك يوجد عدد أكبر من الإلكترونات الحرة ، والسيلكون يفترض شحنة سالبة (لأن الإلكترونات سالبة الشحنة). يتم إنشاء مادة من النوع P بإضافة عنصر له ذرات إلكترونية أقل من السيليكون ؛ والنتيجة هي مادة موجبة الشحنة. تستخدم العديد من الأجهزة السيليكون من النوع P و N كأشباه موصلات موثوق بها للجهد.
– هناك أشياء قليلة أكثر تعقيدًا من الأجهزة الإلكترونية. على الرغم من ذلك ، فإن عنصر السيليكون البسيط (Si) هو الأساس لمعظم الإلكترونيات اليوم. يعمل السيليكون ، ورقاقات السيليكون المصنوع منها ، على تشغيل كل شيء من أجهزة الكمبيوتر العملاقة إلى الهواتف الذكية إلى أفران الميكروويف الهوائية. كل هذا يثير سؤال مهم للغاية: لماذا السيليكون؟
لماذا يستخدم السيليكون في الأجهزة الإلكترونية
– يستخدم السيليكون للأجهزة الإلكترونية لأنه عنصر ذو خصائص خاصة جدًا ، واحدة من أهم الخصائص هو أنه أشباه الموصلات ، و هذا يعني أنه يوصل الكهرباء في بعض الظروف و يعمل كعازل تحت ظروف أخرى ، و يمكن تعديل خصائص السيليكون الكهربائية من خلال عملية تسمى المنشطات ، هذه الخصائص تجعلها مادة مثالية لصنع الترانزستورات التي تضخّم الإشارات الكهربائية.
– ليست خصائص السيليكون السبب الوحيد وراء كونها مثالية للأجهزة الإلكترونية ، السيليكون هو أيضا عنصر وفير على الأرض ، بل إنه العنصر الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض ، وفرة Si يسمح لها أن تكون بأسعار معقولة للغاية وجذابة ، لا عجب لماذا أصبح السيليكون أساس شرائح الذاكرة ، ومعالجات الكمبيوتر ، والترانزستورات ، وجميع الالكترونيات الأخرى.
