فيما يستخدم السيليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية
فيما يستخدم السيليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية يستعمل الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية، حيث نستعمل الكثير منها بشكل يومي مثل التلفاز والهاتف أيضًا.
وسنتعرف في ذلك المقال على خصائص تلك المواد وما يجعلها مميزة عن غيرها من المواد، وهل بالفعل يتم استعمال الجرمانيوم والسيليكون بمجال الأجهزة الإلكترونية أم لا، تابعوا معنا هذا المقال.
محتويات المقال
استخدام الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية
يتم استعمال الجرمانيوم والسيليكون بذلك المجال لأنهم أشباه موصلات كهربية، لذا يتم استعمالهم في صناعة المقاومات الكهربية والترانزستور.
وتدخل أيضًا بصناعة قطع إلكترونية كثيرة صغيرة الحجم، والجرمانيوم والسيليكون مادتان قد غيرت من مسار التكنولوجيا الحديثة، حيث أنه قبل استعمالهما في مجال الإلكترونيات كان حجم الأجهزة الإلكترونية كبير جدًا، ذلك علاوًة على تكلفتها المرتفعة.
لكن بعد استعمال الجرمانيوم والسيليكون في مجال تصنيعها، أصبحت أقل حجمًا بصورة كبيرة وغير مُكلفة أيضًا، ومن الخصائص المتعلقة بالمادتين وكانت بمثابة سبب في استعمالهما هي:
- أنها من المواد شبه الموصلة.
- تُعد من العناصر الكيميائية المستقرة.
- من الممكن تغيير الخواص المُتعلقة بنقل الكهرباء والعزل فيها هاتين المادتين.
- من المواد التي تكلفتها رخيصة نسبيًا.
لذا بسبب تكلفتهم البسيطة ومزاياهما، يصبح عنصري الجرمانيوم والسيليكون أفضل العناصر التي تدخل في عملية تصنيع الأجهزة الإلكترونية، بالإضافة لسهولة الإنتاج، وذلك بمقارنتهما مع العناصر الأخرى من أشباه الموصلات.
شاهد أيضًا: مدة القسطرة البولية السيليكون
أشباه الموصلات
أشباه الموصلات هي مجموعة مواد صلبة وبلورية لديها قدرة متوسطة في عملية التوصيل الكهربي، حيث أنها لا تقوم بتوصيل الكهرباء بنفس كفاءة المواد الموصلة.
لكنها أيضًا ليست من المواد العازلة، وتتميز أشباه الموصلات بالكفاءة العالية بمجال الطاقة وأيضًا بأسعارها المنخفضة، لذا يتم استعمالها بصورة واسعة في مجال تصنيع الأجهزة الإلكترونية، كالدوائر المتكاملة والديودات وأيضًا الترانزستورات.
مما تتكون أشباه الموصلات؟
- تتكون أشباه الموصلات بصورة أساسية من عنصري الجرمانيوم والسيليكون، بالإضافة لزرنيخيد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم أو مُرَكَب كبريتيد الرصاص.
- ويوجد الكثير من المواد الأخرى المُستخدمة كأشباه موصلات، كما أن هناك أنواع من مادة البلاستيك يتم صُنعها كأشباه موصلات، ونستعملها في صناعة الصمامات الثنائية التي تبعث الضوء ويتم اختصارها بالكلمة “LEDs“، وذلك لأن مادة البلاستيك مرنة كما أنها قابلة للتشكل بصور مختلفة.
الأنواع الخاصة بأشباه الموصلات
تحدث نشأة أشباه الموصلات عقب إضافة الشوائب إلى المواد، ويتعين مقدار زيادة توصيلية العنصر، وكذلك نُقصانه بمقدار الشوائب التي تم إضافتها وكذلك نوعها، وتم تصنيف أشباه الموصلات لنوعين أساسيين، وهما كالتالي:
الأشباه السالبة:
- التي تتضمن كمية إلكترونات حرة كبيرة، وذلك يعني أن توصيليتها أعلى.
الأشباه الموجبة:
- وهي تحتوي على كمية إلكترونات حرة قليلة، وذلك يعني أن توصيليتها أقل.
تاريخ اكتشافها
- لقد تم استعمال المصطلح “أشباه الموصلات” لأول مرة سنة 1782 بواسطة العالم “أليساندرو فولتا”، وقد لاحظ العالم “فاراداي” الطبيعة الخاصة بأشباه الموصلات وتأثر توصيليتها بدرجة الحرارة سنة 1833، فقد لاحظ انخفاض مقاومة كبريتيد الفضة الكهربية بزيادة درجة الحرارة.
- وسنة 1874 اكتشف “كارل براون” ووثق المبدأ الخاص بعمل الديودات، التي تم صناعتها من المواد شبه الموصلة، فلاحظ العالم تدفق التيار بشكل حر في اتجاه مُحدد وواحد فقط.
- وسنة 1901 اخترع العالم “شاندرا بوس” أول جهاز لأشباه الموصلات وقد لقبه بشعيرات القطط، وهو معدل إلى التيار الكهربي يستعمل بأشباه الموصلات ليكشف عن الموجات الخاصة بالراديو.
أسباب تفضيل السيليكون على عنصر الجرمانيوم
في الوقت الحالي لقد تم اكتشاف أن استعمال السيليكون أفضل من استعمال الجرمانيوم، وفيما يلي سنوضح الأسباب التي جعلت الجرمانيوم ليس عنصرًا مفيدًا كالسيليكون:
- أنه بدرجة الحرارة الخاصة بالغرفة العادية، تحتوي بلورة السيليكون على إلكترونات بصورة أقل من بلورة الجرمانيوم، مما يجعل للسيليكون تيار قطع أقل بكثير من الجرمانيوم.
- عندما يتعلق الهيكل الخاص ببلورات الجرمانيوم لدرجة حرارة عالية سيتدمر، وعلى الجانب الآخر لا تتدمر البلورات الخاصة بالسيليكون بصورة سهلة عند تعرضها لحرارة زائدة.
- تمتلك ثنائيات السيليكون معدلات لذروة الجهد العكسي أكثر مما تمتلك ثنائيات الجرمانيوم.
- وبالرغم من ذلك يوجد بالسيليكون شيء سلبي غير متواجد بالجرمانيوم، وهو كون الحاجز المحتمل للسيليكون أكبر عند مقارنته بالجرمانيوم، ولكن عندما ننظر لمزايا السيليكون، بالطبع سيكون أفضل عنصر للاستعمال بالأجهزة المعتمدة على أشباه الموصلات.
قد يهمك: استخدامات السيليكون في حياتنا اليومية
الفرق بين عنصري الجرمانيوم والسيليكون
الجرمانيوم والسيليكون أشباه موصلات تابعة للمجموعة الرابعة عشر بالجدول الدوري أي أنهما بعائلة الكربون، وفيها يكون السيليكون بالمنتصف وتحته الجرمانيوم والقصدير والرصاص وفوقه الكربون، وبالنقاط التالية سنتحدث عن الفرق بين عنصري الجرمانيوم والسيليكون:
- الجرمانيوم رمزه “Ge” وعدده الذري اثنان وثلاثين، بينما السيليكون رمزه “Si” وعدده الذري أربعة عشر.
- غالبًا ما يزداد نصف قطر العناصر الذري عند الانتقال للأسفل بمجموعات الجدول الدوري.
- وهكذا يكون نصف قطر الجرمانيوم الذري أكبر من نصف قطر السيليكون الذري.
- عند توزيع الذرات إلكترونيًا يمتلك الجرمانيوم إلكترونات بالمدار “d.
- بينما عنصر السيليكون ليس له إلكترونات يتم توزيعها بالمدار “d“.
- الجرمانيوم يمتلك درجة توصيل أعلى من عنصر السيليكون.
- وذلك بسبب أن للسيليكون عدد ذري أقل من عنصر الجرمانيوم.
- مواصفات السيليكون تكلفة أغلبها قليلة عن مواصفات الجرمانيوم المماثلة لها بعشرة أضعاف.
- وتُستعمل موصلات السيليكون بنطاق واسع جدًا.
- ويعود ذلك لسهولة استعمالها بدرجات حرارة عالية عن موصلات الجرمانيوم.
استعمالات الجرمانيوم
يستعمل الجرمانيوم بمجالات عديدة، حيث يساهم في تصنيع الترانزستور، مما جعل تطبيق المعدن الخاص بالجرمانيوم بأمور عديدة أمرًا سهلًا، وسنذكر استعمالاته المتعددة في النقاط التالية:
- يتم إنتاج أشعة الليزر المساعدة على انتقال البيانات خلال مسافات طويلة بواسطة ديودات الجرمانيوم.
- يعَد الجرمانيوم نوع خاص بالعلاج الكيميائي، وذلك لامتلاكه مجموعة مركبات سامة تكافح أنواع البكتيريا المختلفة.
- يدخل الجرمانيوم في التطبيقات الخاصة بالأشعة السينية، بالإضافة لاستعماله في تصنيع السبائك المعدنية عالية التكلفة.
- فمثلًا استعماله بسبائك الفضة الاسترلينية أدى لزيادة مقاومتها لفقدان البريق الخاص بها.
- للجرمانيوم النقي القدرة على التحديد الدقيق لمصادر الإشعاع.
- وتعَد هذه ميزة تحتاجها كل الدول بأمن المطارات.
- حيث يمكن استعماله في النظام الخاص بالرؤية الليلة بالأشعة تحت الحمراء.
- يستعمل في عملية إنتاج الخلايا الشمسية العالية الكفاءة.
- حيث يتم الاستعانة بها بمجال التطبيقات الفضائية.
- يستعمل الجرمانيوم في الأنظمة الخاصة بالألياف البصرية، فهو محفز للبلمرة في علاج الأمراض الكيميائي.
- للجرمانيوم مؤشر عالي للانكسار، ومؤشر تَشتته البصري منخفض.
- مما جعله ملائِمًا بعدسة الكاميرا الواسعة الزوايا، وأيضًا العدسات الشيئية المتواجدة بالمجهر.
تابع معنا: مواصفات زيت السيليكون واضراره
استعمالات السيليكون
- يستعمل السيليكون بمواد البناء، مثل الزجاج والسمنت والطوب والخرسانة.
- ويستعمل في صنع القوالب الحرارية، حيث يقاوم الحرارة بصورة فعالة.
- ويستعمل برقائق السيليكون الداخلة في عملية تصنيع أجهزة التليفزيون والكمبيوتر.
- يستعمل في تصنيع بعض قطع الغيار الخاصة بالسيارات.
- يصنع المطاط بواسطة السيليكون الحراري، فهو مقاوم للحريق والحرارة واللهب.
- كما أنه آمن بالنسبة لصحة الإنسان وغير مضِر.
- حيث يستعمل في تصنيع المواد المتحملة لدرجات الحرارة العالية جدًا.
- كقوالب السيليكون المتميزة بفكرة الدخول بالفرن لتسوية الطعام دون حدوث ضرر لها.
- يستخدم السيليكون كغراء، فهو لاصق فعال جدًا وقوي ويستعمل في لصق العديد من الأشياء.
- كالزجاج والخشب وعدة أنواع من الأقمشة والبلاستيك.
- يستخدم السيليكون في تجميل أجزاء من الجسم كالثدي.
- حيث يعرَف بالجمال المعدني، لاستعماله الكثير في مجال التجميل وصحة الجسد.
وفي ختام المقال لقد أجبنا على سؤال فيما يستخدم السِيليكون والجِرمانيوم في الأجهِزة الإلكترونية، كما ذكرنا استعمالات كلٍ من الجرمانيوم والسيليكون وتحدثنا عن الفارق بينهما، بالإضافة لأسباب تفضيل السيليكون عن عنصر الجرمانيوم، ونتمنى لكم قراءة ممْتعة.