ابحث حول احد العناصر التي تدخل في صناعة الالكترونيات

كتابة بشرى ديوب -
ابحث حول احد العناصر التي تدخل في صناعة الالكترونيات

ابحث حول احد العناصر التي تدخل في صناعة الالكترونيات، وتستخدم الصناعات الالكترونية العديد من العناصر الكيميائية الموصلة وغير الموصلة للتيار الكهربائي، كما أنها تستخدم عناصر شبه موصلة ومن أهمها السيليكون، سيبين المقال أهم الخصائص لعنصر السيليكون ولماذا يستخدم في صناعة الالكترونيات بكثرة، كما سيوضح أهم خصائصه ومميزاته.

ابحث حول احد العناصر التي تدخل في صناعة الالكترونيات

إن عنصر السيليكون البسيط هو الأساس لمعظم الإلكترونيات اليوم، فرقاقات السيليكون التي يتم تصنيعها من السيليكون، هي التي تشغّل كل شيء من أجهزة الحاسب العملاقة إلى الهواتف الذكية إلى أفران الميكروويف، ويُستخدم السيليكون في الأجهزة الإلكترونية لأنه عنصر له خصائص خاصة جداً، ومن أهم خصائصه أنه شبه موصل، مما يعني أنه يوصل الكهرباء في بعض الظروف ويعمل كعازل تحت ظروف أخرى، فمن الممكن تعديل الخصائص الكهربائية للسيليكون من خلال عملية تسمى المنشطات، وهذه الخصائص تجعله مادة مثالية لصنع الترانزستورات التي تضخّم الإشارات الكهربائية، كما أن خصائص السيليكون ليست السبب الوحيد لكونه مثاليًا للأجهزة الإلكترونية، ولكن لأن السيليكون من العناصر المتوفرة بكثرة على سطح الأرض، فهو العنصر الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض.[1]

السيليكون

هو عنصر كيميائي غير فلزي ينتمي إلى عائلة الكربون، وهي المجموعة 14 من الجدول الدوري، ويشكل السيليكون 27.7٪ من قشرة الأرض، وهو بذلك ثاني أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض، ولا يتفوق عليه سوى الأكسجين.[2]

السيليكون النقي شديد التفاعل بحيث لا يمكن العثور عليه في الطبيعة، ولكنه موجود عمليًا في جميع الصخور وكذلك في الرمل والطين والتربة، ممزوجًا إما بالأكسجين مثل السيليكا (SiO2 ثاني أكسيد السيليكون) أو مع الأكسجين (وعناصر أخرى مثل: الألمنيوم، المغنيسيوم، الكالسيوم، الصوديوم، البوتاسيوم، أو الحديد) مثل السيليكات.[2]

تم عزل عنصر السيليكون غير المتبلور لأول مرة ووصفه بأنه عنصر في عام 1824 بواسطة عالم الكيمياء السويدي يونس جاكوب برزيليوس، ولم يتم تحضير عنصر السيليكون البلوري حتى عام 1854، عندما تم الحصول عليه كمنتج للتحليل الكهربائي، أما في شكل الكريستال الصخري، فقد كان السيليكون مألوفًا لدى المصريين القدماء الذين استخدموه في صناعة الخرز والمزهريات الصغيرة.[2]

شاهد أيضًا: اي المواد التاليه من اشباه الفلزات ؟

خصائص السيليكون

السيليكون هو أحد المعادن الموجودة في الطبيعة، ويملك نوعين من الخصائص، فيزيائية وكيميائية.[3]

الخصائص الفيزيائية للسيليكون

  • يتواجد السيليكون على شكل بلورات تشبه الإبرة أو لامعة أو سوداء رمادية اللون أو ألواح مسطحة.
  • العدد الذري للسيليكون هو 14 وكتلته الذرية النسبية 28.085.
  • كثافة السيليكون 2.3296 غرام لكل سنتيمتر مكعب.
  • درجة انصهار السيليكون هي 1410 درجة مئوية.
  • درجة غليان السيليكون تبلغ 3265 درجة مئوية.
  • السيليكون في أنقى صوره هو من أشباه الموصلات.

الخصائص الكيميائية للسيليكون

  • يملك السيليكون بريقًا معدنيًا، ويعتبر هشًا للغاية.
  • السيليكون مشابه جدًا للمعادن من حيث السلوك الكيميائي.
  • في درجة حرارة الغرفة، يعتبر السيليكون عنصرًا غير نشط نسبيًا.
  • السيليكون شديد التفاعل في درجات الحرارة المرتفعة.
  • يتحد السيليكون مع الأكسجين والفوسفور والنيتروجين وعناصر أخرى، كما أنه يشكل سبائك في الحالة المنصهرة.

مميزات عنصر السيليكون

يملك السيليكون العديد من الميزات التي تميزه عن غيره من المعادن وأهمها:[4]

  • السيليكون مادة معدنية صلبة وخاملة نسبيًا وفي شكل بلوري هش للغاية مع لمعان معدني ملحوظ.
  • يتواجد السيليكون بشكل رئيسي في الطبيعة على شكل أكسيد وسيليكات.
  • لا يتفاعل الشكل الصلب للسيليكون مع الأكسجين والماء ومعظم الأحماض.
  • يتفاعل السيليكون مع الهالوجينات.
  • يمتلك السيليكون أيضًا خاصية غير عادية (مثل الماء) حيث يتمدد عندما يتجمد.

شاهد أيضًا: شبه الفلز له خواص بين المواد الموصلة والعازلة لذا يكون

استخدامات السيلكون

يستخدم السيليكون في العديد من المجالات أهمها:[3]

  • يستخدم السيليكون في إنتاج السيراميك والطوب والطوب الحراري.
  • يستخدم السيليكون لصنع العديد من السبائك مثل الألومنيوم والسيليكون، بالإضافة إلى الفيروسيليكون المعروف باسم الحديد والسيليكون والذي يستخدم على نطاق واسع في صناعة الصلب.
  • يستخدم مطاط السيليكون في أنظمة العزل المائي في الحمامات والأسقف والأنابيب.
  • لكونه أحد أشباه موصلات، يستخدم السيليكون في أجهزة الترانزستورات والإلكترونيات الدقيقة وصناعة الحاسب.

رمز السيليكون

إن الرمز الكيميائي لعنصر السيليكون هو (Si)، واشتق اسم السيليكون من اللاتينية silex أو silicis، مما يعني “الصوان” أو “الحجر الصلب”، ولعنصر السيليكون الخصائص التالية:[2]

  • العدد الذري: 14.
  • الوزن الذري: 28.086.
  • نقطة الانصهار: 1410 درجة مئوية (2570 درجة فهرنهايت).
  • نقطة الغليان: 3265 درجة مئوية (5909 درجة فهرنهايت).
  • الكثافة: 33 غرام / سم 3.
  • حالة الأكسدة: −4، (+2)، +4.

شاهد أيضًا: ما هو التوزيع الالكتروني للسيليكون

مركبات السيليكون

يستخدم السيليكون في العديد من المركبات أهمها:[3]

  • السيلان: هو مركب غير عضوي يوجد على شكل غاز عديم اللون، وعند تعرضه للهواء، يكون هذا المركب شديد التفاعل ويمكن أن تشتعل فيه النيران بسهولة، ويكون غير مستقر في درجة حرارة الغرفة.
  • كربيد السيليكون: هو مركب كيميائي من السيليكون والكربون، ويستخدم كربيد السيليكون على نطاق واسع كمساحيق لتلميع أو طحن المواد الأخرى وله خصائص حرارية.
  • السيليكا: تتكون السيليكا (ثاني أكسيد السيليكون) بشكل أساسي من الجرانيت والحجر الرملي الذي يستخدم في صناعة الزجاج، والمواد الكاشطة، ومرشحات المياه، وكمادة مضافة للغذاء، وغيرها الكثير.
  • الهاليدات: تشكل مركبات السيليكون، ومعظمها من الكربيدات، هاليدات رابع السيليكون عندما تتفاعل مع الهالوجينات المستقرة، وعلى عكس رباعي الهاليدات الكربونية، فإنها تتحلل بسهولة في الماء.
  • أحماض السيليك: يوجد حمض السيليسيك بشكل طبيعي في الأحفورات والترسيبات الجيولوجية، كما أنه المادة الطبيعية في دروع بعض الطحالب، وله نوع صناعي ويسمى “زجاج سليكوني”.

سبائك السيليكون

يُستخدم النحاس والألمنيوم في مجموعة من التطبيقات حول العالم، ويتم إضافة العديد من العناصر إلى سبائك الألومنيوم والنحاس لجعلها أكثر قابلية للتصنيع، وذلك بناءً على طريقة التصنيع المستخدمة، حيث من الممكن لهذه المواد المضافة أن تجعل المعادن أكثر سيولة عند العمل، كما أنها تزيد من مقاومتها للحرارة، وتقلل من هشاشتها، والسيليكون هو أحد العناصر التي يمكن العثور عليها في كل من سبائك النحاس والألمنيوم، ويستخدم السيليكون في السبائك للأسباب التالية:[5]

  • السيليكون هو عنصر كيميائي غير سام ومتوفر بكثرة، لذلك يستخدم بكثرة في صناعة السبائك.
  • عند إضافة السيليكون إلى الألومنيوم، يجعل السيليكون السبيكة المعدنية أكثر مرونة، ومن دون تكسير المعدن في درجات حرارة عالية.
  • يقلل السيليكون من درجة انصهار الألمنيوم.
  • من المزايا الأخرى عند إضافة السيليكون إلى الألومنيوم أنه يحسن خصائص هيكلية معينة، حيث يجعل تقلص الألومنيوم أقل عند استخدامه في تطبيقات الصّب، وهذه الخاصية المعدنية مرغوبة للغاية عند عمل مصبوبات معقدة رقيقة.
  • يزيد السيليكون المضاف إلى النحاس من قوة السبائك بشكل كبير.
  • يمكن للسيليكون أن يجعل النحاس الأصفر شديد المقاومة للتآكل.
  • توفر سبائك النحاس والسيليكون توصيلًا أقل من سبائك النحاس الأخرى التي لا يضاف إليها أي شيء.
  • فائدة أخرى مثيرة للاهتمام يوفرها السيليكون للنحاس هي أنه يسمح بإزالة الأكسجين من النحاس عند العمل، وتعتبر عملية إزالة الأكسدة ضرورية عند الرغبة في صنع السبيكة المعدنية، ومن دون جعلها هشة ومن دون التأثير على قوة شدها.

صناعة شرائح السيليكون

تعد زراعة بلورات السيليكون الضخمة شبه المثالية إحدى المهارات الأساسية في تصنيع شرائح الحاسب الحديثة، ويتم بعد ذلك تقطيع هذه البلورات إلى شرائح رقيقة، ثم نقشها ومعالجتها بمئات الطرق المختلفة قبل تقطيعها إلى مكعبات في القالب الفردي وتعبئتها في معالجات تجارية، وفي الوقت الحالي، تُصنع بلورات السيليكون (تسمى “سبائك”) في أسطوانات قطرها 300 مم، ولكن البحث يقترب بسرعة من عتبة 450 مم، ومن المفترض أن يساعد ذلك في الحفاظ على انخفاض تكاليف الإنتاج، وبالتالي السماح للسرعة بالاستمرار في الزيادة.[6]

شاهد أيضًا: التوزيع الإلكتروني الصحيح لعنصر الالمنيوم al13

لماذا يستخدم السيليكون دائمًا في صناعة الأجهزة الالكترونية

عند اختيار عنصر لاستخدامه كأساس لترانزستور الحاسب، فإن الكلمة الأساسية هي المقاومة، حيث تتميز الموصلات بمقاومة منخفضة، وتمرير التيار الكهربائي بسهولة شديدة، بينما تتمتع العوازل بمقاومة عالية، وإبطاء أو منع لتدفق الإلكترونات، وبالنسبة للترانزستور، الذي يجب أن يكون قادرًا على التشغيل والإيقاف حسب الرغبة، نحتاج إلى شبه موصل، مادة ذات مقاومة متوسطة بين المادة الموصلة والعازلة، والسيليكون من أكثر العناصر المستخدمة في صناعة الأجهزة الالكترونية للأسباب التالية:[6]

  • السيليكون من أشباه الموصلات.
  • على الرغم من أن السيليكون ليس المادة الوحيدة شبه الموصلة على الأرض، وحتى أنه ليس أفضل أشباه الموصلات، ولكنه من أشباه الموصلات الأكثر وفرة على وجه الأرض، فالسيليكون متوفر بسهولة في جميع أنحاء العالم، وليس هناك حاجة إلى استيراده من مناجم أفريقية خاصة، أو القيام بمعالجة مكلفة وملوثة لأشهر للحصول على البعض منه.
  • من السهل التعامل مع السيليكون.
  • توصل العلماء إلى طرق موثوقة لتحويل السيليكون إلى بلورات مرتبة تمامًا، وهذه البلورات مثل الماس بالنسبة للكربون.

شاهد أيضًا: كيف تتعدد البوليمرات والالياف وما اهمية ذلك

وهنا يصل المقال إلى خاتمته بعد أن قدم إجابة عن ابحث حول احد العناصر التي تدخل في صناعة الالكترونيات، وعنصر السيليكون هو من أكثر العناصر المستخدمة في صناعة الالكترونيات، لذلك أوضح المقال جميع المعلومات المتعلقة بهذا العنصر من خصائص وميزات واستخدامات ومركبات.

المراجع

  1. ^ waferworld.com , Why is Silicon Used for Electronic Devices? , 6/12/2021
  2. ^ britannica.com , silicon , 6/12/2021
  3. ^ vedantu.com , silicon , 6/12/2021
  4. ^ chemicool.com , Silicon Element Facts , 6/12/2021
  5. ^ belmontmetals.com , Silicon: Increasing the Properties of Aluminum and Copper Alloys , 6/12/2021
  6. ^ extremetech.com , What is silicon, and why are computer chips made from it? , 6/12/2021
134 مشاهدة