أهم 5 أسباب لاستخدامات السيليكون في الإلكترونيات كمادة أشباه الموصلات

أهم 5 أسباب لاستخدامات السيليكون في الإلكترونيات كمادة أشباه الموصلات

باستخدام مصطلح 'إلكترونيات' ، هناك العديد من الأشياء التي يمكنك ربطها ، خاصةً مكونات لوحة الدوائر الإلكترونية مثل الترانزستورات ، الثنائيات ، الدوائر المتكاملة وما إلى ذلك. إذا كنت على دراية كاملة بهذه المكونات ، فيجب أن تكون على دراية باستخدامات السيليكون السائدة في تصنيع هذه المكونات أيضًا.



استخدامات السيليكون

استخدامات السيليكون

ما هو السيليكون؟

السيليكون مادة شبه موصلة برقم ذري 14 ، وتقع في المجموعة 4 من الجدول الدوري. تم تحضير السيليكون النقي غير المتبلور لأول مرة من قبل جونز جاكوب برزيليوس في عام 1824 ، بينما أعد هنري إتيان السيليكون البلوري لأول مرة في عام 1854.






ما هي أشباه الموصلات؟

أشباه الموصلات ليست سوى مواد لها خصائص عازلة في شكل نقي وخصائص موصلة عند مخدر أو إضافتها بشوائب. عادةً ما تحتوي أشباه الموصلات على فجوة في النطاق (الطاقة اللازمة لتحرر الإلكترونات من الرابطة التساهمية) بين العوازل (أقصى فجوة في النطاق) والموصلات (فجوة النطاق الأدنى). يرجع التوصيل أو تدفق الشحنة في أشباه الموصلات إلى حركة الإلكترونات أو الثقوب الحرة.

إذا كنت معتادًا على الجدول الدوري ، فيجب أن تكون على دراية بالمجموعات الموجودة في الجدول الدوري. عادة ما تكون مواد أشباه الموصلات موجودة في المجموعة 4 من الجدول الدوري أو موجودة أيضًا كمزيج من المجموعة 3 والمجموعة 6 ، أو كمجموعة من المجموعة 2 والمجموعة 4 أيضًا. أشباه الموصلات الأكثر استخدامًا هي السيليكون والجرمانيوم والجاليوم-الزرنيخ.



إذن ، ما الذي يجعل السيليكون أكثر مادة مفضلة من أشباه الموصلات في الإلكترونيات؟

فيما يلي أهم الأسباب:


1. وفرة من السيليكون

السبب الأول والأبرز لشعبية السيليكون كمادة مفضلة هو وفرته. ثانيًا ، تماشيًا مع الأكسجين الذي يمثل حوالي 46٪ في القشرة الأرضية ، يشكل السيليكون حوالي 28٪ من قشرة الأرض. يتوفر على نطاق واسع في شكل رمل (سيليكا) وكوارتز.

وفرة السيليكون في الطبيعة

وفرة السيليكون في الطبيعة

2. تصنيع السيليكون

رقائق السيليكون المستخدمة في إنتاج الدوائر المتكاملة و مكونات الكترونية يتم تصنيعها باستخدام تقنيات فعالة واقتصادية. يتم الحصول على السيليكون النقي أو البولي سيليكون من خلال الخطوات التالية:

  • صُنع الكوارتز ليتفاعل مع فحم الكوك لإنتاج السيليكون المعدني في فرن كهربائي.
  • المعادن ثم يتم تحويل السيليكون إلى trichlorosilane (TCS) في مفاعلات الطبقة المميعة.
  • بعد ذلك ، يتم تنقية TCS بالتقطير ، ثم تتحلل إلى خيوط سيليكون ساخنة في مفاعل ، جنبًا إلى جنب مع الهيدروجين. أخيرًا ، الناتج هو قضيب بولي سيليكون.

يتم بعد ذلك بلورة قضيب البولي سيليكون باستخدام طريقة Czochralski للحصول على بلورات أو سبائك السيليكون. يتم قطع هذه السبائك أخيرًا إلى رقائق باستخدام طرق قطع المعرف أو قطع الأسلاك.

تصنيع السيليكون

تصنيع السيليكون

تسهل جميع العمليات المذكورة أعلاه تحقيق القطر المطلوب ، والتوجيه ، والتوصيل ، وتركيز المنشطات ، وتركيز الأكسجين اللازم لإنتاج رقائق السيليكون.

3. الخصائص الكيميائية

تشير الخواص الكيميائية إلى تلك الخصائص التي يتم تعريف تفاعل المواد مع الآخرين فيما يتعلق بها. تعتمد الخصائص الكيميائية بشكل مباشر على التركيب الذري للعنصر. يستخدم السيليكون البلوري في الغالب في الإلكترونيات ، ويتكون من هيكل يشبه الماس. تتكون كل خلية وحدة من 8 ذرات في شعرية شجاعة ترتيب. هذا يجعل السيليكون النقي مستقرًا بدرجة عالية في درجة حرارة الغرفة مقارنة بمواد أخرى مثل الجرمانيوم.
وبالتالي ، فإن السيليكون النقي هو الأقل تأثراً بالماء أو الحمض أو البخار. أيضًا ، عند درجة حرارة أعلى في حالة منصهرة ، يشكل السيليكون بسهولة أكاسيد ونتريد وحتى سبائك.

4. هيكل السيليكون

تساهم الخصائص الفيزيائية للسيليكون أيضًا في شعبيتها واستخدامها كمواد شبه موصلة.

هيكل السيليكون

هيكل السيليكون

  • يمتلك السيليكون فجوة نطاق طاقة معتدلة تبلغ 1.12 فولت عند 0 ك.هذا يجعل السيليكون عنصرًا مستقرًا عند مقارنته بالجرمانيوم ويقلل من فرصة تسرب التيار. التيار العكسي في نانو أمبير وهو منخفض جدًا.
  • يتكون الهيكل البلوري للسيليكون من هيكل شعرية مكعبة الوجه مع كثافة تعبئة 34 ٪. هذا يسمح بسهولة استبدال ذرات الشوائب في الأماكن الفارغة من الشبكة. وبعبارة أخرى ، فإن تركيز المنشطات مرتفع للغاية ، حوالي 10 ^ 21 ذرة / سم مكعب.

يعزز هذا أيضًا إمكانية إضافة شوائب مثل الأكسجين كالذرات الخلالية داخل الشبكة البلورية. يوفر هذا قوة ميكانيكية قوية للرقاقات ضد أنواع مختلفة من الضغوط مثل الحرارية أو الميكانيكية أو الجاذبية.

  • الجهد الأمامي لثنائيات السيليكون هو 0.7 فولت ، وهو أعلى عند مقارنته بثنائيات الجرمانيوم. هذا يجعلها أكثر استقرارًا ويعزز استخدامات السيليكون كمعدلات.

5. ثاني أكسيد السيليكون

السبب الأخير وليس الأقل لشعبية السيليكون الضخمة هو سهولة تكوين الأكاسيد. ثاني أكسيد السيليكون هو العازل الأكثر استخدامًا في تقنية IC نظرًا لطبيعته الكيميائية المستقرة للغاية عند مقارنته بأكاسيد أخرى مثل الجرمانيوم ، وهو قابل للذوبان في الماء ويتحلل عند درجة حرارة 800 درجة مئوية.

ثاني أكسيد السيليكون

ثاني أكسيد السيليكون

يمكن زراعة ثاني أكسيد السيليكون حرارياً باستخدام الأكسجين فوق رقاقات السيليكون عند درجة حرارة أعلى أو ترسبه باستخدام السيلان والأكسجين.

يستخدم ثاني أكسيد السيليكون:

  • في تقنيات تصنيع IC مثل النقش ، والانتشار ، وغرس الأيونات ، إلخ.
  • في عوازل للأجهزة الإلكترونية.
  • كطبقة رقيقة للغاية لأجهزة MOS و CMOS. وقد أدى ذلك إلى زيادة الشعبية الواسعة لأجهزة CMOS ذات مقاومة الإدخال العالية.
  • في الأجهزة ثلاثية الأبعاد بتنسيق تقنية MEMs .

لذا ، فهذه هي أهم أسباب زيادة استخدام السيليكون في الإلكترونيات. نأمل أن يكون لديك الآن فهم واضح ومنطق مناسب عن سبب استخدام السيليكون كمواد شبه موصلة لتطوير المشاريع القائمة على الإلكترونيات. إليك سؤال بسيط ولكنه مثير للفضول بالنسبة لك: لماذا لا يتم استخدام السيليكون في مصابيح LED والصمامات الثنائية الضوئية؟

اعتمادات الصورة: