بينما يستخدم السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية، يُستخدم الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية لأننا نستخدم الكثير منها كل يوم مثل التلفاز والهاتف.
في هذا المقال سنتعرف على خصائص هذه المواد وكيف تختلف عن المواد الأخرى وما إذا كان الجرمانيوم والسيليكون يستخدمان بالفعل في مجال الأجهزة الإلكترونية أم لا، تابع معنا هذا المقال.
استخدام مادة الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية
يستخدم الجرمانيوم والسيليكون في هذا المجال لأنهما من أشباه الموصلات الكهربائية، لذلك يتم استخدامهما في صناعة المقاومات الكهربائية والترانزستورات.
كما تدخلت في إنتاج العديد من الأجزاء الإلكترونية الصغيرة، ويعتبر الجرمانيوم والسيليكون مادتين غيرتا مجرى التكنولوجيا الحديثة، لأنه قبل استخدامها في الإلكترونيات كانت أبعاد الأجهزة الإلكترونية كبيرة جدًا، بالإضافة إلى التكلفة العالية.
ولكن بعد استخدام الجرمانيوم والسيليكون في إنتاجه، أصبح أقل حجمًا ورخصًا بشكل ملحوظ، وكانت الخصائص المرتبطة بكلتا المادتين هي سبب استخدامهما ؛
- إنها مادة أشباه الموصلات.
- إنه عنصر كيميائي مستقر.
- في هاتين المادتين، من الممكن تغيير الخصائص المتعلقة بالنقل الكهربائي والعزل.
- مادة غير مكلفة نسبيًا.
وبالتالي، وبسبب التكلفة والمزايا البسيطة، أصبح الجرمانيوم والسيليكون أفضل العناصر في عملية تصنيع الأجهزة الإلكترونية، بالإضافة إلى سهولة الإنتاج مقارنة بعناصر أشباه الموصلات الأخرى.
أنظر أيضا: مدة القسطرة البولية السيليكونية
أشباه الموصلات
أشباه الموصلات هي مجموعة من المواد الصلبة والبلورية التي لها موصلية كهربائية متوسطة لأنها لا توصل الكهرباء بكفاءة مثل المواد الموصلة.
لكنها أيضًا ليست عازلًا، وتتميز أشباه الموصلات بكفاءة الطاقة العالية وانخفاض الأسعار، لذا فهي تستخدم على نطاق واسع في إنتاج الأجهزة الإلكترونية، مثل الدوائر المتكاملة، والثنائيات، وكذلك الترانزستورات.
مما تتكون أشباه الموصلات؟
- يتكون أشباه الموصلات بشكل أساسي من عنصري الجرمانيوم والسيليكون، بالإضافة إلى زرنيخيد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم أو مركب كبريتيد الرصاص.
- هناك العديد من المواد الأخرى التي تستخدم كأشباه موصلات، وهناك أنواع من البلاستيك يتم تصنيعها كأشباه موصلات، ونستخدمها في إنتاج الثنائيات الباعثة للضوء والتي يتم اختصارها بـ “LED” لأن مادة البلاستيك مرنة ويمكن أن . يتم تشكيلها بطرق مختلفة.
أنواع أشباه الموصلات
تتشكل أشباه الموصلات بعد إضافة الشوائب إلى المواد، ويجب زيادة موصلية العنصر وكذلك تقليل كمية ونوع الشوائب المضافة. تم تصنيف أشباه الموصلات إلى نوعين رئيسيين. هم كالآتي:
نظائرها السلبية.
- والتي تحتوي على كمية كبيرة من الإلكترونات الحرة مما يعني أن موصليةها أعلى.
تشابه إيجابي.
- يحتوي على كمية صغيرة من الإلكترونات الحرة، مما يعني أن الموصلية أقل.
تاريخ الاكتشاف
- استخدم مصطلح “أشباه الموصلات” لأول مرة في عام 1782 من قبل العالم أليساندرو فولتا، ولاحظ العالم “فاراداي” الطبيعة الخاصة لأشباه الموصلات وتأثر توصيلها بدرجة الحرارة في عام 1833، ولاحظ انخفاضًا في الكهرباء. مقاومة كبريتيد الفضة مع زيادة درجة الحرارة.
- وفي عام 1874 اكتشف “كارل براون” ووثق مبدأ عمل الثنائيات المصنوعة من مواد شبه موصلة، ولاحظ العالم التدفق الحر للتيار في اتجاه واحد محدد وفقط.
- في عام 1901، اخترع العالم “شاندرا بوز” أول جهاز شبه موصل، والذي أطلق عليه “شارب القط”، وهو محول تيار كهربائي تستخدمه أشباه الموصلات لاكتشاف موجات الراديو.
أسباب تفضيل السيليكون على الجرمانيوم
في هذه المرحلة، وجد أن استخدام السيليكون أفضل من الجرمانيوم، وسوف يشرح ما يلي الأسباب التي تجعل الجرمانيوم عنصرًا غير مفيد مثل السيليكون.
- في درجة حرارة الغرفة العادية، تحتوي بلورة السيليكون على إلكترونات أقل من بلورة الجرمانيوم، مما يجعل تيار القطع للسيليكون أقل بكثير من الجرمانيوم.
- عندما تتعرض بلورات الجرمانيوم لدرجات حرارة عالية، سيتم تدميرها، ومن ناحية أخرى، لا يتم تدمير بلورات السيليكون بسهولة عند تعرضها للحرارة الزائدة.
- تحتوي ثنائيات السيليكون على معدلات جهد عكسي أعلى من ثنائيات الجرمانيوم.
- ومع ذلك، يحتوي السيليكون على شيء سلبي غير موجود في الجرمانيوم، أي أن الحاجز المحتمل للسيليكون أكبر عند مقارنته بالجرمانيوم، ولكن عندما ننظر إلى مزايا السيليكون، سيكون بالطبع أفضل عنصر للاستخدام. الأجهزة القائمة على أشباه الموصلات.
قد تكون مهتمًا. استخدام السيليكون في حياتنا اليومية
الفرق بين الجرمانيوم والسيليكون
الجرمانيوم والسيليكون من أشباه الموصلات التي تنتمي إلى المجموعة الرابعة عشرة من الجدول الدوري، أي أنها من عائلة الكربون، مع وجود السيليكون في الوسط، والجرمانيوم، والقصدير، والرصاص في الأسفل، والكربون في الأعلى، و في النقاط التالية سنتحدث عن الفرق بين عنصري الجرمانيوم والسيليكون.
- الجرمانيوم له الرمز “Ge” والعدد الذري هو اثنان وثلاثون، والسيليكون له الرمز “Si” والرقم الذري هو أربعة عشر.
- غالبًا ما يزداد نصف القطر الذري للعناصر كلما تحركت أسفل مجموعات الجدول الدوري.
- وبالتالي، فإن نصف القطر الذري للجرمانيوم أكبر من نصف القطر الذري للسيليكون.
- عندما يتم توزيع الذرات إلكترونيًا، يحتوي الجرمانيوم على إلكترونات في مدارات d.
- بينما لا يحتوي السيليكون على إلكترونات، يتم توزيعه في مدارات d.
- الجرمانيوم لديه موصلية أعلى من السيليكون.
- هذا لأن السيليكون يحتوي على عدد ذري أقل من الجرمانيوم.
- تكلف مواصفات السيليكون أقل بعشر مرات من مواصفات الجرمانيوم المماثلة.
- تُستخدم موصلات السيليكون في مجموعة متنوعة جدًا من التطبيقات.
- ويرجع ذلك إلى سهولة الاستخدام في درجات حرارة أعلى من موصلات الجرمانيوم.
استخدام الجرمانيوم
يستخدم الجرمانيوم في العديد من المجالات لأنه يساهم في إنتاج الترانزستورات مما سهل تطبيق معدن الجرمانيوم بعدة طرق، وسنذكر استخداماته المتعددة في النقاط التالية:
- يتم إنتاج أشعة الليزر التي تساعد في نقل البيانات لمسافات طويلة بواسطة ثنائيات الجرمانيوم.
- الجرمانيوم هو نوع من العلاج الكيميائي لأنه يحتوي على مجموعة من المركبات السامة التي تقاوم أنواعًا مختلفة من البكتيريا.
- يستخدم الجرمانيوم في تطبيقات الأشعة السينية بالإضافة إلى استخدامه في إنتاج سبائك المعادن الثمينة.
- على سبيل المثال، يزيد استخدامه مع سبائك الفضة من مقاومته للتلطيخ.
- الجرمانيوم النقي لديه القدرة على تحديد مصادر الإشعاع بدقة.
- هذه ميزة تحتاجها جميع البلدان عندما يتعلق الأمر بأمن المطارات.
- يمكن استخدامه في نظام الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء.
- يتم استخدامه في إنتاج الخلايا الشمسية عالية الكفاءة.
- حيث يتم استخدامه في تطبيقات الفضاء.
- يستخدم الجرمانيوم في أنظمة الألياف البصرية كمحفز للبلمرة لعلاج الأمراض الكيميائية.
- يحتوي الجرمانيوم على معامل انكسار عالي ومؤشر تشتت بصري منخفض.
- وهذا يجعلها مناسبة لعدسات الكاميرا ذات الزاوية الواسعة وكذلك العدسات الموضوعية للميكروسكوب.
تابعنا مواصفات زيت السيليكون والضرر
استخدام السيليكون
- تستخدم السيليكا في مواد البناء مثل الزجاج والاسمنت والطوب والخرسانة.
- يتم استخدامه لصنع القوالب الحرارية لأنه يقاوم الحرارة بشكل فعال.
- يتم استخدامه مع رقائق السيليكون المستخدمة في عملية تصنيع أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر.
- يتم استخدامه في إنتاج بعض قطع غيار السيارات.
- المطاط مصنوع من السيليكون الحراري ومقاوم للهب والحرارة والنار.
- كما أنها آمنة لصحة الإنسان وغير ضارة.
- يتم استخدامه في إنتاج المواد التي يمكنها تحمل درجات حرارة عالية جدًا.
- مثل قوالب السيليكون التي تتميز بفكرة دخول الفرن لإيداع الطعام دون التسبب في ضرر.
- يستخدم السيليكون كمادة لاصقة، وهو مادة لاصقة فعالة للغاية وقوية تستخدم في لصق العديد من الأشياء.
- على سبيل المثال: الزجاج والخشب وعدة أنواع من الأقمشة والبلاستيك.
- يستخدم السيليكون لتجميل أجزاء الجسم مثل الثدي.
- حيث اشتهر كمعدن للجمال لاستخداماته المتعددة في مستحضرات التجميل وصحة الجسم.
في نهاية المقال أجبنا على سؤال حول استخدام السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية، حيث ذكرنا استخدامات كل من الجرمانيوم والسيليكون وتحدثنا عن الاختلاف بينهما، بالإضافة إلى أسباب تفضيل السيليكون. عنصر في ألمانيا ونتمنى لكم قراءة ممتعة.