بينما يُستخدم السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية، يُستخدم الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية حيث نستخدم الكثير منها يوميًا مثل أجهزة التلفزيون والهواتف.
في هذا المقال سنتعرف على خواص هذه المواد وكيف تختلف عن المواد الأخرى، وهل الجرمانيوم والسيليكون مستخدمان 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 إنتاج المقاومات الكهربائية والترانزستورات.
كما تدخلت في إنتاج العديد من الأجزاء الإلكترونية الصغيرة، والجرمانيوم والسيليكون مادتان غيرتا مجرى التكنولوجيا الحديثة، لأنه قبل استخدامها في مجال الإلكترونيات كان حجم الأجهزة الإلكترونية كبيرًا جدًا، بالإضافة إلى تكلفتها العالية.
ولكن بعد استخدام الجرمانيوم والسيليكون في إنتاجه، أصبح أقل حجمًا وأقل تكلفة بكثير، وأصبحت الخصائص المرتبطة بالمادتين سببًا لاستخدامهما:
- إنها مادة شبه موصلة.
- إنه عنصر كيميائي مستقر.
- من الممكن تغيير الخصائص المتعلقة بنقل الكهرباء وعزل هاتين المادتين.
- المواد غير مكلفة نسبيا.
لذلك فإن التكلفة والمزايا البسيطة للجرمانيوم والسيليكون تجعلهما أفضل العناصر في عملية تصنيع الأجهزة الإلكترونية، بالإضافة إلى سهولة التصنيع مقارنة بعناصر أشباه الموصلات الأخرى.
انظر أيضًا: مدة القسطرة البولية من السيليكون
أشباه الموصلات
أشباه الموصلات هي مجموعة من المواد الصلبة والبلورية التي لها موصلية كهربائية متوسطة لأنها لا توصل الكهرباء بكفاءة مثل المواد الموصلة للكهرباء.
لكنها أيضًا ليست عازلًا، وتتميز أشباه الموصلات بكفاءة الطاقة العالية والتكلفة المنخفضة، لذا فهي تستخدم على نطاق واسع في إنتاج الأجهزة الإلكترونية مثل الدوائر المتكاملة والثنائيات والترانزستورات.
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 يتم استخدامها كأشباه موصلات، وهناك أنواع من البلاستيك يتم تصنيعها كأشباه موصلات، ونستخدمها في إنتاج مصابيح LED، والتي تسمى “LEDs” باختصار، لأن المادة البلاستيكية مرنة ويمكن أن تتشكل بعدة طرق مختلفة.
أنواع أشباه الموصلات
تحدث أشباه الموصلات عند إضافة الشوائب إلى المواد، ويجب زيادة كمية الموصلية للعنصر وكذلك تقليلها بمقدار ونوع الشوائب المضافة.تم تصنيف أشباه الموصلات إلى نوعين رئيسيين، وهما كالتالي:
نظائرها السلبية:
- والتي تحتوي على عدد كبير من الإلكترونات الحرة مما يعني أن موصليةها أعلى.
تشابه إيجابي:
- يحتوي على عدد صغير من الإلكترونات الحرة، لذا فإن موصليةه أقل.
موعد الافتتاح
- 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، وفي عام 1833 لاحظ انخفاض الكهرباء. استقرار كبريتيد الفضة مع زيادة درجة الحرارة.
- وفي عام 1874، اكتشف كارل براون ووثق مبدأ تشغيل الثنائيات المصنوعة من مواد شبه موصلة، ولاحظ العالم التدفق الحر للتيار في اتجاه واحد محدد فقط.
- في عام 1901، اخترع العالم “Chandra Bose” أول جهاز لأشباه الموصلات، والذي أطلق عليه اسم “شارب القط”، وهو معدل التيار الكهربائي الذي تستخدمه أشباه الموصلات لاكتشاف موجات الراديو.
أسباب تفضيل السيليكون على الجرمانيوم
في هذه المرحلة، وجد أن استخدام السيليكون أفضل من استخدام 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 السيليكون تيار قطع أقل بكثير من الجرمانيوم.
- عندما تتعرض بلورات الجرمانيوم لدرجات حرارة عالية، فإنها تتلف، ومن ناحية أخرى، لا تتلف بلورات السليكون بسهولة عند تعرضها للحرارة الزائدة.
- تتميز ثنائيات السيليكون بجهد عكسي أعلى أعلى من ثنائيات الجرمانيوم.
- ومع ذلك، فإن السيليكون له عيب لا يحتوي عليه الجرمانيوم، وهو أن الحاجز المحتمل للسيليكون أكبر مقارنة بالجرمانيوم، ولكن إذا نظرنا إلى مزايا السيليكون، فبالطبع سيكون أفضل عنصر لاستخدامه في الأجهزة القائمة على على أشباه الموصلات.
قد تكون مهتمًا: يستخدم السيليكون في حياتنا اليومية
الفرق بين الجرمانيوم والسيليكون
الجرمانيوم والسيليكون من أشباه الموصلات التي تنتمي إلى المجموعة الرابعة عشرة من الجدول الدوري، أي أنها جزء من عائلة الكربون، حيث يوجد السيليكون في الوسط، وتحته يوجد الجرمانيوم والقصدير والرصاص، وفوقه يوجد الكربون وفي النقاط التالية سنتحدث عن الفرق بين عنصري الجرمانيوم والسيليكون:
- يحتوي الجرمانيوم على الرمز “Ge” ورقمه الذري 32، بينما يحتوي السيليكون على الرمز “Si” والرقم الذري 14.
- غالبًا ما يزداد نصف القطر الذري للعناصر كلما تحركت أسفل مجموعات الجدول الدوري.
- لذلك، فإن نصف القطر الذري للجرمانيوم أكبر من نصف القطر الذري للسيليكون.
- عندما يتم توزيع الذرات إلكترونيًا، يحتوي الجرمانيوم على إلكترونات في مدارات d.
- على الرغم من أن السيليكون لا يحتوي على إلكترونات، إلا أنه 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.
- تستخدم موصلات السيليكون في نطاق واسع جدًا.
- ويرجع ذلك إلى سهولة الاستخدام في درجات حرارة أعلى من موصلات الجرمانيوم.
يستخدم الجرمانيوم
يستخدم الجرمانيوم في العديد من المجالات حيث يساهم في إنتاج الترانزستور مما جعل تطبيق الجرمانيوم المعدني بسيطًا من نواح كثيرة، وسنذكر استخداماته العديدة في النقاط التالية:
- يتم إنشاء 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 السبائك المعدنية باهظة الثمن.
- على سبيل المثال، يزيد استخدامه مع سبائك الفضة الإسترليني من مقاومته للتلطخ.
- الجرمانيوم النقي لديه القدرة على تحديد مصادر الإشعاع بدقة.
- هذه ميزة تحتاجها جميع البلدان لأمن المطارات.
- يمكن استخدامه في نظام الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء.
- يتم استخدامه في إنتاج خلايا شمسية عالية الكفاءة.
- حيث تستخدم في تطبيقات الفضاء.
- يستخدم الجرمانيوم في أنظمة الألياف البصرية كمحفز للبلمرة في علاج الأمراض الكيميائية.
- يحتوي الجرمانيوم على معامل انكسار عالي ومؤشر تشتت بصري منخفض.
- هذا يجعلها مناسبة لعدسة الكاميرا ذات الزاوية الواسعة وكذلك عدسة المجهر.
تابعنا: خصائص زيت السيليكون وأضراره
يستخدم السيليكون
- يستخدم السيليكون في مواد البناء مثل الزجاج والاسمنت والطوب والخرسانة.
- يتم استخدامه لصنع القوالب الحرارية، حيث إنه يقاوم درجة 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، مثبطات اللهب، مقاوم للحرارة ومثبط للهب.
- كما أنها آمنة لصحة الإنسان وغير ضارة.
- يتم استخدامه في إنتاج المواد التي يمكنها تحمل درجات حرارة عالية جدًا.
- نوع من قوالب السيليكون التي لديها فكرة اختراق الفرن لتسوية الطعام دون الإضرار به.
- يستخدم السيليكون كمادة لاصقة، وهو مادة لاصقة فعالة للغاية وقوية تستخدم لربط العديد من الأشياء معًا.
- مثل الزجاج والخشب وعدة أنواع من القماش والبلاستيك.
- يستخدم السيليكون لتزيين أجزاء الجسم مثل الثديين.
- حيث يعرف كمعدن للجمال له استخدامات عديدة في مستحضرات التجميل وصحة الجسم.
في نهاية المقال أجبنا على سؤال حول استخدام السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية بذكر استخدامات كل من الجرمانيوم والسيليكون والتحدث عن الاختلاف بينهما وأسباب تفضيل السيليكون على عنصر الجرمانيوم، ونتمنى لك قراءة ممتعة.