بينما يستخدم السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية، يُستخدم الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية لأننا نستخدم الكثير منهم بشكل يومي، مثل: ب. أيضا التلفزيونات والهواتف.
في هذا المقال سنتعرف أكثر على خصائص هذه المواد وما يجعلها مختلفة عن المواد الأخرى، وهل يتم استخدام الجرمانيوم والسيليكون بالفعل في مجال الأجهزة الإلكترونية أم لا، تابع معنا هذا المقال.
جدول المحتويات
استخدام الجرمانيوم والسيليكون في الأجهزة الإلكترونية
يتم استخدام الجرمانيوم والسيليكون في هذا المجال لأنهما من أشباه الموصلات الكهربائية وبالتالي يستخدمان في صنع المقاومات الكهربائية والترانزستورات.
كما تدخلت في صناعة العديد من الأجزاء الإلكترونية الصغيرة، ويعتبر الجرمانيوم والسيليكون مادتين غيرتا مجرى التكنولوجيا الحديثة، حيث كان حجم الأجهزة الإلكترونية كبيرًا جدًا قبل استخدامها في مجال الإلكترونيات. بالإضافة إلى ارتفاع تكلفتها.
ولكن بعد استخدام الجرمانيوم والسيليكون في تصنيعه، أصبح أيضًا أقل حجمًا وأقل تكلفة بشكل ملحوظ، وكانت الخصائص المرتبطة بالمادتين هي سبب استخدامهما:
- إنها مادة شبه موصلة.
- إنه عنصر كيميائي مستقر.
- من الممكن تغيير الخصائص المتعلقة بنقل الكهرباء وعزل هاتين المادتين.
- مادة رخيصة نسبيًا.
وهكذا أصبح الجرمانيوم والسيليكون أفضل العناصر في عملية تصنيع الأجهزة الإلكترونية لما لها من تكلفة ومزايا بسيطة، بالإضافة إلى سهولة التصنيع 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، وهذا هو سبب استخدامها على نطاق واسع في صناعة الأجهزة الإلكترونية مثل الدوائر المتكاملة والثنائيات وأيضًا 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 تصنيع الثنائيات الباعثة للضوء والتي يتم اختصارها بـ “LEDs” لأن مادة البلاستيك مرنة ويمكن تشكيلها بطرق مختلفة.
أنواع أشباه الموصلات
يحدث تكوين أشباه الموصلات بعد إضافة الشوائب إلى المواد، ويجب زيادة الموصلية للعنصر وتقليلها بكمية الشوائب المضافة ونوعها، وقد تم تصنيف أشباه الموصلات إلى نوعين أساسيين، وهما كالتالي:
نظائرها السلبية:
- يحتوي على كمية كبيرة من الإلكترونات الحرة، مما يعني أن الموصلية 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، وأشار إلى انخفاض المقاومة الكهربائية لكبريتيد الفضة مع زيادة درجة الحرارة.
- وفي عام 1874 اكتشف “كارل براون” ووثق مبدأ عمل الثنائيات التي تصنع من مواد شبه موصلة، ولاحظ العالم تدفق التيار بحرية في اتجاه معين وفقط.
- في عام 1901، اخترع العالم “شاندرا بوز” أول جهاز لأشباه الموصلات، والذي أطلق عليه اسم “شوارب القط”، وهو معدل التيار الكهربائي الذي تستخدمه أشباه الموصلات لاكتشاف موجات الراديو.
أسباب اختيار السيليكون على الجرمانيوم
في الوقت الحالي، تم تحديد أن استخدام السيليكون أفضل من استخدام الجرمانيوم، وفيما يلي الأسباب التي تجعل الجرمانيوم ليس عنصرًا مفيدًا مثل السيليكون:
- في درجة حرارة الغرفة العادية، تحتوي بلورة السيليكون على إلكترونات أقل من بلورة الجرمانيوم، مما يعطي السيليكون تيار قطع أقل بكثير من الجرمانيوم.
- عند التعرض لدرجات حرارة عالية، يتم تدمير بلورات الجرمانيوم، بينما لا يتم تدمير بلورات السيليكون بسهولة عند تعرضها للحرارة الزائدة.
- تتميز ثنائيات السيليكون بتصنيف جهد عكسي أعلى من ثنائيات الجرمانيوم.
- ومع ذلك، يحتوي السيليكون على خاصية سلبية واحدة غير موجودة في الجرمانيوم، وهي أن الحاجز المحتمل للسيليكون أكبر مقارنة بالجرمانيوم، ولكن إذا نظرنا إلى مزايا السيليكون، فهو بالطبع أفضل عنصر يمكن استخدامه في الأجهزة القائمة على أشباه الموصلات.
قد يثير هذا اهتمامك: 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 تنتمي إلى عائلة الكربون التي يوجد فيها السيليكون في الوسط وتحته الجرمانيوم والقصدير والرصاص وفوقه الكربون وفي التالي النقاط التي نتحدث عنها عن الفرق بين عنصري الجرمانيوم والسيليكون:
- الجرمانيوم له الرمز “Ge” والعدد الذري هو اثنان وثلاثون، بينما يحتوي السيليكون على الرمز “Si” والرقم الذري هو أربعة عشر.
- غالبًا ما يزداد نصف القطر الذري للعناصر كلما تحركت أسفل المجموعات في الجدول الدوري.
- وبالتالي، فإن نصف القطر الذري للجرمانيوم أكبر من نصف القطر الذري للسيليكون.
- عندما يتم توزيع الذرات إلكترونيًا، يحتوي الجرمانيوم على إلكترونات في المدار d.
- بينما لا يحتوي السيليكون على إلكترونات، يتم توزيعه في المدار 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 تصنيع الترانزستور مما سهل تطبيق معدن الجرمانيوم بعدة طرق وسنذكر استخداماته المتعددة في النقاط التالية:
- يتم إنشاء أشعة الليزر التي تدعم نقل البيانات لمسافات طويلة بواسطة ثنائيات الجرمانيوم.
- الجرمانيوم هو نوع من العلاج الكيميائي لاحتوائه على مجموعة من المركبات السامة التي تقاوم أنواعًا مختلفة من البكتيريا.
- يستخدم الجرمانيوم في تطبيقات الأشعة السينية بالإضافة إلى استخدامه في صناعة السبائك المعدنية باهظة الثمن.
- على سبيل المثال، يزيد الاستخدام مع سبائك الفضة الإسترليني من مقاومة البقع.
- الجرمانيوم النقي لديه القدرة على تحديد مصادر الإشعاع بدقة.
- هذه ميزة تحتاجها جميع البلدان في أمن المطارات.
- يمكن استخدامه في نظام الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء.
- يتم استخدامه لتصنيع الخلايا الشمسية عالية الكفاءة.
- حيث يتم استخدامه في تطبيقات الفضاء.
- يستخدم الجرمانيوم في أنظمة الألياف الضوئية كمحفز للبلمرة في علاج الأمراض الكيميائية.
- يحتوي الجرمانيوم على معامل انكسار عالي ومؤشر تشتت بصري منخفض.
- هذا يجعلها مناسبة لكل من عدسة الكاميرا ذات الزاوية الواسعة والعدسات في المجهر.
تابعنا: مواصفات زيت السيليكون والأضرار
استخدام السيليكون
- يستخدم السيليكون في مواد البناء مثل الزجاج والاسمنت والطوب والخرسانة.
- يتم استخدامه لصنع القوالب الحرارية حيث أنه يقاوم الحرارة بشكل فعال.
- يتم استخدامه مع رقائق السيليكون المستخدمة في عملية تصنيع أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر.
- يتم استخدامه في صناعة بعض قطع غيار السيارات.
- المطاط مصنوع من السيليكون الحراري وهو مقاوم للحريق والحرارة واللهب.
- كما أنها آمنة لصحة الإنسان وغير ضارة.
- يتم استخدامه في صناعة المواد التي تتحمل درجات حرارة عالية جدًا.
- مثل قوالب السيليكون تتميز بفكرة الدخول إلى الفرن لإيداع الطعام دون إتلافه.
- يستخدم السيليكون كغراء، وهو غراء فعال للغاية وقوي يستخدم في لصق العديد من الأشياء.
- كالزجاج والخشب وأنواع مختلفة من الأقمشة والبلاستيك.
- يستخدم السيليكون لتزيين أجزاء الجسم مثل الثدي.
- حيث عُرف بجمال المعادن لاستخداماته المتعددة في مستحضرات التجميل وصحة الجسم.
في نهاية المقال أجبنا على سؤال حول استخدام السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية من خلال ذكر استخدام الجرمانيوم والسيليكون والتحدث عن الفرق بينهما، بالإضافة إلى أسباب تفضيل السيليكون على عنصر الجرمانيوم و الرغبة استمتع بالقراءة.