يستخدم البحث عن أحد العناصر التي تدخل صناعة الإلكترونيات والصناعات الإلكترونية العديد من العناصر الكيميائية الموصلة وغير الموصلة للتيار الكهربائي وأيضًا استخدام عناصر أشباه الموصلات وأهمها السيليكون. وخصائصه.
ابحث عن أحد المكونات المشاركة في صناعة الإلكترونيات
عنصر السيليكون البسيط هو الأساس لمعظم إلكترونيات اليوم. رقائق السيليكون المصنوعة من السيليكون هي ما يمد كل شيء بالطاقة من أجهزة الكمبيوتر العملاقة إلى الهواتف الذكية إلى أفران الميكروويف، ويستخدم السيليكون في الأجهزة الإلكترونية لأنه عنصر له خصائص خاصة جدًا ومن أهم خصائصه هو شبه الموصل، وهو ما يعني أنها توصل الكهرباء في بعض الظروف وتعمل كعازل في حالات أخرى. من الممكن تغيير الخصائص الكهربائية للسيليكون من خلال عملية تسمى المنشطات. هذه الخصائص تجعلها مادة مثالية لصنع الترانزستورات التي تضخم الإشارات الكهربائية وخصائص السيليكون لا السبب الوحيد لكونه مثاليًا بالنسبة للأجهزة الإلكترونية، ولكن نظرًا لأن السيليكون هو أحد أكثر العناصر وفرة على الأرض، فهو العنصر الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية.
السيليكون
إنه عنصر كيميائي غير معدني ينتمي إلى عائلة الكربون، المجموعة 14 من الجدول الدوري، ويشكل السيليكون 27.7٪ من قشرة الأرض، وبالتالي فهو ثاني أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض، ولا يتفوق عليه سوى الأكسجين .
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) أو بالأكسجين (وعناصر أخرى مثل: الألومنيوم والمغنيسيوم والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم والحديد) على شكل سيليكات.
تم عزل السيليكون غير المتبلور لأول مرة ووصفه كعنصر في عام 1824 من قبل الكيميائي السويدي يونس جاكوب برزيليوس. لم يتم تحضير السيليكون البلوري حتى عام 1854، عندما تم الحصول عليه كمنتج للتحليل الكهربائي. في شكل الكريستال الصخري، كان السيليكون مألوفًا. استخدمه قدماء المصريين في صنع الخرز والمزهريات الصغيرة.
خصائص السيليكون
السيليكون هو أحد المعادن الموجودة في الطبيعة وله نوعان من الخصائص الفيزيائية والكيميائية.
الخصائص الفيزيائية للسيليكون
- يحدث السيليكون على شكل بلورات تشبه الإبرة أو لامعة أو سوداء ضاربة إلى الرمادي أو ألواح مسطحة.
- العدد الذري للسيليكون هو 14 وكتلته الذرية النسبية 28.085.
- كثافة السيليكون 2.3296 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- درجة انصهار السيليكون هي 1410 درجة مئوية.
- درجة غليان السيليكون هي 3265 درجة مئوية.
- السيليكون في أنقى صوره هو أشباه الموصلات.
الخصائص الكيميائية للسيليكون
- السليكون له بريق معدني وهش 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 العالية.
- يتحد السيليكون مع الأكسجين والفوسفور والنيتروجين وعناصر أخرى ويشكل سبائك في الحالة المنصهرة.
خصائص السيليكون
يتميز السيليكون بالعديد من الخصائص التي تميزه عن المعادن الأخرى، ومن أهمها:
- السيليكون مادة معدنية صلبة وخاملة نسبيًا في شكل بلوري هش للغاية مع بريق معدني ملحوظ.
- يوجد السيليكون بشكل رئيسي في الطبيعة على شكل أكاسيد وسيليكات.
- لا يتفاعل الشكل الصلب للسيليكون مع الأكسجين والماء ومعظم الأحماض.
- يتفاعل السيليكون مع الهالوجينات.
- يحتوي السيليكون أيضًا على خاصية غير عادية (مثل الماء) للتوسع عندما يتجمد.
استخدامات السيليكون
يستخدم السيليكون في العديد من المجالات ومن أهمها:
- يستخدم السيليكون في إنتاج السيراميك والطوب والطوب الحراري.
- يستخدم السيليكون في صناعة العديد من السبائك مثل الألمنيوم والسيليكون، وكذلك فيروسيليكون، المعروف باسم الحديد والسيليكون، والذي يستخدم على نطاق واسع في صناعة الصلب.
- يستخدم مطاط السيليكون في أنظمة العزل المائي للحمامات والأسقف والأنابيب.
- يستخدم السيليكون كأشباه موصلات في الترانزستورات والإلكترونيات الدقيقة وصناعة الكمبيوتر.
أيقونة السيليكون
الرمز الكيميائي للسيليكون هو (Si) واسم السيليكون مشتق من الكلمة اللاتينية silex أو silicis، والتي تعني “الصوان” أو “الحجر الصلب”.
- 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 جم / سم 3.
- حالة الأكسدة: -4، (+2)، +4.
مركبات السيليكون
يستخدم السيليكون في العديد من المركبات أهمها:
- السيلان: مركب غير عضوي يوجد على شكل غاز عديم اللون، فعند تعرضه للهواء يكون هذا المركب شديد التفاعل ويمكن أن يشتعل بسهولة، وهو غير مستقر في درجة حرارة الغرفة.
- كربيد السيليكون: مركب كيميائي من السيليكون والكربون، يستخدم كربيد السيليكون على نطاق واسع كمساحيق تلميع أو كاشطة للمواد الأخرى وله خصائص حرارية.
- السيليكا: تتكون السيليكا (ثاني أكسيد السيليكون) بشكل أساسي من الجرانيت والحجر الرملي الذي يستخدم في صناعة الزجاج والمواد الكاشطة وفلاتر المياه، كمادة مضافة للغذاء وغيرها الكثير.
- الهاليدات: تشكل مركبات السيليكون، وخاصة الكربيدات، رباعي الهاليدات السيليكونية عندما تتفاعل مع الهالوجينات المستقرة، وعلى عكس رباعي الهاليدات الكربونية، فإنها تتحلل بسهولة في الماء.
- أحماض السيليك: يوجد حمض السيليك بشكل طبيعي في الأحافير والرواسب الجيولوجية، وهو مادة طبيعية في دروع بعض الطحالب، وله نوع اصطناعي يسمى “زجاج السيليكون”.
سبيكة السيليكون
يتم استخدام النحاس والألمنيوم في مجموعة واسعة من التطبيقات حول العالم ويتم إضافة العديد من العناصر إلى سبائك الألومنيوم والنحاس لجعلها أكثر قابلية للتطبيق، اعتمادًا على طريقة التصنيع المستخدمة، حيث يمكن لهذه الإضافات أن تجعل المعادن أكثر سائلة أثناء المعالجة والزيادة قوتها السيليكون هو أحد العناصر التي يمكن العثور عليها في كل من سبائك النحاس والألمنيوم، ويستخدم السيليكون في السبائك للأسباب التالية:
- السيليكون عنصر كيميائي غير سام ووفير، لذلك يستخدم على نطاق واسع في السبائك.
- عند إضافة السيليكون إلى الألومنيوم، يجعل السيليكون السبيكة المعدنية أكثر مرونة، دون كسر المعدن في درجات الحرارة العالية.
- يقلل السيليكون من درجة انصهار الألومنيوم.
- ميزة أخرى لإضافة السيليكون إلى الألومنيوم هي أنه يحسن بعض الخصائص الهيكلية، فهو يجعل الألمنيوم أقل انكماشًا عند استخدامه في تطبيقات الصب وهذه الخاصية المعدنية مرغوبة للغاية عند عمل مصبوبات رفيعة ومعقدة.
- يزيد السيليكون المضاف إلى النحاس بشكل كبير من قوة السبيكة.
- يمكن للسيليكون أن يجعل النحاس شديد المقاومة للتآكل.
- توفر سبائك النحاس والسيليكون موصلية أقل من سبائك النحاس الأخرى التي لا يضاف إليها أي شيء.
- ميزة أخرى مثيرة للاهتمام يجلبها السيليكون إلى النحاس هي أنه يسمح بإزالة الأكسجين من النحاس أثناء المعالجة. عملية إزالة الأكسدة ضرورية إذا كنت تريد صنع السبيكة، دون جعلها هشة ودون التأثير على قوة شدها.
صناعة رقائق السيليكون
تعد زراعة بلورات السيليكون الضخمة شبه المثالية مهارة أساسية في تصنيع شرائح الكمبيوتر الحديثة. تم العثور على السيليكون (يسمى “السبائك”) في أسطوانات يبلغ قطرها 300 مم، ولكن البحث يقترب بسرعة من عتبة 450 مم وهذا من شأنه أن يساعد في الحفاظ على انخفاض تكاليف الإنتاج، وبالتالي السماح للسرعة بالاستمرار في الزيادة.
لماذا يستخدم السيليكون دائمًا في صناعة الإلكترونيات؟
عند اختيار عنصر لاستخدامه كأساس لترانزستور الكمبيوتر، فإن الكلمة الأساسية هي المقاومة، والموصلات لها مقاومة منخفضة وتمرير التيار بسهولة شديدة، والعوازل لها مقاومة عالية، مما يؤدي إلى إبطاء أو منع تدفق الإلكترونات، وبالنسبة للترانزستور، الذي يجب لتكون قادرًا على التشغيل وإيقاف التشغيل وفقًا للرغبة، فنحن بحاجة إلى أشباه موصلات، وهي مادة ذات مقاومة متوسطة بين الموصل والعازل، والسيليكون من أكثر العناصر استخدامًا في تصنيع الأجهزة الإلكترونية للأسباب التالية:
- السيليكون هو أشباه الموصلات.
- على الرغم من أن السيليكون ليس مادة أشباه الموصلات الوحيدة على الأرض، كما أنه ليس أفضل أشباه موصلات، ولكنه أحد أشباه الموصلات الأكثر وفرة على وجه الأرض، إلا أن السيليكون متوفر بسهولة في جميع أنحاء العالم ولا يحتاج إلى استيراده من المناجم الأفريقية، أو عملية مكلفة وملوثة لعدة أشهر للحصول على البعض.
- السيليكون سهل التعامل معه.
- توصل العلماء إلى طرق موثوقة لتحويل السيليكون إلى بلورات مرتبة تمامًا، والتي تشبه الماس بالنسبة إلى الكربون.
وهنا يأتي المقال إلى خاتمة بعد تقديم إجابة لبحث عن أحد العناصر التي تدخل صناعة الإلكترونيات، ويعتبر السيليكون من أكثر العناصر استخدامًا في صناعة الإلكترونيات، لذلك أوضحت المقالة جميع المعلومات المتعلقة بهذا عنصر من حيث الخصائص والخصائص والاستخدامات والمركبات.