إذا طُلب منك دراسة أحد العناصر المستخدمة في صناعة الإلكترونيات، فيجب عليك اختيار العنصر الأكثر أهمية والأكثر شيوعًا والتحدث عن جميع خصائصه واستخدامه الصحيح. وبمساعدة الموقع نوفر عليك الوقت والجهد ونعطي مثالا نموذجيا للحل.
البحث عن كائن يدخل في صناعة الإلكترونيات
تحتاج صناعة الإلكترونيات إلى عناصر شبه موصلة ذات مقاومة بين المواد الموصلة والمواد العازلة لأنها تحتاج إلى ترانزستور يمكن تشغيله وإيقافه حسب التفضيل الشخصي.
نجد أن المواد الموصلة تتمتع بمقاومة منخفضة، مما يسمح للتيار الكهربائي بالتدفق بسهولة إلى حد ما، بينما تتمتع المواد العازلة بمقاومة عالية جدًا، مما يمنع أو يبطئ التدفق الطبيعي للإلكترونات.
أما عنصر السيليكون فهو مادة شبه موصلة، وتختلف مقاومتها بين مقاومة المواد الموصلة والمواد العازلة، لذلك على الرغم من وجود مواد أخرى شبه موصلة، إلا أنه يتم اختياره دائماً كأهم وأفضل عنصر لصناعة الإلكترونيات.
بالإضافة إلى ذلك، فهو أحد العناصر الأكثر وفرة في أي مكان على سطح الأرض، مما يسمح للمصنعين بالعثور عليه دون الحاجة إلى استيراده من مناجم أفريقية خاصة أو إجراء عمليات مكلفة وملوثة للحصول عليه من مواد أخرى.
بالإضافة إلى ذلك، فإن أحد أبرز أسباب اختيار السيليكون باعتباره العنصر الأكثر أهمية في صناعة الإلكترونيات هو أنه سهل المعالجة ويمكن تحويله بكفاءة وأمان إلى بلورات مرتبة بشكل مثالي، مما يجعل البلورات مشابهة للألماس. إلى الفحم.
إقرأ أيضاً
خصائص السيليكون
اسمها مشتق من الكلمة اللاتينية silicis أو silex، وتعني الصخور الصلبة أو الصوان، ورمزها Si. عند دراسة السيليكون باعتباره أحد أهم العناصر المستخدمة في صناعة الإلكترونيات، لا بد من ذكر خصائصه التي تنقسم إلى خواص فيزيائية وخواص كيميائية أخرى بالتفصيل.
أولاً الخصائص الفيزيائية
- وهو أحد أشباه الموصلات وهو أنقى صوره.
- وعدده الذري هو 14
- وزنها الذري086
- درجة غليانها هي 3265 درجة مئوية (5909 درجة فهرنهايت).
- نقطة انصهارها هي 1410 درجة مئوية (2570 درجة فهرنهايت).
- حالة الأكسدة هي 4، (+2)، +4
- كثافته 33 جرام/سم3.
- ويوجد في أكثر من شكل إما على شكل إبرة أو على شكل بلورات سوداء أو رمادية أو لامعة أو على شكل صفائح مسطحة.
ثانياً الخواص الكيميائية
- تشبه المعادن في السلوك الكيميائي.
- يتفاعل بقوة أكبر في درجات الحرارة المرتفعة.
- ويتميز بريق معدني وهشاشة عالية.
- وهو غير نشط نسبيًا عند تخزينه في درجة حرارة الغرفة.
- يدخل في تكوين السبائك في الحالة المنصهرة.
- يمكن أن تتحد مع الفوسفور والنيتروجين والأكسجين.
استخدام السيليكون
يعد السيليكون أحد أهم العناصر المستخدمة في مجال الإلكترونيات، ولكن له أيضًا العديد من الاستخدامات الأخرى، بعضها ينشأ من خلال المواد التي يصنع منها.
- صناعة السيراميك والطوب العادي والحراري.
- ويستخدم في إنتاج السبائك المعدنية وأهمها الألمنيوم والحديد، مما يجعله عاملاً مهماً في التوسع في صناعة الصلب.
- وتشارك في تصنيع الترانزستورات والالكترونيات الدقيقة وأجهزة الكمبيوتر.
- يستخدم مطاط السيليكون في أنظمة العزل المائي للأسطح والأنابيب والحمامات.
مركبات السيليكون
وصناعة الإلكترونيات ليست الدور المهم الوحيد للسيليكون، ولكنها تشكل مركبات ذات استخدامات عديدة ومتعددة الاستخدامات.
1 مركبات الهاليد
وتشكل معظمها كربيدات عندما تتفاعل رباعيات هاليدات السيليكون مع الهالوجينات المستقرة، على عكس رباعيات هاليدات الكربون، التي تذوب وتتحلل بسرعة في الماء.
2 كربيد السيليكون
ويتكون من تفاعل السيليكون مع الكربون وهو من المركبات الأكثر شيوعاً لأنه يستخدم على نطاق واسع خاصة في إنتاج مساحيق التلميع أو طحن المواد الأخرى، علماً بأن له خصائص حرارية.
3 أحماض السيليكات
ويتواجد هذا النوع من المركبات بشكل طبيعي في الحفريات والرواسب الجيولوجية، ويعتبر مادة طبيعية موجودة في درع بعض أنواع الطحالب. ويوجد أيضًا في شكل صناعي يعرف باسم “الصوان”.
4 مركبات السيلان
أحد المركبات غير العضوية ويوجد على شكل غاز عديم اللون وشديد التفاعل عند تعرضه للهواء، لذلك يمكن أن يشكل لهباً بسهولة، كما أنه غير مستقر عند تخزينه في درجة حرارة الغرفة.
5 مركبات السيليكا
السيليكا هو اسم مختصر لثاني أكسيد السيليكون، والذي يتكون بشكل رئيسي من الجرانيت والحجر الرملي المستخدم في الزجاج ومرشحات المياه والمواد الكاشطة، ويمكن استخدامه أيضًا كمضافات غذائية.
إقرأ أيضاً
سبائك السيليكون
ويدخل السيليكون أيضًا في مجموعة واسعة من السبائك الموجودة حول العالم والتي يتم تشكيلها من خلال دمج عنصرين أو أكثر في محلول معدني قوي، وأشهرها سبائك النحاس والألمنيوم، والتي تستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات.
ولجعل الخليط أفضل لا بد من إضافة بعض العناصر التي تجعله أكثر سيولة وتزيد من مقاومته للحرارة وتقلل من هشاشته.
يعتمد ذلك على طريقة التصنيع المستخدمة، لكن بشكل عام يعد السيليكون من أفضل العناصر التي يمكن استخدامها في سبائك النحاس والألومنيوم لعدة أسباب.
- لا يحتوي السيليكون على مواد سامة ويمكن العثور عليه بكثرة بسهولة.
- سبائك معززة بشكل كبير.
- وهي تسمح بإزالة الأكسجين من النحاس أثناء العمل، وهي عملية ضرورية في صناعة السبائك، بشرط عدم التأثير على هشاشته أو قوة الشد.
- زيادة مقاومة التآكل للنحاس.
- إذا تمت إضافة السيليكون إلى الألومنيوم، تصبح السبيكة أكثر مرونة دون التأثير سلباً على المعدن ودون تشققه عند درجات الحرارة العالية.
- كما أنه يحسن الحالة الهيكلية للألمنيوم، مما يقلل من فرصة انكماشه في تطبيقات الصب، وهي ميزة أساسية عند تصنيع المسبوكات الدقيقة والمعقدة.
صناعة رقائق السيليكون
يلعب السيليكون دوراً مهماً جداً في تقليل التكاليف المطلوبة للإنتاج، حيث يدخل في إنتاج بلورات ضخمة تقترب جداً من المثالية، وهي إحدى المهارات المطلوبة في إنتاج رقائق الكمبيوتر الحديثة، حيث أن هذه البلورات ثم تقطع إلى شرائح رفيعة، ثم يتم حفرها ومعالجتها بطرق مختلفة.
ثم يتم تقطيعه إلى مكعبات في قالب واحد حتى تتم تعبئته في المعالجات التجارية، ومن الشائع اليوم إنتاج ألياف السيليكون المعروفة باسم السبائك في أسطوانات قطرها 300 ملم.
العناصر الكيميائية في صناعة الإلكترونيات
من الممكن أن يكون أحد العناصر المستخدمة في صناعة الإلكترونيات عنصرًا كيميائيًا، حيث يوجد ما يقرب من 17 عنصرًا نادرًا على سطح الأرض، يستخدم كل منها بشكل أساسي في صناعة الإلكترونيات.
عنصر التنتالوم
ويصنف على أنه أحد العناصر المعدنية الانتقالية النادرة. رمزه Ta وعدده الذري 73. ويتميز بصلابته ولونه الأزرق الرمادي. يتواجد في منطقة جبل أبو دباب بالبحر الأحمر في جمهورية مصر، وهو من أكثر العناصر استخداماً في صناعة الإلكترونيات، حيث يستخدم في صناعة العديد من المواد.
- آلات تشغيل المعادن .
- المعدات اللازمة للعمليات الكيميائية.
- مراوح جيت.
- صناعة دقة الطائرات.
- أجزاء الصواريخ.
- المفاعلات النووية.
- المعدات الجراحية.
يتميز التنتالوم بقدرته الفعالة على تكوين روابط مباشرة مع الأنسجة الصلبة، ولهذا فهو أحد المواد المستخدمة في صناعة الأجهزة المزروعة في جسم الإنسان. ويستخدم أكسيده أيضًا في إنتاج الزجاج ذي المعامل الحراري العالي، والذي غالبًا ما يستخدم في صناعة عدسات الكاميرات.
2 عنصر النيوديميوم
تم تصنيفه ضمن قائمة عناصر اللانثانيدات، ويعتبر من العناصر المعدنية النادرة التي اكتشفها الكيميائي النمساوي كارل أوير فون عام 1885. رمزه Nd وعدده الذري 60. ويتميز بلونه الأبيض الفضي، ولكنه فهو يفقد بريقه بسهولة إذا تعرض للهواء.
وعلى الرغم من تصنيفه على أنه عنصر نادر، إلا أن استخدامه شائع جدًا حيث أنه منتشر على نطاق واسع على سطح الأرض، إلا أن معظم كميته حول العالم يتم الحصول عليها من الصين.
ومن أهم استخدامات النيوديميوم أنه يستخدم في إنتاج السبائك المستخدمة في صناعة المغناطيس عالي القوة، والتي تستخدم عادة في صناعة مواد معينة.
- محركات كهربائية عالية الأداء تعمل بالتيار المستمر.
- مكبرات الصوت المهنية.
- الميكروفونات الإلكترونية.
- محركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر.
- تُستخدم مغناطيسات النيوديميوم كبيرة الحجم في إنتاج المحركات الكهربائية عالية الطاقة والثقيلة المستخدمة في السيارات الهجينة.
مع العلم أنه عنصر ذو شحنة موجبة تماماً ويتفاعل مع الماء البارد ببطء، على عكس الماء الساخن، وما ينتج من هذا التفاعل هو هيدروكسيد النيوديميوم.
3 العنصر الإنديوم
وهو يدخل في قائمة المعادن النادرة المستخدمة في صناعة الإلكترونيات لأنه اكتشفه فرديناند رايخ وهيرونيموس تيودور رايشر في ألمانيا عام 1863م. عدده الذري هو 49.
اسم الإنديوم مشتق من كلمة إنديكوم، التي تشير إلى اللون النيلي، وهو اللون الذي يظهر العنصر في المطياف. ويتميز بصلابته العالية ويبقى ثابتاً في الهواء والماء ولكنه يذوب في الأحماض.
غالبًا ما يستخدم في صناعة أشباه الموصلات ومعدات طب الأسنان، ولكنه يستخدم أيضًا في طلاء الأسلاك عالية السرعة، وعندما يتواجد في خامات الزنك، يمكن أيضًا تحويله إلى سبيكة تساعد على خفض درجة انصهار بعض المواد. معادن أخرى.
إقرأ أيضاً
4 عنصر الهافنيوم
وهو أحد العناصر الأكثر شعبية في صناعة الإلكترونيات وأهم المعادن الانتقالية، والذي يشبه الزركونيوم في خصائصه الكيميائية. حتى أنه موجود في العديد من معادن الزركونيوم. رمزه Hf وعدده الذري 72، ويتميز بلونه الرمادي اللامع المائل إلى الفضي.
وهو ثاني آخر عنصر مستقر يتم اكتشافه بعد الرينيوم، ومن الجدير بالذكر أن اسمه مشتق من اسم “هافنيا” وهو الاسم اللاتيني لعاصمة الدنمارك “كوبنهاجن/كوبنهاجن” حيث كانت تقع. وجد.
يتم استخدامه في صناعة أشباه الموصلات، ويعتبر أكسيده مادة عازلة فعالة لأنه يقلل من فقدان التيار بشكل أكثر فعالية من مادة الترانزستور.
يجب أن يتمتع العنصر بالعديد من الخصائص ليكون مثاليًا لصناعة الأجهزة الإلكترونية، ولا شك أن مثالية العديد من العناصر متناقضة.