ابحث حول أحد العناصر التي تدخل في صناعة الإلكترونيات، إذا طُلب منك البحث عن أحد العناصر لدخول صناعة الإلكترونيات، فعليك اختيار العنصر الأكثر أهمية وشائعًا ومناقشة جميع مزاياها وكيفية استخدامها بشكل صحيح، يمكننا توفير الوقت والجهد لك أعط مثالاً نموذجيًا لأحد الحلول الخاصة بك.
ابحث حول أحد العناصر التي تدخل في صناعة الإلكترونيات
تتطلب صناعة الإلكترونيات مكونات أشباه موصلات ذات مقاومة معتدلة بين المواد الموصلة والعازلة لأنها تحتاج إلى ترانزستور يمكن تشغيله وإيقافه حسب الرغبة.
وجدنا أن المواد الموصلة لها مقاومة منخفضة، مما يسمح للكهرباء بالتدفق بسهولة، بينما تتمتع المواد العازلة بمقاومة عالية، مما يعيق أو يبطئ التدفق الطبيعي للإلكترونات.
أما بالنسبة لمكونات السيليكون فهو مادة شبه موصلة تكون مقاومتها بين المواد الموصلة والعازلة لذلك تم اختيارها كأهم وأفضل مكون في الإلكترونيات على الرغم من وجود مواد شبه موصلة أخرى. تصنيع.
بالإضافة إلى ذلك، فهو من أكثر العناصر وفرة الموجودة في جميع مناطق سطح الأرض، مما يسمح للمصنعين بتجنب استيراده من مناجم خاصة في إفريقيا أو الحصول عليه من مواد أخرى من خلال معالجة مكلفة وملوثة.
علاوة على ذلك، فإن أحد الأسباب الرئيسية لاختيار السيليكون باعتباره العنصر الأكثر أهمية في صناعة الإلكترونيات هو سهولة التعامل معه، ويمكن أيضًا تحويله بكفاءة ومضمون إلى بلورات متناسقة تمامًا طالما أن البلورات تشبه الماس إلى- علاقة الكربون.
خصائص عنصر السيليكون
اسمها مشتق من الكلمة اللاتينية silicis أو silex، والتي تعني الحجر الصلب، أو الصوان، ورمزها هو Si. عند دراسة السيليكون كأحد أهم العناصر في صناعة الإلكترونيات، يجب ذكر خصائصه بالتفصيل، ومن بينها للفيزياء والكيمياء الأخرى.
أولًا: الخصائص الفيزيائية
-
- وهي من أشباه الموصلات، وفي أنقى صورها.
- عدده الذري هو 14
- وزنه الذري 086
- نقطة غليانها هي 3265 درجة مئوية (5909 درجة فهرنهايت).
- تبلغ درجة انصهارها 1410 درجة مئوية (2570 درجة فهرنهايت).
- حالة الأكسدة الخاصة به -4، (+2)، +4
- درجة كثافته 33 غرام / سم 3.
- يمكن أن توجد في أكثر من شكل، مثل بلورات تشبه الإبرة، أو على شكل ألواح سوداء أو رمادية أو لامعة أو مسطحة.
ثانيًا: الخصائص الكيميائية
-
- يُشبه المعادن في سلوكها الكيميائي.
- يتفاعل بقوة أكبر في درجات حرارة أعلى.
- يتميز ببريق معدني وهشاشة عالية.
- إنه غير نشط نسبيًا عند تخزينه في درجة حرارة الغرفة.
- يشارك في تكوين السبائك في الحالة المنصهرة.
- يمكن أن تتحد مع الفوسفور والنيتروجين والأكسجين.
استخدامات عنصر السيليكون
السيليكون هو العنصر الأكثر أهمية لدخول صناعة الإلكترونيات، ولكن له أيضًا العديد من الاستخدامات الأخرى، والتي يتم تحقيق بعضها من خلال المواد التي صنع منها.
-
- تصنع أنواع السيراميك والطوب العادي والحراري.
- تستخدم في صناعة السبائك وأبرزها الألمنيوم والحديد مما يجعلها حافزاً رئيسياً لتوسيع نطاق صناعة الفولاذ.
- يتضمن تصنيع الترانزستورات والإلكترونيات الدقيقة وأجهزة الكمبيوتر.
- يستخدم مطاط السيليكون في أنظمة العزل المائي للأسطح والأنابيب والحمامات.
مركبات السيليكون
لا تعد صناعة الإلكترونيات المصدر الوحيد المهم للسيليكون، ولكن لمركباتها استخدامات عديدة.
1- مركبات الهاليدات
يتكون معظمها من الكربيدات، عندما تتفاعل رباعي الهاليدات السيليكونية مع الهالوجينات المستقرة، على عكس رباعي الهاليدات الكربونية، التي تذوب وتتحلل بسرعة في الماء.
2- كربيد السيليكون
يتكون من تفاعل السيليكون مع الكربون، وهو أحد أكثر المركبات شيوعًا لأنه يستخدم على نطاق واسع، خاصة في صناعة مساحيق التلميع أو في طحن المواد الأخرى بسبب خصائصه الحرارية.
3- أحماض السيليك
يحدث هذا النوع من المركبات بشكل طبيعي في الحفريات والرواسب الجيولوجية، ويُعتقد أنه مادة طبيعية موجودة في بعض الدروع الطحلبية، ويمكن العثور عليها في شكل صناعي يُعرف باسم “زجاج السيليكات”.
4- مركبات السيلان
أحد المركبات غير العضوية، الموجود كغاز عديم اللون، يشتعل بسهولة عند تعرضه للهواء، ويكون غير مستقر في درجة حرارة الغرفة.
5- مركبات السيليكا
توجد السيليكا، وهي اختصار لثاني أكسيد السيليكون، بشكل أساسي في الجرانيت والحجر الرملي وتستخدم في الزجاج وفلاتر المياه والمواد الكاشطة. يمكن استخدامه أيضًا كمضافات غذائية.
سبيكة السيليكون
يوجد السيليكون أيضًا في جميع أنحاء العالم في العديد من أنواع السبائك التي تتكون من خلال الجمع بين عنصرين أو أكثر في حلول معدنية قوية، وأبرزها سبائك النحاس والألمنيوم، والتي لها مجموعة واسعة من التطبيقات.
لتسهيل معالجة السبائك، يجب إضافة العناصر التي تجعلها أكثر قابلية للتدفق، وتزيد من مقاومة الحرارة وتقلل الهشاشة.
يتم ذلك اعتمادًا على طريقة التصنيع المستخدمة، ولكن بشكل عام يعد السيليكون أحد أفضل العناصر لصنع سبائك النحاس والألمنيوم لعدد من الأسباب.
-
- السيليكون غير سام ويسهل العثور عليه بكميات كبيرة.
- تقوية السبائك بشكل ملحوظ.
- يسمح العمل باستخراج الأكسجين من النحاس، وهي عملية ضرورية لصنع السبائك المعدنية، بشرط ألا تؤثر على هشاشتها أو قوة شدها.
- زيادة مقاومة التآكل لدى النحاس الأصفر.
- في حالة إضافة السيليكون إلى الألومنيوم، تصبح السبيكة المعدنية أكثر مرونة دون التأثير سلبًا على المعدن أو تكسيره في درجات حرارة عالية.
- كما أنه يحسن الحالة الهيكلية للألمنيوم، ويقلل من احتمالية الانكماش في تطبيقات الصب، وهي خاصية أساسية عند عمل المصبوبات الرقيقة المعقدة.
صناعة شرائح السيليكون
يلعب السيليكون دورًا مهمًا جدًا في تقليل تكاليف الإنتاج لأنه يستخدم في تكوين بلورات ضخمة قريبة جدًا من المثالية، وهي إحدى المهارات المطلوبة لصنع رقائق الكمبيوتر الحديثة، حيث يتم بعد ذلك تقطيع هذه البلورات ثم نحتها. وشكلت في طرق مختلفة.
يتم بعد ذلك تقطيعها إلى مكعبات في قوالب منفصلة حتى يتم تحميلها في المعالجات التجارية، وأصبح من الشائع اليوم تصنيع بلورات سيليكون تسمى السبائك في أسطوانات قطرها 300 ملم.
العناصر الكيميائية في صناعة الإلكترونيات
قد تكون العناصر الكيميائية أحد العناصر التي تدخل صناعة الإلكترونيات، نظرًا لوجود حوالي 17 عنصرًا نادرًا على سطح الأرض، يستخدم كل منها بشكل أساسي في صناعة الإلكترونيات.
1- عنصر التنتالوم
يصنف من المعادن الانتقالية النادرة برمز Ta والرقم الذري 73 ويتميز بالصلابة العالية ولونه الأزرق الرمادي وينتج في منطقة جبل أبو دباب بالبحر الأحمر في جمهورية مصر. هو العنصر الأكثر استخدامًا في صناعة الإلكترونيات، لأنه يستخدم في صناعة العديد من المواد.
-
- آلات تشغيل المعادن.
- معدات العمليات الكيميائية.
- مراوح الطائرات النفاثة.
- الصناعات الدقيقة للطائرات.
- أجزاء من الصواريخ.
- المفاعلات النووية.
- معدات الجراحة.
يتميز التنتالوم بقدرته على تكوين روابط مباشرة مع الأنسجة الصلبة بشكل فعال، مما يجعله أحد المواد المستخدمة في تصنيع الأجهزة المزروعة في الجسم، ويستخدم أكسيده في صنع زجاج عالي التوصيل الحراري، وغالبًا ما يستخدم في عدسات الكاميرا.
2- عنصر النيوديميوم
هو عنصر من اللانثانيدات وهو أحد العناصر المعدنية النادرة التي اكتشفها الكيميائي النمساوي Carl Ol von عام 1885. ويحمل الرمز Nd والرقم الذري 60. أبيض فضي، لكنه يتلطخ بسهولة عند تعرضه للهواء.
على الرغم من تصنيفه كعنصر نادر، إلا أن استخداماته شائعة جدًا لأنه يتم توزيعه على نطاق واسع على سطح الأرض، ولكن يتم استخراج معظم كميات العالم من الصين.
أحد أهم استخدامات عنصر النيوديميوم هو السبائك المستخدمة في صناعة مغناطيسات عالية القوة، والتي تستخدم عادة في صناعة مواد معينة.
-
- محرك DC عالي الأداء.
- مكبرات الصوت الاحترافية.
- الميكروفونات الإلكترونية.
- الأقراص الصلبة في أجهزة الكمبيوتر.
- تُستخدم مغناطيس نيوديميوم كبير لإنشاء محركات كهربائية ذات نسبة عالية من القوة إلى الوزن، وهو ما يستخدم في المركبات الهجينة.
اعلم أنه عنصر مشحون بالكامل، يتفاعل ببطء مع الماء البارد، على عكس الماء الساخن، ونتيجة هذا التفاعل هو هيدروكسيد النيوديميوم.
3- عنصر الإنديوم
منذ اكتشافه من قبل فرديناند ريتش وهيرونيموس ثيودور ريشر في ألمانيا عام 1863 م، تم إدراجه في قائمة العناصر المعدنية النادرة المستخدمة في صناعة الإلكترونيات برقم ذري يبلغ 49.
حصل الإنديوم على اسمه من كلمة indicum، والتي تشير إلى النيلي، وهو اللون الذي يظهر به العنصر في مقياس الطيف. يتميز بكونه شديد المرونة ومستقر في كل من الهواء والماء، ولكنه قابل للذوبان في الأحماض.
يستخدم بشكل شائع في صناعة أشباه الموصلات ومعدات طب الأسنان، ولكن عندما يتم العثور عليه في خام الزنك، فإنه يستخدم أيضًا لتغطية الموصلات عالية السرعة. يمكن استخدامه أيضًا في صناعة السبائك التي تساعد على خفض درجة انصهار أنواع معينة من المعادن الأخرى.
4- عنصر الهافنيوم
وهو من أكثر العناصر شهرة في صناعة الإلكترونيات وأهم معدن انتقالي، خصائصه الكيميائية تشبه الزركونيوم، بل إنه يوجد في العديد من معادن الزركونيوم برمز Hf والرقم الذري 72. يتميز باللون الرمادي الفضي اللامع.
هو العنصر المستقر قبل الأخير المكتشف بعد الرينيوم، ومن الجدير بالذكر أن اسمه مشتق من اسم “هافنيا”، وهو الاسم اللاتيني للعاصمة الدنماركية “كوبنهاغن / كوبنهاغن”، حيث تم العثور عليه من قبل.
يتم استخدامه في صناعة أشباه الموصلات ويعتبر أكسيدها مادة عازلة عالية الكفاءة لأنها تقلل مقدار الفقد الحالي بشكل أكثر فاعلية من مواد الترانزستور.
هناك العديد من الخصائص التي يجب أن يمتلكها العنصر لجعله مثاليًا لصنع الأجهزة الإلكترونية، ولا شك في أن العديد من العناصر مثالية بدرجات متفاوتة.