استخدامات السيليكون والجرمانيوم
يستخدم كل من السيليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية
السيليكون والجرمانيوم مادة هامة، حيث يتم استخدامها في تصنيع الترانزستورات ثنائية القطب والتي تكون غير متجانسة، وكذلك تصنيع ترانزستورات أكسيد السيليكون شبه الموصلة (MOS)، بالإضافة إلى أن تلك المادة لها بعض الخصائص البصرية الهامة والتي تُطبق بطريقة كبيرة في الأجهزة الضوئية المعتمدة على السيليكون، كما أن الفائدة الأساسية للسيليكون والجرمانيوم أنهم يستخدمان في صنع تقاطع غير متجانس، إلى جانب أن السيليكون والجرمانيوم يتم استخدامهم في إنتاج الأجهرة الإلكترونية كالآتي:
- يستخدم السيليكون في الأجهزة الإلكترونية بسبب خصائصه الفريدة، حيث يتمتع بخاصية الشبه موصل وقدرته على توصيل الكهرباء في بعض الأحيان، بالإضافة إلى دوره كعازل في أحيان أخرى.
- وفيما يتعلق بالجرمانيوم، عند استخدامه مع الغاليوم أو الزرنيخ أو عناصر أخرى في منشطاته، يستخدم في الترانزستورات لمجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية.
- يتم استخدام الجرمانيوم كمادة فسفور في مصابيح الفلورسنت، ويعد عاملاً في إنتاج السبائك، بالإضافة إلى أنه يستخدم كمحفز كيميائي.
- في كل هاتف محمول يوجد (
لماذا يفضل السيليكون على الجرمانيوم
كما هو معروف يعتبر السيليكون والجرمانيوم من أشباه الموصلات، ولكن ما تم اكتشافه حاليًا أن استخدام السيليكون أفضل من الجرمانيوم، في الكثير الأجهزة مثل (
- عند درجة حرارة الغرفة العادية، تحتوي بلورة السيليكون على عدد أقل من الإلكترونات مقارنة بالجرمانيوم، وهذا يدل على أن السيليكون له تيار قطع أقل بكثير من الجرمانيوم.
- يحدث تباين في قطع المجمع مع درجة حرارة أقل من السيليكون عند مقارنته بالجرمانيوم.
- عندما يتعرض هيكل بلورات الجرمانيوم لدرجة حرارة عالية، يتدمر، ومع ذلك، لا تتدمر بلورات السيليكون بسهولة عند تعرضها للحرارة الزائدة.
- يكون لثنائيات السيليكون معدلات ذروة الجهد العكسي أكبر من تلك التي تمتلكها الجرمانيوم.
- ومعند النظر إلى عيوب السيليكون، يوجد عيبٌ سلبي له وهو أنّ الحاجز المحتمل يكون أكبر للسيليكون مقارنةً بالجرمانيوم، ولكن إذا تمَّ النظر إلى مزايا السيليكون، سيكون هو العنصر الأفضل للاستخدام في الأجهزة التي تعتمد على أشباه الموصِّلات.
الفرق بين السيليكون والجرمانيوم
على الرغم من أن السيليكون والجرمانيوم يعتبران من أشباه الموصلات، وأنهما ينتميان إلى المجموعة 14 في الجدول الدوري، وبالتالي فهما جزء من عائلة الكربون، حيث يكون السيليكون في المركز وفوقه الكربون وتحته الجرمانيوم، الرصاص، والقصدير، وتشترك تلك العناصر في أنها رباعية التكافؤ، وفيما يلي الاختلافات بين السيليكون والجرمانيوم:
- يتم رمز السيليكون بـ (Si) والعدد الذري له هو 14، وبالنسبة للجرمانيوم يتم رمزه بـ (Ge) وعدده الذري هو 32.
- يتم زيادة نصف القطر الذري للعناصر بشكل عام عند الانتقال إلى العمود الواقع في الجزء السفلي من كل مجموعة في الجدول الدوري، وبالتالي، يصبح نصف قطر الجرمانيوم أكبر من نصف قطر السيليكون.
- للجرمانيوم توزيع إلكتروني في مدارات (d) للذرات، بينما السيليكون لا يمتلك توزيع إلكتروني في مدارات (d).
- تتميز درجة توصيل الجرمانيوم بأنها أعلى من درجة توصيل السيليكون، ويعود السبب في ذلك إلى أن العدد الذري للجرمانيوم أكبر من السيليكون.
- تتميز مواصفات السيليكون بتكلفتها الأقل من مواصفات الجرمانيوم التي تماثلها بعشرة أضعاف، كما أن موصلات السيليكون تستخدم على نطاق واسع بسبب سهولة استخدامها عند درجات حرارة أعلى من موصلات الجرمانيوم.
استخدامات الجرمانيوم
يستخدم المعدن الجرمانيوم في العديد من المجالات، ومن بينها صناعة الترانزستورات، وهذا يجعل استخدامه سهلا ومتعدد الفوائد
- يتميز ثاني أكسيد الجرمانيوم بمؤشر انكسار عالي وتشتت بصري منخفض، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في عدسات الكاميرا ذات الزوايا الواسعة والعدسات الشيئية المستخدمة في المجاهر.
- يستخدم في أنظمة الألياف البصرية ويستخدم أيضًا في البصريات بالأشعة تحت الحمراء، كما يعد نوعًا من المحفزات للبلمرة في العلاج الكيميائي للأمراض.
- يتم استخدامه في إنتاج خلايا شمسية فعالة، التي يمكن استخدامها في التطبيقات الفضائية.
- تتيح قدرة الجرمانيوم النقي على تحديد مصادر الإشعاع بدقة استخدامه كميزة أمنية مهمة في المطارات، حيث يمكن استخدامه في نظام الرؤية الليلية باستخدام الأشعة تحت الحمراء.
- يستخدم الجرمانيوم في تطبيقات الأشعة السينية وفي صناعة السبائك المعدنية ذات التكلفة العالية، وعلى سبيل المثال، استخدام الجرمانيوم في سبائك الفضة الاسترلينية يزيد من مقاومتها لفقدان بريقها.
- يعتبر نوعًا من العلاج الكيميائي، حيث يحتوي على مجموعة من المركبات السامة التي تقاتل أنواعًا مختلفة من البكتيريا.
- تتم إنتاج أشعة الليزر التي تساعد في نقل البيانات لمسافات طويلة من خلال ديودات الجرمانيوم.
الفرق بين ديودات السيليكون والجرمانيوم
المعروف عن أشباه الموصلات أنها نوع من المواد التي لها خصائص مميزة من حيث الطريقة التي تتفاعل بها مع أي تيار كهربائي، إذ تكون الموصلية الكهربائية لها عبارة عن موصلات جيدة من العوازل والنحاس مثل المطاط، كما أن اختلاف درجات الحرارة يؤدي إلى تغيير قدرتها على توصيل التيار الكهربائي، بالإضافة إلى أنه عندما تم اكتشافها حدثت طفرة من التغيرات في مجال الأجهزة الإلكترونية، حيث كان العالم بحاجة لها من أجل تصغير حجم أجهزة الكمبيوتر والأجزاء الداخلية له، إلى جانب إنتاج العديد من الخلايا الضوئية، وتتمثل تلك المواد أشباه الموصلات في عنصري،ديودات الجرمانيوم هي الديودات التي تُصنع من عنصر الجرمانيوم، وكذلك ديودات السيليكون والتي تُصنع من عنصر السيليكون، كما أن العنصران يقومان بنفس الوظيفة، بمعنى أنهما يعطيان التيار الكهربائي الفرصة حتى يعبر من خلالهما في اتجاه واحد، ولكن هناك فرق أساسي بينهم وهو أن ديودات الجرمانيوم هو الجهد الذي يبدأ عن طريقه التيار الكهربائي أن يقوم بالتدفق بنوع من الحرية من خلال الديود، إذ يبدأ ديود الجرمانيوم في الغالب بتوصيل التيار الكهربائي في الوقت الذي يصل فيه الجهد الذي يُطبق عن طريق الديود إلى ما يقرب من 0.3 فولت، ولكن بالنسبة لما يرتبط بديودات السيليكون فإنها تحتاج إلى جهدًا أكبر من ديودات الجرمانيوم حتى تستطيع توصيل التيار الكهربائي، وذلك يعني أنها تتطلب ما يعادل 0.7 فولت، حتى تقوم بإعداد حالة من الإنحياز الأمامي في ما يسمى ديود السيليكون.