اسباب استخدام السيليكون في رقائق الكمبيوتر، ما هو السيليكون، في الجدول الدوري، ينتمي السيليكون إلى مجموعة الكربون التي تشمل الكربون والجرمانيوم والقصدير والرصاص والفلوروفيوم. يُعرف باسم “Si”، وهو ثامن أكثر العناصر وفرة في الكون من حيث الوزن، وإذا تحدثنا فقط عن كوكبنا، فإن 28.2٪ من قشرة الأرض تحتوي على مادة السيليكون، السليكون معدن فلزي، لذلك فهو يحتوي على بعض الخصائص المعدنية، لكنه ليس معدنًا حقيقيًا، وهنا نجد أهميته بالنسبة لصناعة الكمبيوتر، يعتبر من أشباه الموصلات الجيدة، لذلك فهو يسمح بمرور الكهرباء، ولكن يمكن التحكم في التدفق بسهولة، على عكس المعادن.
لماذا يستخدم السيليكون في رقائق الكمبيوتر
بمعنى آخر ، يقوم المعدن بطبيعته بتوصيل الإلكترونات ومن الصعب إيقاف تشغيل هذه الخاصية وفقًا للاحتياجات المختلفة. إنها مادة عازلة مثل البلاستيك أو الخشب لا تسمح بمرور الكهرباء ، وفي الوقت نفسه يسمح أشباه الموصلات للكهرباء بالمرور أثناء العمل كعازل في نفس الوقت.
فيما يلي الأسباب الخمسة لاستخدام السيليكون في صنع شرائح إلكترونية ومكونات إلكترونية مهمة أخرى:
- غير مكلف ومتاح على نطاق واسع
يتواجد السيليكون بكثرة في الرمال والصخور وهو ثاني أكثر العناصر وفرة على الأرض بعد الأكسجين.
هذا هو السبب في أنها تجعله أكثر ملاءمة لهذه الصناعة من أشباه الموصلات الأخرى مثل الغاليوم ، والذي بالطبع يمكن أن يكون أفضل بكثير لهذه المهام من السيليكون ، لكن تكلفة استخراجه وتصنيعه وإنتاجه ستجعل من غير المجدي تحويله إلى بديل عن السليكون. عنصر أكثر وفرة.
المصدر الأكثر وفرة للسيليكون هو الرمل ، لكن السيليكون الذي يتم الحصول عليه من الرمل لا يكون نقيًا بدرجة كافية في المرحلة الأولى ، ولا يمكن استخدامه في صناعة المنتجات لأنه يحتوي على 0.5٪ من الشوائب.
قد يبدو نقاء 99.5٪ رائعًا ، لكن المعالجات تحتاج إلى نقاء 99.99999999٪. يُطلق على هذا السيليكون اسم إلكتروني ويمكن الحصول عليه بعد المرور بسلسلة من التفاعلات الكيميائية المحددة ، وبعد ذلك يتم صهر السيليكون وتنميته إلى بلورة واحدة كبيرة تزن أقل من مائة كيلوغرام ، وبعد ذلك يتم تقطيع هذه البلورة إلى ألواح بها يبلغ قطرها حوالي 30 سم وترسل للإنتاج المعالج.
التركيب الذري المناسب
تعتمد جميع المعالجات المصنعة في العالم تقريبًا على السيليكون نظرًا لحقيقة أن السيليكون يحتوي على بنية ذرية داخلية مناسبة ، مما يسمح بصنع الدوائر الدقيقة والمعالجات بأي تكوين تقريبًا.
- المزيد
استخدامات السيليكون واسعة في هذا العالم التكنولوجي ، وذلك لأن خصائصه تجعله يعمل بكامل طاقته وضرورية للحسابات التي تحدث في أي نظام يحتاج إلى شريحة ، سواء كان ذلك بسيطًا مثل قيادة مغزل أو معقد ، ويتطلب إرسال آلاف التعليمات الحسابية.
يظل السيليكون أيضًا مستقرًا جدًا بعد عمليات صناعة السبائك. يتيح ذلك للمصنعين إنتاج مواد مثل أشباه الموصلات أو الدوائر أو العوازل. يعتبر السيليكون موثوقًا للغاية ويعزز جوانب معينة عند استخدامه في وحدات المعالجة المركزية.
- مقاومة عالية
سبب آخر لاختياره هو مقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة ، لأن المقاومة عامل رئيسي عند اختيار مادة أساسية للترانزستورات.
تتميز الموصلات بمقاومة منخفضة وتمرير التيار بسهولة أكبر ، بينما تتمتع العوازل بمقاومة عالية ويمكنها منع تدفق التيار ، ونتيجة لذلك يمكن لمجموعات الشرائح ومنافذ وحدة المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات التعامل مع أعباء العمل الثقيلة دون تعطل.
- خاصية أشباه الموصلات
يمتلك السيليكون خصائص أشباه الموصلات ، مما يعني أنه لا يوصل الكهرباء دائمًا. إنه يفعل ذلك فقط في ظل ظروف معينة ، بينما يعمل في ظل ظروف أخرى كعازل لهذا السبب يُعرف باسم أشباه الموصلات.
يمكن تعديل هذه الخصائص من خلال عملية تعرف باسم المنشطات ، وهي ليست سوى إضافة بعض الشوائب إلى السيليكون لجعله أكثر أو أقل موصلة كما هو مطلوب ، وبفضل ذلك يسمح ذلك للبناء الترانزستورات وفقًا لاحتياجاتهم الكهربائية.
إن جودة السيليكون هذه تجعله العنصر الأكثر أهمية في إنتاج المعالجات في وحدات المعالجة المركزية (CPUs) ، فمن المهم ألا تنتقل الكهرباء بسهولة عبر الترانزستورات.
لأنه بالنسبة للترانزستور ، الذي يجب أن يكون قادرًا على تشغيله وإيقافه في جميع الأوقات ، من الضروري أن يكون لديك شبه موصل وهو مادة ذات مقاومة تقع بين تلك الموجودة في الموصل والعازل.[1]
استخدامات السيليكون
- يعتبر العنصر مكونًا رئيسيًا في صناعة السيراميك والطوب.
- كونه أحد أشباه الموصلات ، يتم استخدام العنصر لصنع الترانزستورات.
- يستخدم السيليكون على نطاق واسع في رقائق الكمبيوتر والخلايا الشمسية.
- إنه مكون حيوي من مكونات الأسمنت البورتلاندي.
- يستخدم السيليكون في إنتاج طوب النار.
- تستخدم العديد من أنظمة العزل المائي السيليكون كمكون.
- يستخدم السيليكون في العديد من عوامل تحرير القوالب ومركبات التشكيل.
- وهو أيضًا أحد مكونات الفيروسيليكون ، وهو سبيكة تستخدم على نطاق واسع في صناعة الصلب.
ميزات السيليكون
السليكون رخيص للغاية بفضل وفرته وليس من الصعب تنظيفه.
يعمل بشكل جيد في نطاق واسع من درجات الحرارة ويمكن تعديله كيميائيًا لتغيير خصائصه الكهربائية ، وبهذه الطريقة سيتعامل مع كمية الكهرباء المطلوبة. هذا يجعل من الممكن ، على سبيل المثال ، الانتقال من “إيقاف التشغيل” إلى “التشغيل” والعكس في درجة الحرارة العادية ، أو السماح للكهرباء بالمرور عبر ترانزستورات محددة بشكل انتقائي دون احتراق الدوائر ، كما يمكن استخدام مادة واحدة فقط لتصميم العديد من المكونات المختلفة في نفس الجهاز.
باختصار ، هذا هو السبب في أن السيليكون أصبح مثاليًا لرقائق الكمبيوتر ، وتحتاج الترانزستورات الصغيرة في وحدات المعالجة المركزية الخاصة بنا إلى مناطق معزولة للتحكم الدقيق في تدفق الكهرباء وتوجيهه.
مستقبل السيليكون
تحتل هذه المادة بالفعل مكانًا مهمًا في تاريخ التقدم التكنولوجي ، لكن التطوير لم يتوقف. تم تصميم المعالجات عالية الأداء حيث تتحرك الإلكترونات بشكل أسرع من السيليكون.
من ناحية أخرى ، يتم جعل الترانزستورات أصغر كل يوم لجعل الرقائق أكثر قوة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. سيكون السيليكون مفيدًا إلى الحد الذي تسمح به خواصه الكيميائية.
بختام مقالنا نشيرلوضع هذا في السياق الآن بعد أن استخدمت الشركات رقائق نانومتر، لن يكون السيليكون قادرًا على تلبية تلك الاحتياجات وستكون هناك حاجة إلى بعض المواد الأخرى، أو يمكنك قريبًا الحصول على مزيج من السيليكون مع عناصر أخرى لإجراء تحسين كبير بطريقة ما، تم بناء المسار من تصميم دائرة الأنبوب المفرغ إلى عصر الترانزستور المصغر الحديث باستخدام السيليكون.