تويت
في عام 1965، تنبأ غوردن مور Gordon Moore بأن عدد الترانزستورات في الدارات المتكاملة سوف يتضاعف كل سنتين تقريبًا، مما يجعل أجهزة الحاسوب أكثر سرعة في الأداء والفاعلية.
أُطلق على كلام غوردن مور بقانون مور، وقد بقي هذا القانون صحيحًا إلى يومنا هذا.
ويعود الفضل في جعل هذا التطور السريع ممكنًا هو سهولة ومرونة السيليكون.
مما يطرح سؤالًا، ما الذي يجعل للسيليكون دون غيره هذه الإيجابيات؟
أهم مزايا السيليكون وسبب استخدامه في الدارات
السيليكون نصف ناقلي للكهرباء
ويُقصد بها أن السيليكون يوجد في منطقة ما بين الناقل والعازل.
فالنواقل كالنحاس والمعادن الأخرى تنقل الاشارة الكهربائية بشدة مما يجعل من الصعوبة السيطرة عليها.
أما العوازل، كالزجاج والمطاط تمنع الإشارات الكهربائية.
المواد النصف ناقلية أو أشباه ناقلية والسيليكون على وجه الخصوص يستطيع أن يلعب دور الناقل والعازل اعتماداً على كيفيّة تعامل الصانعين مع العنصر.
السيليكون عنص مستقر جداً
لا يتميّز السيليكون بأنه نصف ناقل وحسب، فالكربون والجرمانيوم أيضًا أنصاف نواقل.
لكن الكربون هَش جداً لاستخدامه في الشرائح الحاسوبية، أما الجرمانيوم فقد تم استخدامه سابقًا في الشرائح الحاسوبية لكنّ استخدامه تضاءل اليوم.
فالسيليكون يستطيع أن يحافظ على نصف ناقليته في درجات حرارة أعلى من الجرمانيوم بكثير.
هذه الميزة التي يتمتع بها السيليكون تُصبح مُهمةً جدًا عندما تصبح الشرائح على مقربة من العناصر الالكترونية التي تحتفظ بحرارة عالية.
من السهل تغيير ناقلية السيليكون
خلافاً لأنصاف النواقل الأخر ، درجة ناقلية السيليكون من السهل جدا تغييرها.
السيليكون يستطيع أن يكون ناقلًا أو عازلًا أو أن يكون شيئا بينهما يُسمى نصف ناقل.
يُطلق على هذه العملية اسم التنشيط doping وهي تشمل إدخال الشوائب في بلورات السيليكون.
في عملية التنشيط doping، يستطيع المُصنعون إدخال عناصر تجعل من السيليكون أكثر أو أقل ناقلية أو حتى غير ناقل، مما يعني أنّ المصنعين يستطيعون بسهولة جعل الدارات أكثر تعقيداً لزيادة أدائها ومما يعني أيضًا أنّه من السهل أن يساهم السيليكون في لعب كافة الأدوار الناقلية حيث يُساعد المُصنعين في استخدام عدد أقل من المواد من أجل صنع الشرائح الكترونية.
تكلفة السيليكون رخيصة جداً
بعد الأكسجين، السيليكون هو العنصر الثاني من العناصر الوفيرة على الأرض، ويمكن استخراجه من الرمال بسهولة نسبية.
هل يوجد منافس للسيليكون ؟
صحيحٌ أن السيليكون يحافظ على نصف ناقليته في درجات الحرارة المرتفعة لكن ذلك لا يعني أنه لا يحتفظ بالحرارة؛ فالسيليكون ترتفع درجة حرارته بسرعة بالإضافة إلى أنّ حرارته لا تتبدد بسهولة.
وهي مشكلة كبيرة قد تؤدي مع ضغط العمل الزائد عليها ودرجة الحرارة المرتفعة جدًا الى انهيار الشريحة الالكترونية بالكامل!
الغرافين، هو المنافس الوحيد للسيليكون.
فالغرافين يستطيع تبديد الحرارة بشكل أسرع بكثير من السيليكون وحتى أسرع من الكربون!
لكن المشكلة الوحيدة التي تحول دون انتشار الغرافين هي تكلفة الإنتاج، فمن السهل جدًا إنتاج شرائح الكترونية من الغرافين على نطاق صغير، أما على نطاق واسع يصبح الإنتاج باهظًا ومُكلفًا للغاية.
فإن كان الجهاز الالكتروني يُكلّف عند صناعته من السيليكون 50 دولار فقط للكيلوغرام، فإن الغرافين يُكلّف 40 ألف دولار لنفس الغرام!
الإضافة الى أن عملية تصنيع الغرافين هي عملية معقدة وطويلة وليست بالبسيطة كالسيليكون من التراب؛ فالغرافين يتطلب مواد كيميائية سامة في صناعته بالإضافة للأكسدة الحمضية.
فمع الكلفة البسيطة للسيليكون بالاضافة للمزايا السابقة يُصبح السيليكون أفضل عنصر في عملية تصنيع الدارات بالإضافة للسهولة في عملية الإنتاج مقارنة مع أشباه النواقل الأخرى.
المصدر:.ibelieveinsci
أُطلق على كلام غوردن مور بقانون مور، وقد بقي هذا القانون صحيحًا إلى يومنا هذا.
ويعود الفضل في جعل هذا التطور السريع ممكنًا هو سهولة ومرونة السيليكون.
مما يطرح سؤالًا، ما الذي يجعل للسيليكون دون غيره هذه الإيجابيات؟
أهم مزايا السيليكون وسبب استخدامه في الدارات
السيليكون نصف ناقلي للكهرباء
ويُقصد بها أن السيليكون يوجد في منطقة ما بين الناقل والعازل.
فالنواقل كالنحاس والمعادن الأخرى تنقل الاشارة الكهربائية بشدة مما يجعل من الصعوبة السيطرة عليها.
أما العوازل، كالزجاج والمطاط تمنع الإشارات الكهربائية.
المواد النصف ناقلية أو أشباه ناقلية والسيليكون على وجه الخصوص يستطيع أن يلعب دور الناقل والعازل اعتماداً على كيفيّة تعامل الصانعين مع العنصر.
السيليكون عنص مستقر جداً
لا يتميّز السيليكون بأنه نصف ناقل وحسب، فالكربون والجرمانيوم أيضًا أنصاف نواقل.
لكن الكربون هَش جداً لاستخدامه في الشرائح الحاسوبية، أما الجرمانيوم فقد تم استخدامه سابقًا في الشرائح الحاسوبية لكنّ استخدامه تضاءل اليوم.
فالسيليكون يستطيع أن يحافظ على نصف ناقليته في درجات حرارة أعلى من الجرمانيوم بكثير.
هذه الميزة التي يتمتع بها السيليكون تُصبح مُهمةً جدًا عندما تصبح الشرائح على مقربة من العناصر الالكترونية التي تحتفظ بحرارة عالية.
من السهل تغيير ناقلية السيليكون
خلافاً لأنصاف النواقل الأخر ، درجة ناقلية السيليكون من السهل جدا تغييرها.
السيليكون يستطيع أن يكون ناقلًا أو عازلًا أو أن يكون شيئا بينهما يُسمى نصف ناقل.
يُطلق على هذه العملية اسم التنشيط doping وهي تشمل إدخال الشوائب في بلورات السيليكون.
في عملية التنشيط doping، يستطيع المُصنعون إدخال عناصر تجعل من السيليكون أكثر أو أقل ناقلية أو حتى غير ناقل، مما يعني أنّ المصنعين يستطيعون بسهولة جعل الدارات أكثر تعقيداً لزيادة أدائها ومما يعني أيضًا أنّه من السهل أن يساهم السيليكون في لعب كافة الأدوار الناقلية حيث يُساعد المُصنعين في استخدام عدد أقل من المواد من أجل صنع الشرائح الكترونية.
تكلفة السيليكون رخيصة جداً
بعد الأكسجين، السيليكون هو العنصر الثاني من العناصر الوفيرة على الأرض، ويمكن استخراجه من الرمال بسهولة نسبية.
هل يوجد منافس للسيليكون ؟
صحيحٌ أن السيليكون يحافظ على نصف ناقليته في درجات الحرارة المرتفعة لكن ذلك لا يعني أنه لا يحتفظ بالحرارة؛ فالسيليكون ترتفع درجة حرارته بسرعة بالإضافة إلى أنّ حرارته لا تتبدد بسهولة.
وهي مشكلة كبيرة قد تؤدي مع ضغط العمل الزائد عليها ودرجة الحرارة المرتفعة جدًا الى انهيار الشريحة الالكترونية بالكامل!
الغرافين، هو المنافس الوحيد للسيليكون.
فالغرافين يستطيع تبديد الحرارة بشكل أسرع بكثير من السيليكون وحتى أسرع من الكربون!
لكن المشكلة الوحيدة التي تحول دون انتشار الغرافين هي تكلفة الإنتاج، فمن السهل جدًا إنتاج شرائح الكترونية من الغرافين على نطاق صغير، أما على نطاق واسع يصبح الإنتاج باهظًا ومُكلفًا للغاية.
فإن كان الجهاز الالكتروني يُكلّف عند صناعته من السيليكون 50 دولار فقط للكيلوغرام، فإن الغرافين يُكلّف 40 ألف دولار لنفس الغرام!
الإضافة الى أن عملية تصنيع الغرافين هي عملية معقدة وطويلة وليست بالبسيطة كالسيليكون من التراب؛ فالغرافين يتطلب مواد كيميائية سامة في صناعته بالإضافة للأكسدة الحمضية.
فمع الكلفة البسيطة للسيليكون بالاضافة للمزايا السابقة يُصبح السيليكون أفضل عنصر في عملية تصنيع الدارات بالإضافة للسهولة في عملية الإنتاج مقارنة مع أشباه النواقل الأخرى.
المصدر:.ibelieveinsci