اسباب استخدام السيليكون في رقائق الكمبيوتر

كتابة: دينا محمود آخر تحديث: 23 سبتمبر 2021 , 05:18

ما هو السيليكون

في الجدول الدوري ينتمي السيليكون إلى مجموعة الكربون التي تشمل الكربون والجرمانيوم والقصدير والرصاص والفلروفيوم. يُعرف باسم “Si”، وهو ثامن أكثر العناصر وفرة في الكون من حيث وزنه، وإذا تحدثنا فقط عن كوكبنا فإن 28.2٪ من قشرة الأرض تحتوي على مادة السيليكون.

السليكون فلز فلزي، لذلك فهو يحتوي على بعض الميزات المعدنية لكنه ليس معدنًا حقيقيًا، وهنا نجد أهميتها بالنسبة لصناعة الكمبيوتر إنه أشباه موصلات جيدة، لذا فهو يسمح بمرور الكهرباء ولكن يمكن التحكم بسهولة في التدفق على عكس المعادن.

بمعنى آخر، يقوم المعدن بتوصيل الإلكترونات بطبيعتها ومن الصعب إيقاف تشغيل هذه الخاصية وفقًا للاحتياجات المختلفة، فهو يعتبر مادة عازلة مثل البلاستيك أو الخشب لا تسمح بمرور الكهرباء من خلالها، وفي الوقت نفسه تسمح أشباه الموصلات للكهرباء بالمرور أثناء العمل كعازل في نفس الوقت.

لماذا يستخدم السيليكون في رقائق الكمبيوتر والعناصر الأخرى

فيما يلي الأسباب الخمسة لاستخدام السيليكون في صناعة الرقائق الإلكترونية والمكونات الإلكترونية المهمة الأخرى:

  • غير مكلف ومتاح على نطاق واسع

يتواجد السيليكون بوفرة في الرمال والصخور وهو ثاني أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض بعد الأكسجين .

هذا هو السبب في أنها تجعلها أكثر ملاءمة لهذه الصناعة من أشباه الموصلات الأخرى مثل الغاليوم، والتي بالطبع يمكن أن تكون أفضل بكثير لهذه المهام من السيليكون، لكن تكلفة الاستخراج والتصنيع والإنتاج الخاصة به ستجعل من غير المجدي تحويله إلى بديل للعنصر الأكثر وفرة.

المصدر الأكثر توافراً للسيليكون هو الرمل، لكن السيليكون الذي يتم الحصول عليه من الرمل ليس نقيًا بدرجة كافية في المرحلة الأولى، ولا يمكن استخدامه كما هو الحال في تصنيع المنتجات لأنه يحتوي على 0.5٪ من الشوائب.

قد يبدو أن نقاء 99.5٪ رائع، لكن المعالجات تحتاج إلى نقاء بنسبة 99.9999999٪ ، ويسمى هذا السيليكون إلكترونيًا ويمكن الحصول عليه بعد اجتياز سلسلة من تفاعلات كيميائية معينة، وبعد ذلك يتم صهر السيليكون وتنميته إلى بلورة واحدة كبيرة، ويزن أقل من مائة كيلوغرام، وبعد أن يتم تقطيع هذه البلورة إلى ألواح يبلغ قطرها حوالي 30 سم وإرسالها لإنتاج معالج.

  • التركيب الذري المناسب

تعتمد جميع المعالجات التي يتم تصنيعها في العالم تقريبًا على السيليكون نظرًا لحقيقة أن السيليكون يحتوي على بنية ذرية داخلية مناسبة، مما يسمح بصنع الدوائر الدقيقة والمعالجات في أي تكوين تقريبًا.

  • الاستقرار

استخدامات السيليكون واسعة في هذا العالم التكنولوجي وهذا لأن خصائصه تجعله يعمل بكامل طاقته وضرورية للعمليات الحسابية التي تحدث في أي نظام يحتاج إلى شريحة، سواء كان ذلك بسيطًا مثل قيادة دوار أو معقد، ويتطلب نقل آلاف التعليمات الحسابية.

يظل السيليكون أيضًا مستقرًا جدًا بعد عمليات صناعة السبائك، يتيح ذلك للمصنعين إنتاج مواد مثل أشباه الموصلات أو الدوائر أو العوازل، ويعتبر السيليكون موثوقًا للغاية ويعزز جوانب معينة عند استخدامه في وحدات المعالجة المركزية.

  • مقاومة عالية

سبب آخر يجعلها المختارة هو مقاومتها لدرجات الحرارة المرتفعة، لأن المقاومة عامل رئيسي عند اختيار مادة لقاعدة الترانزستور ات.

تتميز الموصلات بمقاومة منخفضة وتمرير التيار الكهربائي بسهولة أكبر، بينما تتمتع العوازل بمقاومة عالية ويمكنها منع التيار المتدفق، ونتيجة لذلك يمكن لشرائحنا ومنافذ وحدة المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات التعامل مع أعباء العمل الثقيلة دون أن تتعطل.

  • خاصية أشباه الموصلات

السيليكون له خصائص أشباه الموصلات، وهذا يعني أنها لا توصل 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، بفضل هذا يسمح ذلك ببناء الترانزستورات وفقًا لاحتياجاتها الكهربائية.

إن جودة السيليكون هذه تجعله العنصر الأكثر أهمية في إنتاج المعالجات في وحدات المعالجة المركزية (CPU)، من المهم ألا تنتقل الكهرباء بهذه السهولة عبر الترانزستورات.

لأنه بالنسبة للترانزستور، الذي يجب أن يكون قادرًا على تشغيله وإيقاف تشغيله في جميع الأوقات من الضروري أن يكون لديك شبه موصل وهي مادة ذات مقاومة تقع بين تلك الموجودة في الموصل والعازل.[1]

استخدامات السيليكون

  • يعتبر العنصر مكونًا رئيسيًا في 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 الكثير من عوامل تحرير القوالب ومركبات القولبة.
  • وهو أيضًا أحد مكونات الفيروسيليكون، وسبيكة تستخدم على نطاق واسع في صناعة الصلب.

مميزات السيليكون

-السيليكون رخيص جدًا بفضل وفرته وليس من الصعب تنقيته.

-يعمل جيدًا في نطاق واسع من درجات الحرارة ويمكن تعديله كيميائيًا لتغيير خصائصه الكهربائية، بهذه الطريقة سوف يعالج كمية الكهرباء المطلوبة، هذا يجعل من الممكن على سبيل المثال ،لانتقال من وضع “إيقاف التشغيل” إلى “التشغيل” والعكس صحيح في درجة الحرارة العادية، أو السماح للكهرباء بالمرور عبر ترانزستورات معينة بشكل انتقائي دون حرق الدوائر، أيضاً يمكن استخدام مادة واحدة فقط لتصميم الكثير من المكونات المختلفة في نفس الجهاز.

باختصار، هذا هو السبب في أن السيليكون أصبح مثاليًا لاستخدام رقائق الكمبيوتر، وتحتاج الترانزستورات الصغيرة جدًا في وحدات المعالجة المركزية الخاصة بنا إلى مناطق معزولة للتحكم في تدفق الكهرباء وتوجيهه بدقة.

مستقبل السيليكون

تحتل هذه المادة بالفعل مكانة مهمة في تاريخ التقدم التكنولوجي لكن التطوير لم يتوقف، تم تصميم معالجات 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 خصائصه الكيميائية.

لوضع 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 يمكن قريبًا الحصول على مزيج من السيليكون مع عناصر أخرى لتحقيق تحسن كبير بطريقة ما.

وتم بناء المسار من تصميم دائرة الأنبوب المفرغ إلى عصر الترانزستور المصغر الحديث باستخدام السيليكون.[2]

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق