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 حيث إنه عنصر يمتلك خصائص خاصة بشكل كبير ومن أهمها أنه شبه موصل، حيث إنه يوصل الكهرباء في بعض الأحيان، كما أنه يعمل كنوع من العازل في أحيانٍ أخرى.
• وبالنسبة للجرمانيوم فإنه عندما تتعاطى منشطاته بالغاليوم أو الزرنيخ أو غيرها من العناصر، حينها يتم استخدامه في الترانزستورات لمجموعة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية.
• يستخدم الجرمانيوم أيضًا على أنه مادة الفسفور في مصابيح الفلورسنت، إذ أنه عامل إنتاج السبائك، بالإضافة إلى أنه محفز.
• في كل هاتف محمول يوجد (GaAsP)، وهو يعمل كمضخم للطاقة، حيث يعد هذا الموصل من السيليكون ذا كفاءة عالية خاصة عند وجود تردد عالي.

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 (SMPS) وغيرها، وفي التالي توضيح لماذا الجرمانيوم ليس جيدًا مثل السيليكون: 

• في درجة حرارة الغرفة العادية، تكون بلورة السيليكون محتوية على إلكترونات أقل من الجرمانيوم، وهذا يدل على أن السيليكون يصبح له تيار قطع أصغر من الجرمانيوم بكثير.
• يكون هناك تباين في قطع المجمع مع درجة حرارة أقل من السيليكون وذلك عند مقارنته بالجرمانيوم.
• عند تعرض هيكل بلورات الجرمانيوم لدرجة حرارة أعلى سوف يتدمر، وبالرغم من ذلك لا تتدمر بلورات السيليكون عند الىتعرض للحرارة الزائدة بسهولة.
• تعتبر معدلات ذروة الجهد العكسي التي تمتلكها ثنائيات السيليكون أكبر من التي تمتلكها الجرمانيوم.
• لكن هناك أمر سلبي للسيليكون وليس موجود في الجرمانيوم وهو أن الحاجز المحتمل يكون أكبر للسيليكون مقارنة بالجرمانيوم، ولكن إذا تم النظر إلى مزايا السيليكون سيكون هو أفضل عنصر للاستخدام في الأجهزة التي تعتمد على أشباه الموصلات.

الفرق بين السيليكون والجرمانيوم

بالرغم من أن السيليكون والجرمانيوم يعتبران من أشباه الموصلات، كما أنهما من ضمن المجموعة 14 في الجدول الدوري، أي أنهما فردين من عائلة الكربون، والتي هي عبارة عن السيليكون في المنتصف ومن فوقه الكربون ثم تحته الجرمانيوم، الرصاص، والقصدير، وكذلك تعتبر تلك العناصر رباعية التكافؤ، وفي النقاط الآتية الفرق بين السيليكون والجرمانيوم:

• رمز السيليكون هو (Si) والعدد الذري له هو 14، وبالنسبة للجرمانيوم فإنه يرمز له (Ge) وعدده الذري هو 32.
• في الغالب يتم زيادة نصف القطر الذري الخاص بالعناصر في كل وقت يتم الانتقال فيه إلى العمود من الأسفل في كل واحدة من مجموعات الجدول الدوري، وبالتالي يصبح نصف القطر الذري للجرمانيوم أكبر من الذي يمتلكه السيليكون.
• للجرمانيوم عند التوزيع الإلكتروني للذرات مجموعة من الإلكترونات في المدار (d)، بينما السيليكون لا يمتلك توزيع إلكترونات في المدار (d).
• درجة توصيل الجرمانيوم أعلى من السيليكون، ويرجع السبب في ذلك إلى أن العدد الذري للسيليكون أقل من الجرمانيوم.
• غالبية مواصفات السيليكون تكون تكلفتها أقل من مواصفات الجرمانيوم التي تماثلها بعشرة أضعاف، كما أن موصلات السيليكون تُستخدم على مدار واسع، وذلك نتيجة سهولة استخدامها عند درجات حرارة أعلى من موصلات الجرمانيوم.

استخدامات الجرمانيوم

يستخدم الجرمانيوم في الكثير من المجالات، إذ أنه يساهم في صناعة الترانزستورات، وهو ما جعل تطبيق معدن الجرمانيوم  في العديد من الأمور أمر سهل، وفي التالي الاستخدامات المتعددة له:

• يمتلك ثاني أكسيد الجرمانيوم مؤشر انكسار عالي وأيضًا انخفاض التشتت البصري، وهو ما يجعله مناسبًا في عدسة الكاميرا التي تمتلك زوايا واسعة، بالإضافة إلى العدسات الشيئية الموجودة في المجهر.
• يستعمل في أنظمة الألياف البصرية، كما يستخدم أيضًا في البصريات بالأشعة تحت الحمراء، وكذلك يعد نوع من المحفزات للبلمرة في العلاج الكيميائي للأمراض.
• يستخدم في إنتاج خلايا شمسية ذات كفاءة عالية، وهي ما يمكن الاستعانة بها في التطبيقات الفضائية.
• يستطيع الجرمانيوم النقي أن يحدد مصادر الإشعاع بدقة، وهي من الميزات التي تحتاجها الدول في أمن المطارات، إذ يمكن استعماله في نظام الرؤية الليلية من خلال الأشعة تحت الحمراء.
• يدخل في تطبيقات الأشعة السينية، كما يدخل في صناعة السبائك المعدنية ذات التكلفة العالية، فمثلًا استخدام الجرمانيوم في سبائك الفضة الاسترلينية جعل مقاومتها لفقدان بريقها أعلى.
• يعتبر كنوع من العلاج الكيميائي، إذ يمتلك مجموعة من المركبات السامة التي تكافح أنواع مختلفة من البكتيريا.
• أشعة الليزر التي تساعد على نقل البيانات لمسافات طويلة يتم إنتاجها 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.