وللتعرف أكثر علي #أشباه #الموصلات دعونا نلقي نظرة عن كثب على التركيب الذري لها ولنأخذ ذرة السيليكون كمثال: تحتوي ذرة السيليكون علي 14 الكترون وطبقا لتوزيع الإلكترونات في مدارات الذرة الذي يخضع للعلاقة 2N^2 (حيث n رقم المستوي) فإن المدار الاخير يحتوي علي 4 إلكترونات وتكون قوة جذب نواة الذرة لتلك الإلكترونات متوسطة بين الموصلات والعوازل, ولكي تصل الذرة الي حالة الإستقرار ترتبط ذرات السيليكون ببعضها عن طريق روابط تساهمية ( covalent bonds)، حيث تساهم كل ذرة بإلكترونات المدار الاخير (إلكترونات التكافؤ) مع أربع ذرات اخري وهكذا حتي يتم بناء البنية البلورية لمادة السيليكون. عند درجة #حرارة #الصفر المطلق ( 0 Kelvin) لاتحتوي ذرة السيليكون في بلورة السيليكون النقية على إلكترونات حرة, ولكن عند درجة الغرفة تكتسب بعض الإلكترونات طاقة حرارية كافية فتتحول الي إلكترونات حرة, ويقدر عدد هذه الإلكترونات الحرة تقريبا ب 15, 000, 000, 000 إلكترون في 1 سنتيمتر مكعب (وذلك في مادة السيليكون النقية فقط) #لكن ما الذي يميز أشباه الموصلات عن باقي أنواع المواد ؟؟ أهم الخواص التي تميز أشباه الموصلات هي انه يمكن التحكم في درجة توصيل التيار الكهربي خلالها وذلك من خلال عملية التطعيم ( doping).
* أنواع أشباه الموصلات تقسم اشباه الموصلات إلى نوعين أساسيين تبعًا لنوع المادة الشائبة، وهما: أشباه موصلات السالبة (N- type Semiconductor): هي أشباه الموصلات ذات الناقلية الأعلى؛ كونها تحوي كميةً أكبر من الإلكترونات الحرة، أي أن الشائبة المضافة هنا هي شائبة منشّطة. ما هي اشباه الموصلات (Semiconductors)؟. اشباه الموصلات الموجبة (P-type Semiconductor): هي أشباه الموصلات ذات الناقلية الأقل؛ لأن الشائبة المضافة من النوع المبطئ وبالتالي فالإلكترونات الحرة الموجودة قليلة. * أهم استخدامات اشباه الموصلات تقريبًا، إن كلّ الأجهزة الإلكترونية الموجودة ضمن الغرفة التي تجلس فيها الآن تحوي في لوحاتها الإلكترونية على أشباه موصلات. أهم الأمثلة على ذلك؛ حساسات الحرارة ضمن أجهزة التكييف، ووحدات المعالجة المركزية في الحواسيب المحمولة، والهواتف الذكية، و الكاميرات الرقمية ، وأجهزة التلفزيون، والغسالة، و الثلاجة ، ومصابيح LED تُستَخدم فيها أيضًا أشباه الموصلات، إضافةٍ إلى الكثير والكثير من الأجهزة الأخرى. * اشباه الموصلات مهمة بشكلٍ خاصٍ بفضل إمكانيّة تكييفها والتحكم بمقدار ناقليّتها للتيار الكهربائي، حيث يمكن بفضل هذه الخصاصية صناعة أنماط مختلفة من المعدّات الإلكترونية ذات الخصائص المختلفة.
الثقوب والإلكترونات في أشباه الموصلات: الثقوب (الشحنات الموجبة) والإلكترونات هي أنواع ناقلات الشحنة المسؤولة عن تدفق التيار الكهربائي في أشباه الموصلات. الثقوب (إلكترونات التكافؤ) هي حاملة الشحنة الكهربائية موجبة الشحنة بينما الإلكترونات هي الجسيمات سالبة الشحنة. كل من الإلكترونات والثقوب متساوية في الحجم ولكنها متقابلة في القطبية أي متعاكسة الشحنة. حركة الإلكترونات والثقوب – Mobility of Electrons and Holes: في أشباه الموصلات، تكون حركة الإلكترونات أعلى من حركة الثقوب (الشحنات الموجبة). ما هي اشباه الموصلات - موقع محتويات. ويرجع ذلك أساساً إلى هياكل النطاق المختلفة وآليات التشتت، تنتقل الإلكترونات في شريط التوصيل بينما تنتقل الثقوب في نطاق التكافؤ. عندما يتم تطبيق مجال كهربائي، لا يمكن للثقوب أن تتحرك بحرية مثل الإلكترونات بسبب حركتها المحدودة. يؤدي إرتفاع الإلكترونات من غلافها الداخلي إلى قذائف أعلى إلى إحداث ثقوب في أشباه الموصلات. نظراً لأنّ الثقوب تتعرض لقوة ذرية أقوى من النواة من الإلكترونات فإنّ الثقوب لديها حركة أقل. تعتمد حركة الجسيم في أشباه الموصلات على: تكون الحركة أكثر إذا كانت الكتلة الفعّالة للجسيمات أقل. تكون الحركة أعلى إذا كان الوقت بين الأحداث المتفرقة أكثر.
والفجوة عبارة عن الفراغ الذي يحدثه الإلكترون عند مغادرته للرابطة التساهمية وتعد الفجوة ذات شحنة موجبة، لأنها تقوم بجذب الإلكترونات الحرة التي تتحرك خلال البلورة، وتعد أيضًا إحدى حاملات الشحنة مثلها مثل الإلكترون الحر، وتتحرك الفجوات بعكس إتجاه حركة الإلكترونات. لاحظ أنه في المادة شبه الموصلة النقية (التي لا تحتوي على ذرات عناصر أخرى) فإن عدد الإلكترونات الحرة المتولدة بسبب الحرارة يساوي عدد الفجوات. ولكن عند ما ترتفع درجة حرارة شبه الموصل الشائب كثيرًا عن درجة حرارة الغرفة فإن الإلكترونات أو الفجوات الأصلية سوف تهيمن على الإلكترونات والفجوات الشائبة وتصبح كثافة الإلكترونات في حزمة التوصيل مساوية مرة أخرى لـكثافة الفجوات في حزمة التكافؤ وهكذا فإن الحرارة العالية غير مرغوب فيها لأنها تمنع العناصر شبه الموصلة من أداء عملها بالصورة الإعتيادية. أنواع أشباه الموصلات تنقسم أشباه الموصلات بحسب خصائصها وبنيتها الفيزيائية إلى ما يلي: أشباه الموصلات النقية أو الجوهرية شبة الموصل النقي (Intrinsic Semiconductor) هو مادة شبة موصلة نقية جدًا وخالية من الشوائب (غير مطعمة)، وعند درجة حرارة الصفر المطلق تكون عازلة حيث لا يوجد بها إلكترون حر، وأهم خاصية لمواد أشباه الموصلات أنه يمكن تحسين توصيلها للتيار الكهربي (أي تعديل مقاومتها النوعية) بتعريضها لطاقة خارجية كالحرارة أو الضوء أو بتطعيمها بالشوائب.
اقرأ أيضًا: كيف أثّر توقف الملاحة في قناة السويس على قطاع التكنولوجيا وصناعة الإلكترونيات في العالم أشباه الموصلات، محورٌ آخر للحرب الباردة لا تقل أهمية السيطرة على صناعة أشباه الموصلات عن تلك الأهمية التي يحظى بها النفط، فيمكن اعتبار أشباه الموصلات "نفط القرن الواحد والعشرين". أي أن البلد المتحكم بهذه الصناعة قادرة على التفوق العسكري والاقتصادي، وذلك ما سعت أميركا لنيله من خلال تضييق الخناق على الصين، عن طريق فرض الحظر على العملاق الصيني هواوي و منعهم من الحصول على تصاميم خارجية لرقاقاتهم من أي شركة أمريكية ، مما أدى إلى شبه حظر للشركة من المصنع التايواني المتحكم الأكبر بصناعة أشباه الموصلات، والذي يشكل ساحة الحرب الأبرز بين القطبين. وعلى الجانب الآخر، تلك الإجراءات ستدفع بالصين حتماً لإيجاد حلول داخلية والاعتماد على الإنتاج المحلي لتغطية احتياجاتها، ربما تلك الإجراءات تتطلب بعض السنوات لتحقيقها، لكن ذلك سيشكل تهديدًا لأميركا عند حدوثه، ما دفع بالأخيرة لدعم صناعة أشباه الموصلات محليًا. هل يوجد حل قريب لأزمة أشباه الموصلات؟ تشير بعض التوقعات إلى أن الأزمة مستمرة لعامين على الأقل، حيث أن أغلب التوقعات تشير إلى انتهائها بين عامي 2022 وعام 2023، وذلك لأن إنشاء مصانع جديدة لتغطية الطلب يستغرق وقتًا طويلًا، كما أن إنتاج الرقاقات يستغرق أكثر من ثلاثة أشهر في مصانع ذات تجهيزات تكلف المليارات، فلا يعد الأمر بتلك السهولة، وحتى حدوث هذا فستظل الأزمة موجودة فيما يتعلق بإنتاج الرقاقات.
منذ أوائل الستينيات من القرن الماضي ، أصبح السيليكون أحد أشباه الموصلات المستخدمة على نطاق واسع، ليحل محل الجرمانيوم فعليًا كمادة لصنع الجهاز، والأسباب الرئيسية لذلك هي: تظهر أجهزة السيليكون تيارات تسرب أقل بكثير ، كما أن ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) ، وهو عازل عالي الجودة ، سهل الإدماج كجزء من جهاز قائم على السيليكون. وهكذا أصبحت تقنية السيليكون متطورة ومنتشرة للغاية، حيث تشكل أجهزة السيليكون أكثر من 95 في المائة من جميع منتجات أشباه الموصلات التي تباع في جميع أنحاء العالم. العديد من أشباه الموصلات المركبة لها بعض الخصائص الكهربائية والبصرية المحددة التي تفوق نظيراتها في السيليكون، وتُستخدم أشباه الموصلات ، وخاصةً زرنيخيد الغاليوم ، بشكل أساسي لتطبيقات موجات الراديو البصرية وتطبيقات الترددات اللاسلكية.
* تأثير الشوائب على الناقلية الكهربائية لشبه الموصل تعد اشباه الموصلات بصورتها النقية ذات بنيةٍ بلوريةٍ ضعيفة النقل للتيار الكهربائي، ولها أربعة إلكتروناتٍ تكافؤ في الطبقة الخارجية. يقوم المصنِّعون بعملية التنشيط (Doping) لأشباه النواقل بهدف تحسين ناقليّتها؛ حيث تتم في هذه العملية إضافة 2% من الشوائب خماسية إلكترونات تكافؤ مثل الزرنيخ ، فما الذي يحدث؟ كمية الزرنيخ المضافة غير كافيةٍ لتغيير البنية البلورية لنصف الناقل، وأربعة من إلكترونات تكافؤ الزرنيخ تسلك سلوك إلكترونات تكافؤ المادة النقية، أما الإلكترون الخامس فغير منسجم مع البنية، وعلى الرغم من بقائه قرب ذرة الزرنيخ، إلا أنه ليس ثابتًا، لذلك فإنه يتحرك بمرور التيار الكهربائي معززًا ناقلية شبه الناقل. أما من أجل فرملة أو تقليل ناقلية أشباه النواقل ، فيمكن إضافة ذرة ألمنيوم ثلاثية التكافؤ إلى بلورة شبه الناقل؛ حيث أن بنية الألمنيوم تلائم البنية البلورية للسيليكون، ولكن الإلكترون المفقود يشكل ما يشبه الحفرة، فتعمل بمثابة الفرامل أو المخدّر لمرور التيّار الكهربائي، وتعد مهمةً في إنشاء الصمامات الثنائية. تعتبر هاتان الآليتان المتعاكستان الأساس في عمل الصمامات الثنائية (LEDs).
التفاح يحتوي التفاح على الألياف التي تساعد على خفض مستوى الكوليسترول. الطماطم مصدر مهم للكاروتينويد الليكوبين ، التي تخفض خطر تراكم الترسبات داخل الشرايين. بذور الشيا تحتوي على حمض الألفا لينولينك الذي يمنع تراكم الترسبات. الذي يساعد على التخلص من ترسبات الشرايين عن طريق خفض مستوى الكوليسترول والدهون الثلاثية. البروكلي يحتوي على فيتامين ك ، الذي يحمي من تصلب الشرايين ، وتحتوي على مضادات الأكسدة والفيتامينات التي تمنع تأكسد الكوليسترول الضار. القرفة تعمل على خفض الكوليسترول و تنظيف الشرايين ومنع تكوين الترسبات في الشرايين. الشاي الأخضر: يحتوي الشاي الأخضر على مستوى عالي من الكاتيشين ومضادات الأكسدة التي تقي من تكون الترسبات. ملاحظة: قبل قيامك أو اتباعك هذا العلاج أو هذه الطريقة الرجاء استشارة الطبيب المختص. الكلمات الدالة
يمكنك ممارسة أنشطة القلب البسيطة، مثل: المشي السريع، وركوب الدراجات، والسباحة، ولعب التنس، كما قد يوصي الطبيب باتباع روتين رياضي معين بحسب حالتك الطبية. تجنب التدخين يضر التدخين بالشرايين بشكل مباشر ويمكن أن يزيد من تراكم الرواسب الدهنية بشكل أسرع. تقليل التوتر قد تتسبب مستويات التوتر والإجهاد في زيادة تراكم الرواسب في الشراين، في المقابل من الممكن أن تساعد تقنيات الحد من الإجهاد، مثل: ممارسة اليوغا أو تمارين التنفس في تقليل الرواسب في الشرايين وتعزيز صحة القلب.. تحسين العادات الغذائية لا يحدث انسداد الشرايين بين عشية وضحاها، حيث تلعب خيارات النظام الغذائي ونمط الحياة دورًا رئيسيًا في تطوره، قد يساعد تناول الطعام الصحي في منع زيادة انسداد الشرايين والمشكلات الصحية المرتبطة به. لذا تأكد من تناول نظام غذائي منخفض الدهون المشبعة والكولسترول والسكريات والكربوهيدرات البسيطة، وغني بالفواكه والخضروات لتحافظ على صحة ونظافة شرايينك. فيما يأتي بعض الأطعمة التي تساهم في تنظيف الشرايين من الترسبات: الرمان يحتوي الرمان على نسبة مرتفعة من مضادات الأكسدة التي تساعد في محاربة الجذور الحرة في الجسم، وتقليل الترسبات الدهنية في الشرايين، وبالتالي تساهم في منع المشكلات الخطيرة مثل تصلب الشرايين.
الخضوع للجراحة تشمل أنواع الجراحة ما يأتي: الدعامة (Stent placement): من خلال إدخال أنبوب صغير يسمى الدعامة قد يحتوي على دواء في الشرايين المسدودة من أجل ضمان تدفق الدم بشكل كافٍ. البالون (Balloon angioplasty): الذي يساهم في فتح الشريان المسدودة بشكل جزئي أو كلي، من خلال فتح الانسداد بجهاز يدفع الرواسب المتراكمة إلى الجدران الجانبية للشرايين. جراحة المجازة التاجية (Bypass surgery): هي عملية لإعادة توجيه الدم حول الشريان المسدود كليًا أو جزئيًا، من خلال أخذ وعاء دموي سليم من الساق أو الذراع ثم توصيلة بالمنطقة الواقعة أسفل الشرايين المسدودة. حقيقة إمكانية تنظيف الشرايين لا تدعم الأبحاث استخدام الخلطات الطبيعية لتنظيف الشرايين المسدودة في جسم الإنسان على الرغم من أن هناك بعض الأدلة التي تظهر نجاح بعض الأطعمة في تنظيف الشرايين عند الحيوانات. وهذا لا يعني أنه لا يوجد طرق لفتح الشرايين المسدودة في حال تم تشخيص الإصابة بها، فعلى الرغم من عدم وجود الكثير مما يمكنك فعله لتنظيفها إلا أنه بإستطاعتك فعل الكثير لمنع التراكم الإضافي. يمكن أن يساعدك التدخل الطبي وتغيير نمط الحياة الصحي للقلب في خفض مستويات الكولسترول الدهني منخفض الكثافة الذي يؤدي إلى انسداد الشرايين.. تغيير نمط الحياة إليك بعض الأمور التي عليك البدء بفعلها لضمان سلامة الشرايين: ممارسة الرياضة تعد السمنة أحد عوامل خطر تراكم الترسبات في الشرايين والإصابة بأمراض القلب، قد تساهم ممارسة التمارين الرياضية بانتظام في إنقاص الوزن وتقليل الترسبات السابقة وتقوية القلب.