لماذا السيليكون كرقائق أشباه موصلات؟

أشباه الموصلات هي مواد تتراوح موصليتها الكهربائية عند درجة حرارة الغرفة بين موصلية الموصلات والعوازل. فمثلاً، سلك النحاس موصل، وسلك الألومنيوم موصل، والمطاط عازل. ومن منظور الموصلية، تشير أشباه الموصلات إلى مواد ذات موصلية قابلة للتحكم، تتراوح بين الموصلات والعوازل.

في بدايات صناعة رقائق أشباه الموصلات، لم يكن السيليكون هو المادة الأساسية، بل كان الجرمانيوم. وكان أول ترانزستور مصنوعًا من الجرمانيوم، وكانت أول رقاقة دارة متكاملة مصنوعة أيضًا من الجرمانيوم.

مع ذلك، يواجه الجرمانيوم بعض المشاكل المعقدة، مثل كثرة عيوب التوصيل في أشباه الموصلات، وضعف استقراره الحراري، وانخفاض كثافة أكاسيده. علاوة على ذلك، يُعد الجرمانيوم عنصرًا نادرًا، إذ لا تتجاوز نسبته في القشرة الأرضية 7 أجزاء في المليون، كما أن توزيع خام الجرمانيوم متفرق للغاية. وبسبب ندرته الشديدة وتوزعه غير المركز، ترتفع تكلفة المواد الخام للجرمانيوم؛ فندرته وارتفاع تكلفة مواده الخام، بالإضافة إلى ارتفاع أسعار ترانزستورات الجرمانيوم، يجعل إنتاجها بكميات كبيرة أمرًا صعبًا.

لذا، انتقل الباحثون في دراستهم إلى مستوى أعلى، حيث ركزوا على السيليكون. ويمكن القول إن جميع عيوب الجرمانيوم المتأصلة هي مزايا السيليكون المتأصلة.

يُعدّ السيليكون ثاني أكثر العناصر وفرةً بعد الأكسجين، لكنّه نادر الوجود في الطبيعة، وأكثر مركباته شيوعاً هي السيليكا والسيليكات. تُشكّل السيليكا أحد المكونات الرئيسية للرمل. إضافةً إلى ذلك، يتكوّن الفلسبار والجرانيت والكوارتز وغيرها من المركبات من مركبات السيليكون والأكسجين.

2. يتميز السيليكون بثبات حراري جيد، مع أكسيد كثيف وثابت عزل كهربائي عالٍ، ويمكن تحضير واجهة سيليكون-أكسيد سيليكون بسهولة مع عيوب واجهة قليلة.

3. أكسيد السيليكون غير قابل للذوبان في الماء (وأكسيد الجرمانيوم غير قابل للذوبان في الماء) وغير قابل للذوبان في معظم الأحماض، وهذا ببساطة هو أساس تقنية الطباعة بالتآكل المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة. والمنتج الناتج هو عملية تصنيع الدوائر المتكاملة المستوية التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم.