تطبيقات أشباه الموصلات

الموصلية الكهربائية

للعديد من المواد والعناصر على الأرض ما يميزها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية بما يتناسب مع تركيبها، ومن أحد أشهر هذه الخصائص الموصلية الكهربائية؛ وهي قدرة المادة على إيصال التيار الكهربائي عن طريق الإلكترونات الحرة، وليست كل المواد قادرة على ذلك ففي حين توجد مواد توصل الكهرباء بكفاءة عالية، يوجد أيضًا في المقابل مواد عازلة للتيار الكهربائي، ومن جهة أخرى تملك بعض المواد قدرةً على الإيصال بين الموصلات والعوازل، ويُطلق على هذه المواد أشباه الموصلات، حيث سيعرض هذا المقال تطبيقات أشباه الموصلات.

أشباه الموصلات

لا يمكن الاستغناء عن أشباه الموصلات في الصناعات الالكترونية، حيث تغطي تطبيقات أشباه الموصلات مدى واسعًا من المجالات، وذلك يرجع لما تملكه من خصائص تُميّزها عن غيرها من الموصلات، وهذه الخصائص ناتجة عن تفاعل الجزيئات مع بعضها على المستوى الذرّي^[١]، ومن أهم هذه الخصائص موصليتها الكهربائية والتي يمكن بإضافة بعض الشوائب التحكم بها وفي كيفية سريان التيار خلال نظام ما، ويمكن زيادة كفاءة أشباه الموصلات -كالسيليكون والجرمانيوم- عن طريق زيادة درجة الحرارة، فبعكس الموصلات كلما زادت حرارة أشباه الموصلات زادت موصليتها للكهرباء^[٢]، وعند درجة حرارة صفر كلفن تتصرف أشباه الموصلات كالعوازل.^[٣]

تطبيقات أشباه الموصلات

تلعب أشباه الموصلات دورًا كبيرًا في الحياة، حيث تُستخدم في مجال واسع من التطبيقات وتخدم العديد من المجالات بسبب خصائصها وسعرها المنخفض، فقد انتشر استخدامها حتى أصبح لا يمكن الاستغناء عنها في كلّ من القطاع الاستهلاكي والصناعي^[٤]، ومن أهم هذه المجالات ما يأتي:

المجال التقني

تدخل أشباه الموصلات في صناعة العديد من الأجهزة الالكترونية كالدوائر الكهربائية التي لا يكاد يخلو نظام منها، فاستخدام أشباه الموصلات جعل الأجهزة الالكترونية أسرع وأصغر حجمًا^[٥]، فلا يمكن الاستغناء عنها في الأنظمة الالكترونية وخدمة الاتصالات والمعالجات وتطبيقات الحوسبة^[٤]، ومن أشهر تطبيقات أشباه الموصلات في المجال التقني ما يأتي:

• أجهزة الاستشعار البصرية والبواعث الضوئية كليزر الحالة الصلبة.^[٤]
• أساس تصنيع العديد من الأجهزة كالراديو والكمبيوترات والهواتف النقّالة.^[٥]
• تصنيع الأجزاء الكهربائية التي تُستعمل في الأجهزة الالكترونية كالدايودات والترانزستورات.^[٥]
• تدخل في العديد من الاختراعات الحديثة كالطابعات ثلاثية الابعاد، وفي إضاءات الليد LED.^[٥]
• تطوير أشباه موصلات بحجم النانو ليتم استخدامها في الخلايا الشمسية والتصوير الجزيئي والخلوي وأجهزة الكشف الحساسة.^[٦]
• توفير البنية الأساسية لتطوير أنظمة نانو معقدة مثل الشبكات الفائقة والعديد من عوامل الوسائط للتصوير الجزيئي والعلاج الموجّه.^[٦]

المجال الطبي

تتخطى تطبيقات أشباه الموصلات المجال التقني لتخدم أيضًا المجال الطبّي حيث تدخل في صناعة العديد من الاختراعات الجديدة التي تستند إلى أساليب الطباعة الليثوغرافية، حيث يتركز استخدام أشباه الموصلات في صناعة بلورات بحجم النانو لتستخدم في الاختبارات التشخيصية^[٧]، حيث يمكن تصنيع هذه البلورات بمواد معدنية عضوية والتي يمكن فيما بعد جعلها قابلة للذوبان في الماء عن طريق تغطيتها بحمض مبلمر معيّن يجعلها قابلة للاقتران مع البوليمرات والجزيئات البيولوجية مثل الأجسام المضادة عبر تكوين روابط ببتيدية، ويشيع استخدام بلورات أشباه الموصلات النانومترية لوضع العلامات على الخلايا والأنسجة، فحجمها النقطي وقابليتها لبعث موجات في ظروف معينة يجعلها الخيار الأمثل لاستخدامها كملصقات في التطبيقات الطبية الحيوية التي تتطلب حساسية عالية ودقة طيفية، ومن الأمثلة على ذلك ما يأتي:^[٨]

• القياس المناعي الكمي في المختبر.
• توسيم عينات الخلايا الثابتة وعينات الأنسجة.
• تتبّع نشر مستقبلات الغشاء.
• تتبع حركة التكاثر والبقاء في الأنسجة المزروعة أو أثناء التطور الجنيني.

وقد تم اكتشاف أن هذه العلامات تتسرب في أنواع معينة من الورم على الأنسجة السليمة، مما يعني احتمال قابلية استعمالها كأداة للتشخيص المبكر وكدليل أثناء الجراحة.

المراجع

1. ↑ " Basic Properties of Semiconductors", eng.libretexts.org, Retrieved 5-8-2019. Edited.
2. ↑ "What are the properties of semi conductors?", www.quora.com, Retrieved 5-8-2019. Edited.
3. ↑ "What are the properties of semiconductor material?", www.quora.com, Retrieved 5-8-2019. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت} "Semiconductor", www.britannica.com, Retrieved 5-8-2019. Edited.
5. ^ ^{أ ب ت ث} "What are the most important uses of semiconductors?", www.quora.com, Retrieved 5-8-2019. Edited.
6. ^ ^{أ ب} "Semiconductor Nanocrystals: Structure, Properties, and Band Gap Engineering", www.ncbi.nlm.nih.gov, Retrieved 5-8-2019. Edited.
7. ↑ "Applications of Semiconductor Fabrication Methods to Nanomedicine: A Review of Recent Inventions and Techniques", www.ncbi.nlm.nih.gov, Retrieved 5-8-2019. Edited.
8. ↑ "Application of semiconductor and metal nanostructures in biology and medicine.", www.ncbi.nlm.nih.gov, Retrieved 5-8-2019. Edited.