طبيعة وخصائص السيراميك شبه الموصل

مقدمة: السيراميك شبه الموصل مركبات كيميائية مفيدة جدًا في عمليات التصنيع نظرًا لخصائصها الفريدة. تتناول هذه المقالة طبيعة وخصائص خمسة أنواع من السيراميك شبه الموصل، بالإضافة إلى استخداماتها في قطاع التصنيع. المعرفة الجيدة بهذه الأنواع من السيراميك تُحسّن استخدامها.

الألومينا كمواد سيراميكية شبه موصلة

الألومينا، المعروفة أيضًا باسم أكسيد الألومينا، هي مادة سيراميكية شبه موصلة. تُستخرج من الطبيعة على شكل معدن. كما يُمكن إنتاجها كمادة صناعية، من خلال صهر مواد الألومنيوم الصلبة. توجد الألومينا بأشكال مختلفة، ولذلك تُعرف بأنها غير متبلورة. على سبيل المثال، تُعرف الألومينا، التي توجد على شكل بلورات، باسم كوروندوم.

يوضح الجدول التالي الخصائص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية للألومينا.

الجدول 1: خصائص الألومينا (أكسيد الألومنيوم)، وهي مادة سيراميكية شبه موصلة

استخدامات الألومينا في السيراميك شبه الموصل: تتعلق استخدامات الألومينا بخصائصها الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية، باعتبارها سيراميكًا شبه موصل، وهي كما يلي:

• طلاء المعدات المستخدمة كالأفران، لأن الألومينا لديها القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية جدًا؛

• يستخدم في صناعة المجوهرات

• تستخدم في إنتاج معدات القطع، بسبب طبيعتها الصلبة؛ و

• يستخدم في إنتاج ورق الصنفرة الذي يستخدم لتنعيم الأسطح الخشنة.

نتريد السيليكون كمواد سيراميكية شبه موصلة

نتريد السيليكون هو سيراميك شبه موصل يُنتج صناعيًا. عمليات الإنتاج، وهي مكلفة للغاية وتتطلب معدات متخصصة، هي كما يلي:

   أ. النترتة المباشرة: في هذه العملية يتم حرق مسحوق السيليكون وغاز النيتروجين في ظروف درجات حرارة عالية جدًا لإنتاج نتريد السيليكون.

2. النترتة: هنا، يؤدي تفاعل بلورات مسحوق السيليكون في عملية الترابط إلى إنتاج نتريد السيليكون.

وعلى نفس المنوال، يتم تسليط الضوء على الخصائص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية لنتريد السيليكون في الجدول أدناه:

الجدول 2: خصائص نيتريد السيليكون كمادة شبه موصلة للسيراميك

استخدامات نيتريد السيليكون في السيراميك شبه الموصل، تشمل ما يلي:

• يتم استخدامه في بناء التوربينات؛

• لإنتاج المعدات والأدوات المستخدمة في العمليات الجراحية؛

• مفيد للغاية في تصنيع غرسات الأسنان والعظام؛

• مفيد في تصنيع الرقائق الدقيقة؛

• يعتبر نتريد السيليكون خفيف الوزن وبالتالي فهو مناسب لتصنيع الطائرات، لتسهيل الحركات المستقرة؛

• يستخدم في تكوين الثنائيات الباعثة للضوء فوق البنفسجي.

نتريد البورون كمواد سيراميكية شبه موصلة

نتريد البورون مادة سيراميكية شبه موصلة، نادرة الوجود في البيئة. وهي مادة نادرة، تُستخدم غالبًا في صورتها الصناعية. تُعرف أيضًا باسم الجرافيت الأبيض، نظرًا لشبهها الوثيق بالجرانيت.

تكلفة إنتاج نتريد البورون مرتفعة، ويتطلب تشغيل معدات الإنتاج خبرةً عالية. كما أن ارتفاع تكلفة إنتاج الأشكال الاصطناعية من هذه المادة يُصعّب على بعض الصناعات الحصول عليها، على الرغم من مزايا استخدامها في أنشطة الإنتاج التي تتطلب سيراميك أشباه الموصلات.

الجدول 3: خصائص نتريد البورون كمادة شبه موصلة للسيراميك

أشكال نتريد البورون كسيراميك شبه موصل: نتريد البورون هو نوع غريب من السيراميك شبه الموصل، لأنه يوجد في ثلاثة أشكال بلورية رئيسية وهي

   1. H-BN (نيتريد البورون السداسي - يتميز هذا النوع بأنه ناعم، ومزلق، وذو موصلية كهربائية منخفضة. عادةً ما تكون الأشكال الناتجة عن هذا النوع من نيتريد البورون كثيفة.

ثانيًا: C-BN، الذي يُنتَج من تعريض H-BN لحرارة عالية جدًا. منتجات C-BN صلبة جدًا؛ و

   ثالثًا. نتريد البورون-W، الذي يُشكَّل في درجات حرارة أقل من نتريد البورون-C. يُعد نتريد البورون-W مفيدًا جدًا في إنتاج الأشكال الصلبة. كما يتميز بكثافة أقل مقارنةً بأنواع نتريد البورون الأخرى.

استخدامات نتريد البورون كمادة شبه موصلة للسيراميك تشمل ما يلي

• إنتاج المشعات الحرارية.

• بناء الأفران.

• تخليق المواد البصرية.

• تحضير مستحضرات التجميل؛ و

• تصنيع مواد القطع.

نتريد الألومنيوم كمواد سيراميكية شبه موصلة

الوصف: نتريد الألومنيوم هو سيراميك شبه موصل. وهو ألومنيوم صلب يظهر على شكل نتريد. يُعدّ خيارًا شائعًا بين السيراميك شبه الموصل نظرًا لطبيعته غير السامة، إذ يُمكن استخدامه بأمان في أنشطة التصنيع. يُنتَج نتريد الألومنيوم صناعيًا من خلال دمج الألومنيوم والنيتروجين.

الجدول 4: خصائص نتريد الألومنيوم كمادة شبه موصلة للسيراميك

استخدامات نتريد الألومنيوم كمادة شبه موصلة للسيراميك:

• يتم استخدامه كمشتت حراري للتطبيقات الكهربائية والإلكترونية.

• يتم نشر هذه المادة للتطبيقات الكهربائية في المواقف التي تعتبر فيها درجة الحرارة المرتفعة وتبديد الحرارة تحديًا.

• يتم دمجها في إنتاج البلاستيك والمواد المصنوعة من الراتنج.

• يتم استخدامه في إنتاج مواد التغليف للمعدات الكهربائية.

• ويستخدم نترات الألومنيوم أيضًا لإنتاج مادة رقيقة تُعرف باسم مرشح الترددات اللاسلكية، والتي تستخدم في الهواتف المحمولة كمرنان صوتي.

• يتم استخدامه في تصنيع الميكروفونات.

كربيد السيليكون كمواد شبه موصلة للسيراميك

كربيد السيليكون مادة سيراميكية شبه موصلة، تُعرف أيضًا باسم الكربوراندوم. يوجد في حالته الطبيعية في معدن نادر يُعرف باسم المويسانيت. أظهرت الاختبارات التي أُجريت على عينات من كربيد السيليكون وجود نظائر للسيليكون والكربون. توجد هذه العناصر أيضًا في غبار النجوم ذي الأصل الفضائي.

مصادر أخرى لكربيد السيليكون: يمكن إنتاج كربيد السيليكون بكميات كبيرة على شكل بلورات ومسحوق. هناك طريقتان لإنتاج كربيد السيليكون الاصطناعي: طريقة ليلي والترسيب الكيميائي للبخار. تتطلب كلتا الطريقتين معدات متخصصة وخبرة عالية.

خصائص كربيد السيليكون كمادة شبه موصلة للسيراميك

استخدامات كربيد السيليكون كمادة شبه موصلة للسيراميك:

• يستخدم كربيد السيليكون في إنتاج المواد المقاومة والصلبة مثل السترات الواقية من الرصاص.

•  يتم استخدامه في صناعة المجوهرات.

• صياغة المواد الكاشطة.

• صناعة قوابض وفرامل السيارات.

• تُستخدم في العمليات الضوئية التحفيزية وكذلك في إنتاج ترانزستورات الانبعاث الميداني.

• إنتاج الآلات والمعدات الموفرة للطاقة.

• تجميع أنظمة الطاقة الشمسية والمركبات الكهربائية، بسبب قدرتها على تحمل الفولتية الكهربائية العالية.

• يتم تفضيله كبديل جيد لمواد الاحتراق عالية الكربون في عمليات الإنتاج، لحماية البيئة.

خاتمة:

تتميز السيراميكات شبه الموصلة بقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية، وصلابتها، وقدرتها على توصيل الكهرباء بكفاءة. وتشمل هذه الخصائص أيضًا قدرتها على مقاومة التآكل والتلف، وخصائص الرابطة الأيونية، واللون والشكل. وتُحدد هذه الخصائص أيضًا مدى ملاءمتها للاستخدام.