اخبار التكنولوجياالتكنولوجيامفالاتمقالاتمنوعات
كيف تعمل الشرائح الالكترونية؟
كيف تعمل الشرائح الالكترونية؟
لفهم كيفية عمل الشرائح الإلكترونية (Integrated Circuits) يتوجب عليك أولًا معرفة طريقة صنع هذه الشرائح والمكونات التي تصنع منها.
تبدأ عملية التصنيع من خلال استخدام مركب خام مثل السيليكون (silicon)، وهو مركب يتم إنشاؤه بعملية معالجة وإشابة كيميائية، بحيث يحتوي على العديد من الخواص الكهربائية في آنٍ واحد.
يتم تصنيف المواد عادةً إلى صنفين حينما يتعلق الأمر بنقل الكهرباء، فإما تكون هذه المواد مواد موصلة للكهرباء (conductors)، أو مواد عازلة للكهرباء (insulators)، تشكل المعادن غالبية المواد الناقلة، بينما تضم المواد العازلة موادًا لافلزيةً مثل البلاستيك والخشب والزجاج، إلا أن الوضع معقدٌ أكثر بكثيرٍ مما تعتقد، ويتجلى هذا التعقيد خاصةً ضمن منتصف الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، ضمن المجموعتين الرابعة عشر والخامسة عشر، والمقصود هنا عنصرا السيليكون (silicon) والجرمانيوم (germanium)، حيث بالإمكان التعديل على بعض المواد العازلة، لجعلها مواد موصلةً للكهرباء من خلال عملية تدعى بالإشابة (doping)، عن طريقة إدخال كمية من الشوائب في تركيب العنصر.
فعند إضافة مركب الأنتيمون (antimony) إلى عنصر السيليكون، سيزداد عدد الإلكترونات الموجود ضمن العنصر عن المعدل الطبيعي، ما يعطي للسيليكون إمكانية نقل للكهرباء لم تكن متاحةً سابقًا، يسمى السيليكون عندئذٍ بمصطلح سيليكون-ن (n-type silicon).
في حالة إضافة عنصر البورون (boron) إلى السيلكون بدلًا من الأنتيمون، سيقوم البورون بسحب بعضٍ من الإلكترونات الموجودة في السيلكون، تاركةً مكانها ثقوبًا تدعى بالإلكترونات السالبة، مما يؤدي إلى نقل تيارٍ كهربائيٍ موجبٍ معاكسٍ بالجهة ضمن السيليكون، يطلق على هذا النوع من السيلكون مصطلح سيلكون من نوع p ،(p-type).
أن وضعين السابقين من السيليكون بجانب بعض، سيؤدي إلى حصول تقاطعات بين النوعين تؤدي لخلق قوى جذب تؤثر على الإلكترونات بطريقةٍ تسمح بإنتاج ما يسمى بالأجهزة شبه الموصلة إلكترونيًا مثل ثنائيات المسار(diodes) والترانزستورات (transistors)، والذواكر (memories).
يتم إنتاج شرائح السيليكون هذه ضمن مصانع مخصصة من قطعةٍ كبيرةٍ من السيليكون تقطع على شكل شرائح، ثم إلى مربعات ومثلثات يصنع من كل منها شريحة تدعى بالشريحة الإلكترونية، ثم يتم بعد ذلك عملية إشابة أجزاء مختلفة من سطح الشريحة لتحويل السيليكون فيها إلى سيلكون من أحد النوعين n أو p.
تتم عملية الإشابة بطرقٍ عديدةٍ منها ما يعرف بالرش المهبطي (Sputtering)، إذ يتم إطلاق الأيونات في هذه الطريقة على سطح السيليكون من خلال بندقية، بطريقةٍ تشابه عملية إطلاق الرصاص على الهدف، طريقة ثانية مستخدمة تدعى بطريقة ترسيب البخار (vapor deposition)، والتي تعتمد على عملية إدخال مادة الإشابة إلى العنصر عن طريق تعريض العنصر للمادة التي تتواجد على شكل غاز، بحيث يوضع العنصر والغاز في حجرة مغلقة، ومع الوقت تتركز ذرات الشوائب الموجودة ضمن الغاز على سطح السليكون مشكلةً طبقةً رقيقةً على سطح السيليكون.
بعد أن تتم عملية بناء الجزء الرئيسي من الشريحة الإلكترونية من المادة شبه الناقلة والتي تكون في غالب الوقت السيليكون، كما ذكرنا سابقًا، تتمحور الخطوة التالية في إضافة المكونات الكهربائية للشريحة بشكلٍ مصغر بحيث تعمل هذه المكونات مع بعضٍ ضمن الوسط شبه الناقل بهدف تحقيق المهمة المطلوبة من الشريحة الإلكترونية.
للشرائح الإلكترونية ميزات عديدة، دفعت كبرى شركات العالم للاعتماد عليها في مختلف الصناعات والمجالات، ومن أهم هذه الميزات:
تتميز الشرائح الإلكترونية بحجمها الصغير جدًا مقارنةً بالدارات المنفصلة.
تحوي الشرائح الإلكترونية على عددٍ كبيرٍ من المكونات الإلكترونية ضمن رقاقةٍ واحدةٍ ما يخفف من وزنها.
يتم تصنيع الشرائح الإلكترونية باستخدام تقنيات متطورة جدًا، ما يسهم في انخفاض كلفة التصنيع.
سهولة الاستبدال، وتوفير كبير الطاقة نتيجةً لصغر الحجم.
تتمتع الشرائح الإلكترونية بإداءٍ عالٍ وموثوقية كبيرة، نتيجةً للطريقة التي تصنع بها، والتي تبتعد عن استخدام التوصيلات الملحومة.
