الفرق بين السيليكون والجرمانيوم

تعرّف أشباه الموصلات على أنّها مواد لها خصائص فريدة في طريقة تفاعلها مع التيار الكهربائي، حيث تكون الموصلية الكهربائية لها بين الموصلات الجيدة مثل النحاس والعوازل مثل المطاط، كما أنّها مواد بإمكانها تغيير قدرتها على التوصيل الكهربائي من خلال الاختلافات في درجة الحرارة، المجال الكهربائي المُطبّق أو إضافة الشوائب، إذ سمح اكتشافها إلى حدوث تطورات هائلة وهامة في مجال الإلكترونيات، حيث كانت الحاجة لها ملحة؛ وذلك لتصغير أجهزة الكمبيوتر وأجزائه، كما اقتضت الحاجة إلى أشباه الموصلات لتصنيع الأجزاء الإلكترونية مثل الديودات، الترانزستورات والعديد من الخلايا الضوئية،وتشتمل مواد أشباه الموصلات على عناصر السيليكون، الجرمانيوم، مركبات زرنيخيد الغاليوم، كبريتيد الرصاص أو فوسفيد الإنديوم، وفي هذا المقال سيتم الحديث عن الفرق بين السيليكون والجرمانيوم.[١]
الفرق بين السيليكون والجرمانيوم
في بداية الحديث عن الفرق بين السيليكون والجرمانيوم لا بدّ من معرفة أنّ كلاهما يُصنفان على أنّهما أشباه فلزات، إذ يوجد العنصران في المجموعة 14 في الجدول الدوري؛ أيّ ضمن عائلة الكربون [٢] والتي تتكوّن من عنصر السيليكون الذي يوجد فوقه عنصر الكربون؛ وتحته الجرمانيوم، القصدير والرصاص، وتتميز عناصر هذه المجموعة بأنّها رباعية التكافؤ[٣]، والنقاط الآتية ستوضح الفرق بين السيليكون والجرمانيوم:
يرمز للسيليكون بالرمز Si وعدده الذري 14[٣]، أمّا الجرمانيوم يرمز له بالرمز Ge وعدده الذري 32.[٢]
عادةً يزداد نصف القطر الذري للعناصر كلما تم الانتقال إلى أسفل العمود في كل مجموعة في الجدول الدوري، حيث يكون نصف القطر الذري للجرمانيوم أكبر من نصف القطر الذري للسيليكون[٢].
موصلية الجرمانيوم أعلى من موصلية السيليكون، وذلك لأنّ عنصر السيليكون له عدد ذري أقل من عنصر الجرمانيوم وكما هو معروف كيميائيًا بأن العناصر ذات العدد الذري الأقل ترتبط إلكترونات التكافؤ الخاصة بها مع النواة بشكل أكبر، أيّ أنّ السيليكون له إلكترونات تكافؤ مرتبطة بشكل أكبر مع النواة بالمقارنة مع إلكترونات التكافؤ الخاصة بالجرمانيوم الذي يتميز بعدد ذري أكبر؛ حيث ترتبط إلكترونات التكافؤ الخاصة به بشكل أقل مع النواة، وينتج عن ذلك وجود إلكترونات تكافؤ حرّة الحركة لعنصر الجرمانيوم مما يؤدي إلى موصلية أعلى.[٤]
يمتلك الجرمانيوم عند التوزيع الإلكتروني للذرات إلكترونات في المدار d أمّا السيليكون ليس له توزيع إلكترونات في المدار d[٥].
معظم مواصفات السليكون أقل تكلفة من مواصفات الجرمانيوم المماثلة لها بعشرة أضعاف، بالإضافة إلى استخدام موصلات السيليكون على نطاق واسع وذلك بسبب إمكانية استخدامها عند درجات حرارة أعلى من موصلات الجرمانيوم[٥].
الفرق بين ديودات السيليكون والجرمانيوم
ديودات الجرمانيوم هي الديودات المصنوعة من عنصر الجرمانيوم، وديودات السيليكون، وكذلك الأمر فهي مصنوعة من عنصر السيليكون والجدير بالذكر أنّ كلا العنصرين يؤديّان نفس الوظيفة أيّ يسمحان للتيار الكهربائي بالمرور عبرهما في اتجاه واحد،[٦]ولكن الفرق الرئيس بين ديودات الجرمانيوم والسليكون هو الجهد الذي يبدأ عنده التيار الكهربائي بالتدفق بحرية عبر الديود، حيث يبدأ ديود الجرمانيوم عادةً بتوصيل التيار الكهربائي عندما يصل الجهد المطبق عبر الديود إلى 0.3 فولت، أمّا بما يتعلق بديودات السيليكون فإنّها تتطلب جهدًا إضافيًا عن ديودات الجرمانيوم لتقوم بتوصيل التيار الكهربائي، أيّ أنّها تحتاج 0.7 فولت لإنشاء حالة الإنحياز الأمامي في ديود السيليكون.[٧]