سایت ملیون ایران

سرشت علم(۲۵): نیمه رسانا‌ها و فنون میکروالکترونیک مدرن

دکتر ریموند رخشانی *

مقاله و فایل صوتی بیست و پنجم:

https://melliun.org/v/wp-content/uploads/2018/10/serechte-elm-Part-25.m4a?_=1

هر مَدارِ الکتریکی‌ نیاز به موادی رسانا برایِ جَریانِ کارآی برق[۱] و به مَوادی نارسانا برای جلوگیری از جریانِ الکترون‌ ها دارد.[۲] اما اگر مواد به همین‌ ها محدود بودند دُنیای الکترونیکی ما بسیار مَحدود می ‌ماند[۳]. شگفتی‌ های عصرِ ابزار‌های الکترونیکی مانندِ کامپیوتر، موبایل و بسیاری دیگر بدون موادِ نیمه ­رسانا عملی‌ نبودند[۴].

نیمه ­رسانا­ها موادِ بسیار ظریف و پیچیده­ ای برای رسانش یا هدایتِ جریان برق هستند اما نه آنچنان خوب و کارآ[۵].

همین اصل با جایگزینی تعدادی اتم‌ های آلومینیوم (عنصر شماره­ی ۱۳) با اتم‌ هایِ سیلیکن موردِ استفاده قرار می‌‌ گیرد.

نیمه­ رسانا‌های نوعِ مثبت و نیمه­ رسانا‌های  نوعِ منفی از منظرِ موادِ دیگر بسیار شگفت ­انگیز هستند[۱۰].

بر خلافِ بیشتر فلزات و نارساناها، نیمه­ رسانا‌های نوعِ مثبت و نیمه ­رسانا‌های  نوعِ منفی اتم به اتم طراحی و مهندسی‌ می­ شوند[۱۱].

با استفاده از ابزار‌هایی‌ فرا یا ماورایِ پاکیزه در خلأ محفظه­ ی ماشینی بسیار دقیق[۱۲]، اتم‌ ها به شکل غباری بر صفحه­ ای مسطح رسوب ­داده و جاسازی می ­شوند[۱۳].

یک نیمه ­رسانای نوعِ مثبت یا نوعِ منفی‌ بخودی خود چندان اهمیتی ندارد . وقتی‌ که دو نوع یا بیشتر نیمه­ رسانا‌ها را با هم طراحی می‌‌ کنند، دیود‌ها[۱۴]( یا برق- دوراهه­ ها) ساخته می ­شوند که صنعتِ الکترونیک بدون آنها به چنین مقامی هرگز نمی ‌‌رسید.

نیمه ­رسانا­ها اما به این دو نوع محدود نمی ­شوند.[۱۵]

برای نمونه کامپیوتر ماشینی است که تواناییِ‌ سازمان ­دهی‌ به اطلاعات را دارد. هیچ کامپیوتری بدون آن مدار‌های درهم ­شده عملی‌ نبود.

گذار به مدرنیته بدون انقلابی الکترونیکی که متکی‌ بر عملکردِ نیمه­ رسانا‌ها در میکروچیپ‌ ها در همه­ ی ابزار‌هایِ نوین است میسّر نمی­ بود.

_________

[۱]

Rizk, Farouk, A. M. and Trinh, Giao, N. High Voltage Engineering. CRC Press, 2017.

[۲]

Amdahl, K. There Are No Electrons. Arvada, CO: Clearwater, 1991.

[۳]

Shea, C. O. Conductors and Insulators. Gareth Stevens Publishing Learning Library, 2013.

[۴]

Rakhshani, Raymond. Origins of Modernity. Even Development in the Evolution of Science and Technology. South Carolina: CreateSpace, A Division of Amazon Publishing, 2011.

[۵]

Fuller, Thomas, F. and Harb, John, N. Electrochemical Engineering. Wiley, 2018.

[۶]

Schroder, Dieter, K. Semiconductor Material and Device Characterization. Wiley, IEEE Press, 2015.

[۷]

delocalized

[۸]

n-type semiconductors

[۹]

p-type semiconductors

[۱۰]

Grundmann, Marius. The Physics of Semiconductors: An Introduction Including Nanophysics and Applications. Springer, 2016.

[۱۱]

Fulay, Pradeep, and Lee, Jung-Kun. Electronic, Magnetic, and Optical Materials. CRC Press, 2016.

[۱۲]

Ultra clean instruments in vacuum chambers

[۱۳]

vaporized and deposited

[۱۴]

diodes

[۱۵]

Trefil, J.S. and Hazen, R.M. The Sciences, An Integrated Approach, 2nd Edition. Chapter 10. New York: Wiley, 1997.

[۱۶]

Transistors having n-p-n or p-n-p semi-conductors

[۱۷]

Lidow, Alex, and Strydom, Johan, and De Rooij, Michael, and Reusch, David. GaN Transistors for Efficient Power Conversion. Wiley, 2014.

[۱۸]

programmable logic controllers – PLC

[۱۹]

Microchips as integrated circuits

[۲۰]

Brotherton, S. D. Introduction to Thin Film Transistors: Physics and Technology of TFTs. Springer, 2013.

[۲۱]

binary numbers

[۲۲]

binary codes

[۲۳]

Digitized as a sequence of binary codes in the shape of PIXELS or picture elements

[۲۴]

magnetic storage devices

[۲۵]

north pole directions, storing information either north down or north up

[۲۶]

central processing unit – CPU

[۲۷]

silicon-based semiconductors

————————————————————–

بخش ۱ این نوشته

بخش ۲ این نوشته

بخش ۳ این نوشته

بخش ۴ این نوشته

بخش ۵ این نوشته

بخش ۶ این نوشته

بخش ۷ این نوشته

بخش ۸ این نوشته

بخش ۹ این نوشته

بخش ۱۰ این نوشته

بخش ۱۱ این نوشته

بخش ۱۲ این نوشته

بخش ۱۳ این نوشته

بخش ۱۴ این نوشته

بخش ۱۵ این نوشته

بخش ۱۶ این نوشته

بخش ۱۷ این نوشته

بخش ۱۸ این نوشته

بخش ۱۹ این نوشته 

بخش ۲۰ این نوشته 

بخش ۲۱ این نوشته 

بخش ۲۲ این نوشته

بخش ۲۳ این نوشته

بخش ۲۴ این نوشته

—————–

* دکتر ریموند رخشانی در باره خودش:

من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی من مهندسی‌ سیستم‌ها است، و تخصص من در بکارگیری اندیشه سیستمی‌ برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فراورده‌های نوین می‌‌باشد. در این سلسله از مقالات و فایل‌های صوتی کوشش می‌‌کنم که علم مدرن را از پایه به دوستان معرفی‌ کنم.

خروج از نسخه موبایل