إلكترونيات
يؤكد اعتماد قطاع التكنولوجيا المتقدمة على لقب وادي السيليكون على أهمية السيليكون في تكنولوجيا العصر الحديث. يتمتع السيليكون النقي، أي السيليكون النقي بشكل أساسي، بقدرة فريدة تتمثل في القدرة على التحكم بشكل منفصل في عدد وشحنة التيار الذي يمر عبره. وهذا يجعل السيليكون يلعب دورًا بالغ الأهمية في أجهزة مثل الترانزستورات، والخلايا الشمسية، والدوائر المتكاملة، والمعالجات الدقيقة، وأجهزة أشباه الموصلات، حيث يعد التحكم في التيار أمرًا ضروريًا للأداء السليم. تجسد أشباه الموصلات استخدام السيليكون في التكنولوجيا المعاصرة.
أشباه الموصلات
أشباه الموصلات هي مواد فريدة من نوعها لا تتمتع بالتوصيل الكهربائي للموصل ولا للعازل. وتقع أشباه الموصلات في مكان ما بين هاتين الفئتين، مما يمنحها خاصية مفيدة للغاية. أشباه الموصلات قادرة على التعامل مع التيار الكهربائي. يتم استخدامها لتصحيح الإشارات الكهربائية وتضخيمها وتبديلها، وبالتالي فهي مكونات أساسية للإلكترونيات الحديثة.
يمكن تصنيع أشباه الموصلات من مجموعة متنوعة من المواد، ولكن غالبية أشباه الموصلات مصنوعة من السيليكون. لكن أشباه الموصلات ليست مصنوعة من السيليكات، أو السيلان، أو السيليكون؛ إنها مصنوعة من السيليكون النقي، أي بلورة السيليكون النقية بشكل أساسي. مثل الكربون، يمكن للسيليكون أن يصنع بلورة تشبه الماس. ويسمى هذا الهيكل شعرية السيليكون. يعتبر السيليكون مثاليًا لصنع هذا الهيكل الشبكي لأن إلكترونات التكافؤ الأربعة الخاصة به تسمح له بالارتباط بشكل مثالي مع أربعة من جيرانه من السيليكون.
ومع ذلك، فإن شبكة السيليكون هذه هي في الأساس عازل، حيث لا توجد إلكترونات حرة لأي حركة شحنة، وبالتالي فهي ليست من أشباه الموصلات. يتحول هذا الهيكل البلوري إلى أشباه الموصلات عندما يتم تخديره. ويشير التطعيم إلى عملية يتم من خلالها إدخال الشوائب إلى السيليكون فائق النقاء، وبالتالي تغيير خصائصه الكهربائية وتحويله إلى شبه موصل. يؤدي التطعيم إلى تحويل السيليكون النقي إلى شبه موصل عن طريق إضافة أو إزالة عدد صغير جدًا من الإلكترونات، مما يجعله ليس عازلًا ولا موصلًا، بل شبه موصل ذو توصيل محدود للشحنة. يؤدي التلاعب الدقيق بشبكات السيليكون النقي عبر المنشطات إلى توليد مجموعة واسعة من أشباه الموصلات التي تتطلبها التكنولوجيا الكهربائية الحديثة.
تصنع أشباه الموصلات من السيليكون لسببين أساسيين. يتمتع السيليكون بالخصائص اللازمة لصنع أشباه الموصلات، ويعتبر السيليكون ثاني أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض.
نظارات
الزجاج هو مشتق آخر من السيليكون يستخدم على نطاق واسع في المجتمع الحديث. إذا تم خلط الرمل، وهو رواسب السيليكا، مع كربونات الصوديوم والكالسيوم عند درجات حرارة قريبة من 1500 درجة مئوية، فعندما يبرد المنتج الناتج، يتكون الزجاج. الزجاج هو حالة مثيرة للاهتمام بشكل خاص من السيليكون. الزجاج فريد من نوعه لأنه يمثل شكلاً صلبًا غير بلوري من السيليكون. ترتبط عناصر السيليكا رباعية السطوح ببعضها البعض، ولكن ليس في نمط أساسي وراء الترابط.
والنتيجة النهائية لهذا التركيب الكيميائي الفريد هي مادة هشة وشفافة بصريًا والمعروفة باسم الزجاج. يمكن العثور على مجمع السيليكا هذا تقريبًا في أي مكان توجد فيه الحضارة الإنسانية.
يمكن أن يتلوث الزجاج بإضافة شوائب كيميائية إلى بنية السيليكا القاعدية.
إن إضافة القليل من Fe2O3 إلى زجاج السيليكا النقي يعطي الزجاج المختلط الناتج لونًا أخضر مميزًا.
الألياف البصرية
يجب أن تنقل كابلات الألياف الضوئية الحديثة البيانات عبر إشارات ضوئية غير مشوهة عبر مسافات شاسعة. للقيام بهذه المهمة، يجب أن تكون كابلات الألياف الضوئية مصنوعة من زجاج خاص عالي النقاء. السر وراء هذا الزجاج فائق النقاء هو السيليكا فائقة النقاء. ولجعل كابلات الألياف الضوئية تلبي المعايير التشغيلية، تم تقليل مستويات الشوائب في السيليكا الخاصة بكابلات الألياف الضوئية هذه إلى أجزاء في المليار. يسمح هذا المستوى من النقاء بشبكة الاتصالات الواسعة التي أصبح مجتمعنا يعتبرها أمرا مفروغا منه.
سيراميك
يلعب السيليكون دورًا أساسيًا في صناعة البناء والتشييد. يعتبر السيليكون، وتحديدًا السيليكا، مكونًا أساسيًا في مكونات البناء مثل الطوب والأسمنت والسيراميك والبلاط.
بالإضافة إلى ذلك، السيليكات، وخاصة الكوارتز، مستقرة للغاية من الناحية الديناميكية الحرارية. وهذا يترجم إلى سيراميك السيليكون الذي يتمتع بقدرة عالية على تحمل الحرارة. هذه الخاصية تجعل سيراميك السيليكون مفيدًا بشكل خاص لأشياء تتراوح من هياكل السفن الفضائية إلى مكونات المحرك.
البوليمرات
تمثل بوليمرات السيليكون وجهًا آخر لفائدة السيليكون. وتتميز بشكل عام بمرونتها، ومقاومتها للهجوم الكيميائي، وعدم نفاذها للماء، وقدرتها على الاحتفاظ بخصائصها في درجات الحرارة العالية والمنخفضة. هذه المجموعة من الخصائص تجعل بوليمرات السيليكون مفيدة جدًا. يتم استخدامها في العزل، وأدوات الطهي، ومواد التشحيم ذات الحرارة العالية، والمعدات الطبية، والمواد المانعة للتسرب، والمواد اللاصقة، وحتى كبديل للبلاستيك في الألعاب.
