نوشته مگان ری نیکولز
فناوری بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره ماست. ما با دوستان و خانواده صحبت می کنیم، با همکاران در تماس هستیم، با رایانه و تلفن های هوشمند خود از خانه ارتباط برقرار می کنیم و کار می کنیم. انواع مختلفی از فناوری تقریباً در هر بخش، از غذا گرفته تا آموزش، تولید و هر چیزی در این میان، در حال ظهور است. نوآوری‌هایی که امروز می‌شناسیم و دوست داریم برای ادامه دادن به یک چیز متکی هستند: نیمه‌رساناها
نیمه هادی ها چیست؟ چگونه کار می کنند و کجا می توانید آنها را به عنوان بخشی از زندگی روزمره خود پیدا کنید؟
نیمه هادی ها چیست؟
وقتی کابل شارژ خود را به دیوار وصل می کنید، چگونه کار می کند؟ الکتریسیته از پریز و از طریق یک سیم مسی عبور می کند تا زمانی که به تلفن یا دستگاه دیگری که با باتری کار می کند، برسد. این راه‌اندازی به این دلیل کار می‌کند که مس موجود در کابل شارژ شما به عنوان یک رسانا شناخته می‌شود – تقریباً در هر شرایطی برق را به خوبی حمل می‌کند. مس و سایر رساناها مانند فولاد و آلومینیوم مقاومت بسیار کمی دارند و اجازه می دهند الکتریسیته بدون مانع از منبع به مقصد جریان یابد.
از سوی دیگر، نیمه هادی ها بیشتر اوقات به عنوان عایق عمل می کنند. مقاومت بالاتری دارند و جریان الکتریسیته را به راحتی یا اصلا هدایت نمی کنند. در انتهای دیگر طیف عایق ها قرار دارند – موادی که به هیچ وجه الکتریسیته را هدایت نمی کنند. شما اغلب این سیم ها و نیمه هادی های اطراف را برای جلوگیری از ایجاد قوس و آسیب احتمالی پیدا خواهید کرد. لاستیک و کربن عایق های استاندارد هستند.
اگر آنها جریان الکتریسیته را رسانا نمی کنند، اما در برخی مواقع فقط به عنوان عایق کار می کنند، چرا نیمه هادی ها برای ایجاد فناوری ضروری هستند؟ چطورکار می کنند؟
نیمه هادی ها چگونه کار می کنند؟
وقتی به نیمه هادی ها و نحوه عملکرد آنها نگاه می کنید، باید چیزی به نام باند انرژی را در نظر داشته باشید. دو باند مختلف در این عناصر وجود دارد – نوار هدایت و باند ظرفیت. الکترون ها باید بتوانند بین این دو جزء به جلو و عقب حرکت کنند تا بتوانند الکتریسیته را هدایت کنند.
سیم وجود دارد هیچ تفاوتی بین ظرفیت وجود ندارد و نوارهای رسانا در عایق ها، فاصله زیادی بین این دو وجود دارد، بنابراین الکترون ها نمی توانند به جلو و عقب حرکت کنند و از انتقال انرژی جلوگیری می کنند. نیمه هادی ها در میانه راه بین این دو قرار می گیرند – شکاف بین نوارهای هدایت و ظرفیت کوچکتر است، اما فقط در شرایط خاصی با هم همپوشانی دارند.
شرایطی که به یک نیمه هادی اجازه می دهد انرژی را منتقل کند بسته به کاربرد متفاوت است. این می تواند مقاومت، دما، تعداد اتصالات یا هر تعداد چیز دیگری باشد. به عنوان مثال، یک نیمه هادی در یک سیستم ممکن است برای کمک به انحراف انرژی اضافی در صورت رسیدن به سطوح خطرناک باشد. همچنین اگر سیستم به دمایی برسد که می تواند به بقیه تجهیزات آسیب برساند، می تواند به عنوان یک کلید خاموش کننده ایمنی عمل کند.
ساختن نیمه هادی ها می تواند دشوار باشد. این مواد به دماها و محیط‌های دقیق نیاز دارند و ممکن است هفته‌ها یا ماه‌ها طول بکشد تا یک تراشه واحد تولید شود، که مشخصات دقیق ساخت را برای حفظ زنجیره تامین ضروری می‌سازد. کجا می توانید نیمه هادی ها را به عنوان بخشی از زندگی روزمره خود پیدا کنید؟
نیمه هادی ها در زندگی روزمره
این قطعه را روی چه می خوانید؟ اگر به رایانه، لپ تاپ یا تلفن همراه پاسخ دادید، از نیمه هادی ها استفاده می کنید. آیا در خانه شما ترموستات متصل به کولر وجود دارد؟ شما نیمه هادی های بیشتری دارید، در این مورد سنسورهای دما. پردازنده کامپیوتر شما، اینترنت که به آن متصل هستید و حتی نمایشگری که در حال تماشای آن هستید از نیمه هادی ها به اشکال مختلف استفاده می کنند.
دستگاه‌های پزشکی، اتومبیل‌ها، دوربین‌های دیجیتال، لوازم هوشمند، ماشین‌های لباسشویی، ال‌ای‌دی‌ها – همه این چیزها از نیمه‌رساناها برای انجام کارهای خود استفاده می‌کنند. اگر کامپیوتری است یا از امواج رادیویی استفاده می کند، جایی در آن نیمه هادی دارد. ما بیشتر فناوری خود و در نتیجه جامعه مدرن را مدیون استفاده از نیمه هادی ها هستیم.
بدون نیمه هادی ها، ما اکثر دستاوردهایی را که امروز می شناسیم، نخواهیم داشت. قبل از اختراع ترانزیستور در سال 1947 – یکی از اولین کاربردهای نیمه هادی ها – فناوری مانند تلویزیون های متکی به لوله های خلاء. آنها بزرگ، ناراحت کننده و به راحتی شکسته بودند. آیا می توانید تصور کنید که سعی کنید یک تلفن همراه لوله خلاء را در جیب خود حمل کنید؟ افتادن گوشی نه تنها شما را در خطر شکستن صفحه نمایش قرار می دهد، بلکه می تواند دستگاه را به طور کامل نابود کند!
نیمه هادی ها حتی از چیزهایی مانند GPS گوشی شما نیز پشتیبانی می کنند. این مواد می توانند در خلاء سخت فضا زنده بمانند و کار کنند، و آنها را به انتخابی عالی برای استفاده در ماهواره هایی که هر بار که از ناوبری استفاده می کنید، استفاده می کنند تبدیل می کند.
نیمه هادی ها را کجا می بینید؟
از صفحه نمایش خود به بالا نگاه کنید و به اطراف اتاق خود نگاه کنید. نیمه هادی های اطراف خود را کجا می بینید؟ ممکن است هرگز یک نیمه هادی را در دست نگیرید، اما بیشتر فناوری های مدرن ما بدون آنها وجود نداشتند. ببینید آیا می توانید تمام نیمه هادی های اتاق خود را فهرست کنید و در نظرات زیر به ما اطلاع دهید که چه تعداد از آنها را پیدا کرده اید.
