مشاهدة النسخة كاملة : سرعة الالكترون
أحمد الجابري
04-21-2006, 10:10 AM
كم سرعة الألكترون بالظبط؟
أبو فيصل
05-06-2006, 04:15 PM
سمعت والله أعلم أن سرعة الالكترون = 2000 كيلومتر / ثانية
تمام دخان
05-17-2006, 06:25 PM
كيف تم حساب سرعة الالكترون؟؟؟؟؟؟ :11: :11: :11:
NEWTON
05-17-2006, 07:20 PM
أعتقد أنه ليس له سرعة محددة ... حسب ....... ر...بـ..مـ..ـــا
HazemSakeek
05-18-2006, 08:25 PM
الالكترون جسيم له كتلة ويصل الى سرعات قريبة من سرعة الضوء اذا عجل داخل معجلات خاصة ولكن السؤال لم يحدد سرعة الالكترون المطلوبة هل هي في الاسلاك الكهربية لنقل الكهرباء ام سرعته حول النواة في المدار الاول او المدار الثاني وهكذا لان سرعة الالكترون تختلف حسب الظروف الموجود بها الالكترون
تحياتي
Classic
05-19-2006, 04:52 AM
سمعت أن سرعة الالكترون عندما يكون قريبا من النواة يساوي عشر سرعة الضوء لا أعلم هل هذا صحيح ام لا
وكلما ابتعد الالكترون عن النواة كلما قلت سرعته (استنتاج شخصي)
اتمنى من الدكتور حازم التعليق على كلامي وان يبين لنا سرعة الالكترون في مداراتها وفي الموصلات
واشباه الموصلات
أبو فيصل
05-19-2006, 05:39 PM
طيب .... عندي مداخلة ...
هل إذا اكتسب الالكترون طاقة ........ تزداد سرعته ..... ؟ وينتقل من مستوى إلى آخر ... ؟
HazemSakeek
05-19-2006, 06:29 PM
سمعت أن سرعة الالكترون عندما يكون قريبا من النواة يساوي عشر سرعة الضوء لا أعلم هل هذا صحيح ام لا؟ وكلما ابتعد الالكترون عن النواة كلما قلت سرعته (استنتاج شخصي)
بالفعل كلما ابتعد الالكترون عن النواة تقل سرعته لان السرعة تتناسب عكسيا مع المدار وقد قام العالم بوهر بوضع فرضيته لتركيب الذرة واستنتج ان مدارات الالكترونات حول النواة مكمم واستنتج نصف قطر هذه المدارات وسرعة الالكترون فيها وتبلغ سرعة الالكترون في المدار الأول 2.2x10^6 متر/الثانية
لمزيد من المعلومات هذه احد محاضراتي في الفيزياء الذرية عن فرضية بوهر وتركيب الذرة
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/AtomicPhysics/atomiclecture_5.htm
تحياتي
HazemSakeek
05-19-2006, 06:54 PM
طيب .... عندي مداخلة ...
هل إذا اكتسب الالكترون طاقة ........ تزداد سرعته ..... ؟ وينتقل من مستوى إلى آخر ... ؟
اذا اكتسب الالكترون طاقة ينتقل من مستوى طاقة الى مستوى طاقة اعلى فقط اذا كانت هذه الطاقة مساوية لفرق الطاقة بين المستويين.
ربما تحاول من استفسارك ان تصلى إلى ان الطاقة التي يكتسبها الالكترون تؤدي إلى زيادة سرعته وبالتالي تزداد قوة الطرد المركزي ومن ثم ينتقل الالكترون من مدار إلى اخر . اذا كان هذا ماقصدت فإنه غير صحيح لان الالكترون في اي مدار يقع تحت تأثير قوة التجاذب الكهربي بينه وبين النواة وبين قوة الطرد المركزي الناتجة عن سرعته ولكما اقترب من النواة كلما كانت القوة التجاذبية الكهربية اكبر وبالتالي قوة الطرد المركزي اكبر (يعني سرعة اكبر) واذا انتقل الى الاكترون الى مدار اكبر فإن قوة التجاذب بين الالكترون والنواة تكون اقل وعليه تقل قوة الطرد المركزي (يعني ان تقل السرعة) اذا الطاقة التي اكتسبها الالكرتون ساعدته في التخلص من طاقة الترابط بينه وبين النواة واذا كانت تلك الطاقة كبيرة وتساوي طاقة الترابط يتحرر الالكترون تماماً من النواة ويترك الذرة كأيون موجب.
دكتوره قادمه
10-25-2007, 12:41 AM
تتغير سرعة الألكترون حسب الموضع المتواجد فيه
هل يتأثر بـ القوى المحيطه به مثلا
عزام أبوصبحة
10-25-2007, 01:02 AM
طيب دكتور حازم عندي هنا استفسار لاني من زمان كنت حاب افتح النقاش في هذا الموضوع
عندما يمتص الالكترون طاقة وينتقل الى مدار علوي الطاقة التي امتصها تتحول الى اي نوع من الطاقة
HazemSakeek
10-26-2007, 12:41 AM
مراحبا اخي عزام
في الحقيقة طرحت هذا السؤال رائع بالفعل وهنا يجب ان نتحرر من تفكيرنا التجسيدي لما يحدث في الذرة لاننا نتحدث عن عالم متناهي في الصغر
لذلك سوف نتخيل ان الالكترون عبارة عن موجة منتشرة حول النواة بحيث يكون طول محيط المدار يساوي عدد صحيح من الطول الموجي لموجة الالكترون
واي مدار يوجد فيه الالكترون حول النواة يجب ان يحقق الشرط اعلاه وهذا ما قام بالتوصل له العالم سمرفيلد
لذلك اذا توفر فوتون بطول موجي مناسب بحيث اذا امتصه الالكترون ينتقل المدار الثاني
والله اعلم
تحياتي
pero 2008
10-26-2007, 05:06 PM
أعتقد انه طبقا لمبدأ الشك لهايزنبرج فانه يستحيل تعيين موضع وسرعة الالكترون فى نفس الوقت ولكن فى بعض الاحيان يستطيع العلماء قياس سرعة الالكترون المعجل لاستخدامة فى بعض التطبيقات
شكرا أحمد على عرض الموضوع
وبالغ شكرى للدكتور حازم على محاضرة بوهر
asd4488
08-17-2008, 07:16 PM
لدي تلعيق على سرعة الالكترون
هل يشترط انه اذا اتقل الالكترون من مدار قريب الى مدار بعيد ان تقل سرعته لكي تقل قوة الطرد الا يحتمل ان
الالكترون تكون سرعته ثابتة في مدار وتقل قوة الطرد من مدار لاخر بسبب زيادة محيط المدار فتقل السرعة الزاوية
حميدو 2006
10-26-2009, 06:15 PM
د\ حــازم
حيث أن معلوماتي جدا بسيطه في الفيزياء كيف أحدد سرعة الالكترون في مداره الاول والثاني بالنسبة لذرة الهيدروجين
شـــاكر ومقدر لك دكتورنا العزيز
فيزيائي مفعم
07-28-2012, 05:30 PM
الذي ظهر لي ان الالكترون له سرعة اكبر من سرعة الفوتون و ذلك حسب قانون الطاقة
ط=ك*مربع السرعة و كتلة الالكترون معلومة و لا شك ان له طاقة اذا لنحسب سرعته بالقانون السابق
سر=جذر الطاقة /الكتلة سنجد
سر=419كم*10 أس 3 و من الادلة لعى ذلك ان الالكترون لما ينزل الى سوية اقل تتحرر طاقة الفوتونات خارج الذرة فلو كانت سرعة الفوتون اكبر من الالكترون يجب ان نرى الضوء متقطع لان اتصال كمات الضوء يحصل بصعود و نزول الالكترون بين السوية الاعلى و الادنى منها حسابيا نجد انه يجب للتصل كمات الضوء و نراه متصلا ان يكون الالكترون اسرع من الفوتون و اكبر طاقة و الادل على ذلك اشعة بيتا السالبة شديدة النفاذية تصدر عن الالكترونات التي تحولت عن نيترونات في الانشطار النووي و هي اكبر طاقة من الفوتون الضوئي وذات نفاذية شديدة و لي بفضل الله دراسة بسيطة في سرعة الالكترون و حركاته ذلك سانشرها لاحقا و الله المستعان و الله اعلم و هاهنا انقل مناقشة مفيدة لبعض المواقع على النت حول هذه المشكلة
=================================== ================================
يهما أسرع ...سرعة الالكترون أم سرعة الضوء ؟ ولماذا ؟Google إجابات الفيزياء العلوم5 النقاط عدد الإجابات: 7 عدد الزيارات: 629
2
ساهرالليالي (saher alialy)
09/08/2011 5:24:42 صالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
أيهما أسرع ...سرعة الالكترون أم سرعة الضوء ؟ ولماذا ؟
الإجابة إعلام بالبريد الإلكتروني عند نشر إجابات جديدة
الإجابات التصنيف بحسب الوقت التصنيف بحسب التصويت
2
free55555 (" ")
09/08/2011 5:30:50 صالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
المراجع
[1] بلا عنوان(الويب)
ejabat.google.com
[2] بلا عنوان(الويب)
ejabat.google.com
2
wajdy hassan
09/08/2011 8:55:15 مالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
الاسرع هو الضوء ولا يوجد شئ اسرع منه
2
IEEE NAJIM
09/08/2011 9:11:06 مالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
سرعة الإلكترون تعتمد على طاقته فكلما زادت طاقته الحركية زادت سرعته إعتماداً على قانون الطاقة الحركية
لذلك علشان تحفز الإلكترون ويصير free electron لازم نسقط عليه ضوء incident photon ولازم تكون طاقة الفوتونات هذي أعلى من work function (تعني أقل طاقة لازمه لدفع الإلكترون خارج الماده) حقت الماده.
بعد ماتتحرر الإلكترونات تكون طاقتها الحركيه = الطاقه الحركية للفوتونات - أقل طاقة لازمه لتحفيز الإلكترونات
(K.E= hV-hVo (V=frequency & h= plank’s constant
بعد ماعرفنا الطاقة الحركيه للإلكترونات نقدر نحسب سرعتها من قانون الطاقه الحركيه
يعني في النهايه راح نجد سرعة الضوء (الفوتونات) أسرع من الإلكترونات لأن من القانون اللي فوق الإلكترونات تقدر توصل لسرعة الضوء إذا كانت اقل طاقة لازمه لتحفيز لإلكترون = صفر . وهذا مستحيل لأن هذي الطاقة لها علاقه بالروابط بين الذرات للماده فمستحيل نلقى ماده قوة الروابط بين الذرات= صفر. لذلك جزء من الطاقة يضيع في تفكيك الروابط وتحرير الإلكترونات
أشهر المواد SI GaAs Ge
أتمنى إني جاوبتك على سؤالك وآسف إذا كانت المصطلحات العربية غير واضحه لأني لم أدرسها بالعربي وإذا تبي تتعمق في المجال هذا ادرس الـ Quantum Mechanics
المصدر: Semiconductor Physics and Devices, Donald A. Neamen
1
خوارزم العرب
10/08/2011 12:32:59 صالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
لا احد يدري ؟؟؟؟؟ مجرد اقاويل على ان الضوء اسرع من الاكترون اعتادا على نظرية بور ( حساب سرعة الاكترون اعتمادا على قانون كولم ) ونظرية بور دحرت اكثر من مرة و جرى ترقيعها الف مرة لكن لايوجد دليل ملموس . ولاشيئ يمنع من ان يكون الاكترون اسرع من الضوء او العكس. الخلاصة لا احد يدري.
1
IEEE NAJIM
10/08/2011 6:02:48 مالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
السِجل المعدّل
الأخ خوارزم العرب
اللي تقصده شئ مختلف تماماً نظرية الفيزياء الكلاسيكية في تفسير الفرق بين سرعة الإلكترون و سرعة الضوء. فسروها بأن الـ (Intensity) هي التي تتحكم في أعلى سرعة ممكن للإلكترون الوصول لها. كلما زاد Intensity حق الضوء زادت طاقة الإلكترون الحركيه
لكن بعد فترة من الزمن وبعد التجارب اكتشفوا شئ مختلف هو ان سرعة الإلكترون لها علاقة طردية بالـ frequency وليس الـ intensity الخاصة بالضوء
طبعاً أنا ليش رابط سرعة الإلكترون بالضوء؟ لأن مانقدر نطلق الإلكترون إلا عن طريق الضوء والإشارات الكهربائه. والإشارات الكهربائيه لا تقارن بطاقة الضوء أو الفوتون. وجزء من هذي الطاقة راح يروح في فك الإلكترون والطاقه المتبقيه تتحول إلى طاقة حركيه..
أنا رجعت وسألت دكتور عندنا بالجامعه ( لأن الكلام اللي كتبته أخذته من كتاب يُدرس بجامعة البترول كورس phys 203 ومعلومات الكتاب في ردي السابق ) فعطاني نفس جوابي اللي فوق لكن قال انها قريبه من بعض لأن فيه عامل آخر اللي هو عامل الكتله ( كتلة الفوتون أعلى كتلة الإلكترون) فخفة الإلكترون تعوض شئ من السرعة لكن يبقى الضوء أسرع في النهاية.
ونظرية بور فيها أخطاء أتفق معك لكن هذا لا يعني دحرها. وكما وضحت في الفقرة الأولى بأن الفيزياء الكلاسيكية فشلت في تفسير سبب العلاقة بين الإلكترون والفوتون راجع ويكيبيديا http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
أطيب تحيه
1
lainassim
26/08/2011 2:02:24 صالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
سرعة الضوء اكبر و لو عملنا سباق 10 ميتر بينهما لقطع الضوء المسافة مليون مرة قبل ان يبدأ الالكترون التفكير في المشاركة في السباق
1
بدون اسم
12/07/2012 12:23:21 صالإبلاغ عن إساءة الاستخدام
حسب شو نوع الوسط
في الفراغ يكون الضوء هو السرعة القصوى في الكون
اما في الماء يكون الالكترون اسرع من الضوء
لكن بشكل عام(الفراغ) يكون الضوء هو الاسرع
عبدالله سوادي
07-29-2012, 10:57 PM
ليس للالكترون سرعة محددة ..وسرعة الالكترون داخل الموصل الكهربائي بطيئة جدا
فيزيائي مفعم
08-07-2012, 03:33 PM
انني اخي اتكلم عن سرعة الالكترون في حيز فيزاء الجسيمات لا علم الالكترونيك و بفضل الله انا تقني في الالكترونيك كذلك و اعلم ان الالكترون يمكن تبطيئه ......... ان للالكترون طاقة و كتلة و سرعة وفق قانون انشتاين للطاقة فان سرعته تساوي جذر(طاقته على كتلته)
وقد اجريت دراسوة بفضل الله طويلة نوعا ما اثبت فيها ان سرعة الالكترون في الخلاء تفوق سرعة الضوء و سألحقها هاهنا باذن الله بعد رمضان ان شاءء الله لاني في سفر و على سفر غير مستقر
فيزيائي مفعم
08-09-2012, 07:25 PM
إلكترونيات عالية السرعة مصنوعة
من السِليكون ـ جرمانيوم
لقد ساعد المؤلف على إيجاد أدوات (نبائط) إلكترونية تفوق في أدائها تقانة
السليكون التقليدية، ولكن تصنيعها يبقى متوافقا مع أساليب التصنيع العيارية.
<S.B. مايرسون>
أصبحت الشيپات chips المنطقية المصنوعة من السليكون تشكل جزءا مهما من حياتنا المعاصرة، ووصل الأمر ـ مثلا ـ إلى درجة أن بطاقة لعيد الميلاد قد تُصدِر الغناء نفسه الذي نسمعه عادة من ضيوف الحفلة. وعلى الرغم من النجاح المطرد لتقانة السليكون، فإن بعض المهتمين في هذا المجال قد تحفظوا لسنوات عديدة على أن تقانة السليكون تقترب من نهايتها الفيزيائية. وتنحصر مخاوفهم في أن التقانة التقليدية لا تستطيع أن تصل بالشيپات إلى سرعات أداء أعلى إلا إذا تم تصغيرها إلى حجم حرج يجعل الأدوات الإلكترونية electronic devices عاجزة عن العمل. وإذا كان الأمر كذلك، فإن التطور المستمر في عالم الإلكترونيات سيتطلب البحث لإيجاد بديل للسليكون، وستواجه الصناعة الضخمة للأجهزة الإلكترونية عندئذ فترة صعبة ومكلفة في هذا التحول. فهل يتجه السليكون فعلا نحو سنواته الأخيرة كما يدعي العديد من الكتّاب والباحثين؟
وفي الواقع، إن التقارير الصادرة حول انتهاء تقانة السليكون قد تم المبالغة فيها إلى حد كبير. فلقد قمت بالتعاون مع فريق من قسم الأبحاث والتصنيع في الشركة IBM باستكشاف سبل جديدة تهدف إلى توسيع عملية تطبيق تقانة السليكون وذلك بإدخال تعديلات على تركيب الشيپات. فبعد أن كانت التحسينات المذهلة في سرعة عمل الأجهزة الإلكترونية السليكونية وتطويرها تنتج في غالبيتها من عملية نمنمة الدارات الإلكترونية فإننا، عوضا عن ذلك، ركزنا اهتمامنا على استخدام مواد تزيد، بحدة، من سرعة الإلكترونات داخل الأدوات الإلكترونية، مقدمين بذلك طريقا بديلة نحو أداء أسرع لهذه الأدوات. ولقد أثبتت جهودنا أن سبيكة من السليكون والجرمانيوم، وهما عنصران شبه موصلين معروفان جيدا، يمكن أن تشكل الأساس لصنع ترانزستورات استثنائية عالية السرعة. وتعتبر الترانزستورات قواطع (مفاتيح) switches بسيطة تقع في صميم بنية الأجهزة الإلكترونية الحديثة.
يمكننا الوصول بسرعة عمل هذه الأدوات الإلكترونية المطورة حديثا إلى سرعات القطع (التبديل) بين الوصل onوالفصل off بمجرد تثبتنا من أن قدراتها تقع ضمن قدرات تقانة السليكون التقليدية. فضلا عن ذلك، يمكن تصنيع هذه الأدوات باستخدام خطوط إنتاج الشيپات المتوافرة، مدخرين بذلك توظيف بلايين عديدة من الدولارات التي تتطلبها مثل هذه التجهيزات. لهذه الأسباب، فإنني أتوقع أن تستمر تقانة السليكون في سيطرتها فعليا على تصميم الأجهزة الإلكترونية. وأتنبأ، من الآن، بأنها ستسترد ـ قريبا ـ فعاليتها ووظائفها التي حرمتها منها، في الوقت الحاضر، مواد أخرى دخيلة.
لقد أعلنت الشركة IBM حديثا بالاتفاق مع فريق تصميم الدارات من الشركة Analog Devices عن أول منتجاتها التجارية التي تضم ترانزستورات سليكون ـ جرمانيوم ذات الأداء العالي. ويتوقع، في السنوات القليلة القادمة، لمثل هذه الترانزستورات وغيرها من الأجهزة الإلكترونية التي تعتمد في صناعتها على سبيكة سليكون ـ جرمانيوم أن تجد لها مكانا معتبرا بين المنتوجات على نطاق واسع، بما في ذلك أجهزة الاتصالات الشخصية ومحولات الإشارة الإلكترونية التي تستخلص البيانات (المعطيات) الرقمية digital data من شبكة خطوط الألياف الضوئية المتزايدة الانتشار في جميع أنحاء البلاد.
ثمة عامل رئيسي يتحكم في مقدرة الحواسيب والأجهزة الإلكترونية الأخرى، وهو سرعة تشغيل أدواتها الإلكترونية. وخلال العقود القليلة الماضية، كانت عملية النمنمة بمثابة المفتاح الذي جعل هذه الأدوات ذات أداء أسرع. ولما كان أكثر الأدوات الإلكترونية أهمية في الدارات الإلكترونية هو الترانزستور الذي يعمل كقاطع on-offswitch إلكتروني بسيط يمثل الأساس الذي يقوم عليه الحاسوب الرقمي، فإن نظرة فاحصة أعمق لبنية الترانزستورات ستوضح لنا كيف تقوم بعملها، ولماذا يؤدي تصغير حجمها إلى تحسين عملها. إلا أن مثل هذا الاختبار سيبين أيضا لماذا لا يمكن التوسع بشكل غير محدود في عملية اختزال حجمها.
تحوي الأجهزة الإلكترونية التي تعتمد على السليكون نوعين رئيسين من الترانزستورات: الترانزستورات الثنائية القطب bipolar وترانزستورات المفعول ـ المجالي field-effect. ففي ترانزستورات المفعول المجالي يدخل التيار الكهربائي من موضع يعرف بالمنبع (المصدر) ويخرج عبر المصرف. وتدعى هذه المنطقة التي يَعْبُر من خلالها التيار ضمن الجهاز «القناة». وهناك جزء من الترانزستور يدعى البوابة، يتحكم في تدفق سريان التيار عبر القناة. وتقوم البوابة بعملها عن طريق توليد حقل (مجال) كهربائي بإمكانه ملء القناة وتفريغها من الشحنة، وبذلك يبدأ تدفق التيار ويتوقف. وعندما يُسمح للتيار بالمرور خلال القناة فإن الأداة الإلكترونية تكون في وضع وصل (تشغيل) on، وفي حال عدم تدفق التيار فإنها تكون في وضع فصل (قطع) off.
إن لترانزستور المفعول ـ المجالي فائدة قيمة: فهو يستهلك مقدارا متوسطا من الطاقة power. إذ يحتاج الفرد لتشغيل مثل هذا الترانزستور إلى شحن البوابة بحد أدنى من الجهد (الجهد الحرج) فقط. فبمجرد احتواء البوابة على الشحنة الملائمة لا يكون هناك داع لمزيد من التيار للإبقاء على الترانزستور في حالة واصل وفاصل. لذا، فإن ترانزستور المفعول المجالي لا يسحب فعليا أي طاقة إلا خلال فترة قيامه بالوصل والفصل. لهذا السبب، فقد لاءمت هذه الأدوات بشكل مثالي التطبيقات الصناعية التي تتطلب استهلاكا منخفضا من الطاقة، كما هي الحال ـ مثلا ـ في الحواسيب المحمولة، هذا إن لم نذكر ما في بطاقة عيد الميلاد الموسيقية.
وعلى العكس من ذلك، فقد اعتمدت الحواسيب ذات الأداء العالي بشكل رئيسي على الترانزستورات الثنائية القطب، التي يمكنها أن تعمل بشكل أسرع تماما من غيرها، إلا أنها تستهلك كمية أكبر من الطاقة. ففي أكثر الأصناف شيوعا من الترانزستورات الثنائية القطب، وهي أداة من النوع NPN (سالب ـ موجب ـ سالب)، فإن الإلكترونات تتدفق من منطقة المصدِّر emitter إلى مناطق المجمِّع collector. وعندما يتم تحريض الترانزستور فإن تيارا صغيرا يُحقن داخل منطقة القاعدة في الترانزستور. ويقوم هذا التيار بتخفيض حاجز مبني داخليا وثابت القيمة يَحُول دون تدفق الإلكترونات. وعندما يتناقص هذا الحاجز، يبدأ التيار بالمرور خلال الترانزستور، وبهذا تفتح الأداة على الحالة on. وتكون كمية التيار المارة خلال الأداة متناسبة مع كمية التيار التي حُقنت داخل القاعدة ولكنها أكبر بكثير.
يجب أن تحتوي قاعدة الترانزستور الثنائي القطب على شحنة كهربائية ثابتة تكفي للحفاظ على قيمة عالية لحاجز الطاقة (وبهذا يبقى الترانزستور في حالة فصل off) وذلك في حال عدم تطبيق تيار على القاعدة. ويقوم المهندسون ـ عادة ـ بتوليد مثل هذه الشحنات وذلك بإدخال شوائب نوعية، وما يعرف بالذرات المشابة (المطعّمة) dopantatoms، إلى السليكون أثناء تصنيع الترانزستور. وهذه الذرات المشابة تضيف إلى السليكون شحنة نهائية موجبة وسالبة، وذلك حسب طبيعة هذه الذرات. يُعرف السليكون المشاب بالنوع n إذا احتوى على شحنات سالبة وبالنوعp إذا كانت الشحنات الموجبة هي الغالبة فيه.
يعتمد عمل الترانزستور الثنائي القطب على الخواص الكهربائية عند السطح الفاصل بين السليكون ذي النوع nوالسليكون ذي النوع p. ويطلق عادة على السطح الفاصل بين منطقتين من شبه موصل له التكوين الرئيسي نفسه ـ هو السليكون غالبا، ولكن تتعاكس فيه أنواع الإشابة ـ اسم الوصلة المتجانسة homojunction. في حين تدعى منطقة التقاء مادتين غير متماثلتين الوصلة غير المتجانسة heterojunction. إن الوصلات المتجانسة أسهل تصنيعا بشكل كبير، لذا فهي السائدة في تصاميم الدارات الكهربائية الحالية.
يتألف الترانزستور المبتكر المشاهد في هذه الصورة المجهرية من مزيج من السليكون وسبيكة السليكون ـ جرمانيوم. ومنذ أربع سنوات أظهر اختراع هذه الأداة أن التقانة الجديدة فاقت ـ إلى حد كبير ـ سرعة عمل الأجهزة الإلكترونية السليكونية التقليدية.
يؤثر حجم الترانزستور سواء كان من نوع المفعول ـ المجالي والثنائي القطب بشكل كبير في سرعة التشغيل. والعامل الرئيسي الذي يحد من سرعة عمل الترانزستور الثنائي القطب، مثلا، هو الوقت اللازم للإلكترونات كي تتحرك عبر القاعدة. وبالتالي، فإن تصغير سماكة القاعدة سيقلل المسافة التي يجب على الإلكترونات قطعها، وبهذا يرتفع معدل السرعة التي يتحول فيها الترانزستور من واصل إلى فاصل. إن القاعدة الأرق، بدورها، تسهل إمكانية تقليص مساحة سطح الترانزستور بمجمله. ويسمح السطح الأصغر بترزيم أكبر للترانزستورات، مما يحسِّن من أداء عمل الشيپة وذلك بوساطة تصغير المسافات التي ينبغي على الإشارات الكهربائية أن تقطعها بين الترانزستورات. كما يؤدي تصغير الحجم هذا إلى .تحسينات مماثلة في أداء عمل ترانزستورات المفعول ـ المجالي.
يعمل ترانزستور المفعول المجالي (في اليسار) بوساطة تعديل شدة الحقل الكهربائي عند البوابة. وحسب تصميم الترانزستور فإن الحقل يمكن أن يسمح بتدفق التيار ويوقفه عبر القناة بدءا من المنبع وانتهاء بالمصرف. عندما يمر التيار خلال القناة، فإن الترانزستور يكون في حالة الوصل "on". يشتغل الترانزستور الثنائي القطب (في اليمين) عندما تتحرك الإلكترونات من المصدِّر إلى المجمِّع ويمنع حاجزُ الطاقة المقام في القاعدة هذه الحركة. وعندما يُحقن التيار في القاعدة، فإن الحاجز ينخفض وتتدفق الإلكترونات عبر الترانزستور. ويحتوي الترانزستور الثنائي القطب المبيّن هنا على طبقة سليكون ـ جرمانيوم تعمل على تسريع الإلكترونات كما تسرِّع أداء الأداة الإلكترونية.
لهذه الأسباب ، ركز التقانيون اهتمامهم على ابتكار الترانزستورات الأصغر حجما. ويشار غالبا إلى هذه الخطة المستخدمة لتعزيز عمل الأداة الإلكترونية عن طريق تصغير أبعادها الحرجة بالترقيق(1) scaling. ومع أن الترقيق هذا قد قاد بعد عدة سنوات من التحسينات إلى زيادة مرونة عمل الأجهزة الإلكترونية المصنوعة من السليكون وسرعتها، فإن هذا الاتجاه لا يمكنه الاستمرار إلى ما لانهاية. فالتأمل في طبيعة الترانزستورات الثنائية القطب سيكشف السبب الذي يجعل عملية الترقيق محدودة.
يؤدي الترقيق إلى تقليل سماكة قاعدة الترانزستور وتصغير حجمها، لذا ترتفع كثافة الإشابة بالضرورة للحفاظ على ثبات قيمة الشحنة الكلية للقاعدة. وهذا يتطلب ـ بشكل جوهري ـ نقل الأعداد الكلية نفسها من الذرات المشابة إلى منطقة القاعدة ذات الحجم الصغير جدا. لكن، لسوء الحظ، عندما تصبح الوصلة المتجانسة مشابة بشكل عال على كلا جانبيها، فإنها ستسرب التيار حتما. وإذا استمر الإنسان بترقيق الترانزستور الثنائي القطب NPN، فإن كثافة الإشابة ستصل في النهاية إلى مستوى من التسريب يجعل التيار يمر عبر الترانزستور حتى وإن كان هذا الأخير في حالة الفصل off، جاعلا إياه عديم الفائدة.
لقد بدأت التصاميم الحديثة للشيپة حاليا بدفع عملية الترقيق نحو نهايتها الطبيعية، لذا يتابع الباحثون بشكل جاد البحث عن وسائل بديلة لتحسين سرعة أداء الأدوات الإلكترونية. وفي الحقيقة، إن الشروط الفيزيائية الحدية لعملية الترقيق كانت السبب الأول الذي دفع بعض المهندسين لاقتراح الاستعاضة عن السليكون بمواد أخرى شبه موصلة تحوي مزيدا من المواد الدخيلة ـ مثل زرنيخيد الگاليوم Gallium Arsenide. إلا أن المصانع كانت قد أنفقت ووظَّفت عشرات البلايين من الدولارات كتجهيزات لتصنيع الأدوات الإلكترونية المصنوعة من السليكون. وصار من الضروري إذًا البحث عن طريقة تؤدي إلى أداء أسرع للأدوات دون إبعاد السليكون عن ساحة التصنيع.
لقد انصب معظم جهدي فيما مضى على تطوير تقانة للسليكون قابلة للإصلاح والتعديل، ولكن جهودي الحالية تقوم على فكرة قديمة. ففي أواسط الخمسينات أدرك عدد من الباحثين أن استخدام الوصلات اللامتجانسة سيمكّن ـ بشكل مبدئي ـ من تقديم طريقة لتسريع معدل القطع في الترانزستور، ليس عن طريق تقليص الأداة الإلكترونية وإنما بوساطة تعديل خواصها الإلكترونية الأساسية. فالمجالات (الحقول) الكهربائية المتولدة بشكل طبيعي في كلتا المادتين على طرفي الوصلة اللامتجانسة يمكنها أن تحصر الشِّحَن الموجبة والشِّحن السالبة على الجانبين المتقابلين للسطح الفاصل. وإذا تغيرت المادة عند الوصلة تدريجيا من تركيب مادة الطرف الأول للسطح الفاصل إلى تركيب مادة الطرف الآخر، فإن حقلا كهربائيا يمكن أن يتولد في هذه المنطقة المتدرجة.
وفي أواخر الخمسينات، اقترح <H.كرويمر> (يعمل حاليا في جامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا) استخدام هذا الحقل المتولد في الوصلة اللامتجانسة المتدرجة في تركيبها لكي يدفع الإلكترونات بسرعة عبر قاعدة الأداة الثنائية القطب. إذ إنه بتحريض الإلكترونات على الانتقال بسرعة أكبر تصبح الوصلات اللامتجانسة قادرة على العمل بشكل أسرع من عمل الوصلات المتجانسة ذات الحجم المماثل. لقد درس كرويمر عدة أزواج ممكنة من مواد أشباه الموصلات التي لها القدرة على تسريع عمل الترانزستور، وكان أكثر الأزواج المبشرة يتضمن السليكون على جانب والجرمانيوم على الجانب الآخر. وعلى الرغم من أنه بدا لهذه الفكرة صدى طيب، فإن الطريقة العملية لإنشاء وصلة لامتجانسة من الجرمانيوم والسليكون صالحة للعمل كانت مسألة خيالية.
لقد حدث تطور واعد خلال الستينات عندما طور الباحثون طريقة التقيّل (إپيتكسي)(2) epitaxy، وهي تقانة بدت ملائمة تماما لأغراض التصنيع الدقيقة. حيث يتم في هذه الطريقة ترسيب طبقات من الذرات على مادة بلورية معينة. وتعمل البلورة السفلية، وما يعرف بالقاعدة السفلية substrate كطبق رئيسي أُمّ تتراكم عليه طبقات جديدة من الذرات بحيث تتبع هذه الطبقات الترتيب نفسه الذي تتمتع به البلورة التي تقع تحتها.
وبما أن مادتي السليكون والجرمانيوم تتمتعان بالبنية البلورية نفسها، فإنه يمكن ترسيب طبقة من إحدى المادتين على الأخرى، ويبقى الترتيب الذري نفسه قائما. ولكن المسافات البينية الطبيعية، الواقعة بين الذرات، في بلورة الجرمانيوم تزيد بنسبة أربعة في المئة عن تلك الفراغات البينية الواقعة في بلورة السليكون. وقد تتمدد ذرات الجرمانيوم متسللة إلى فراغاتها البينية الطبيعية، ولكن عندما تُرسَّب على قاعدة سليكونية أكثر سماكة، فإنها تُحتبس بمكانها بوساطة السليكون الواقع تحتها. وتخضع طبقة ذرات الجرمانيوم التي تم اختزانها على سطح القاعدة السليكونية السميكة لإجهاد هائل يزداد مع التراكم الإضافي من الطبقات.
وفي نهاية المطاف، تتشكل في الجرمانيوم عيوب defects كوسيلة للتخلص من الإجهاد الواقع عليه. وعندما يتشكل العيب فإن أرتالا كاملة من ذرات الجرمانيوم تُقتلع من الشبكة البلورية، فاسحة بذلك المجال أمام ذرات الجرمانيوم المتبقية في الطبقة كي تتحرك مبتعدة عن بعضها. حيث تقوم أربع ذرات من كل مئة ذرة جرمانيوم، كانت قد نمت على طول خط الاتصال بين الجرمانيوم والسليكون، بالابتعاد خارجة عن الشبكة البلورية، كي تجعل البنية في حالة الاسترخاء التام. وقد يؤدي هذا إلى تشكل عدة ترليونات من العيوب في مساحة بحجم شيپة واحدة، وهذا ما يكفي لمنعها من أداء عملها المناسب.
وثمة طريقة واحدة لتخفيف قيمة الإجهاد في البلورة، وهي أن ننمي على القاعدة السليكونية سبيكة من السليكون ـ جرمانيوم، بدلا من طبقات الجرمانيوم النقي. فمثل هذه السبيكة تتمتع بفراغات نوعية بين ذراتها تتوسط في قيمتها تلك التي للسليكون وتلك التي للجرمانيوم. إلا أن الأمر مازال يتطلب مهارة عالية لتصنيع مثل هذه الطبقة من السبيكة، لأنه حتى في تركيبة السليكون ـ جرمانيوم قد تتنامى عيوب غير مرغوب فيها إذا كانت الطبقة سميكة جدا وكانت غنية جدا بالجرمانيوم.
إن الاختلاف الواقع بين قيمة الفراغات البينية الذرية في بلورة السليكون من جهة وقيمتها في بلورة الجرمانيوم من جهة أخرى، المعروف باسم عدم التطابق الشبكي lattice mismatch، أظهر صعوبة كبيرة لا يمكن التغلب عليها. وخلال أوائل الثمانينات، تركزت معظم الجهود المهتمة بهذه الناحية على تقانة تدعى تقيّل الحزمة الجزيئيةmolecular-beam epitaxy، إذ يقوم الباحثون في هذه الطريقة بتنمية غشاء بلوري crystal film في حجرة فولاذية تم تفريغها مسبقا إلى ضغط داخلي صغير جدا قيمته أقل من جزء من ترليون من الضغط الجوي. ويتم بعد ذلك تثبيت القاعدة السليكونية داخل الحجرة وتسخينها حتى 1100 درجة سيلزية وأكثر. وتعمل مثل هذه الدرجات المحمّصة من الحرارة على تبخير كل الملوثات بعيدا عن السليكون، تاركة سطحا نظيفا يمكن أن ينمو عليه الغشاء.
بعد التنظيف عند هذه الدرجات العالية من الحرارة يقوم المهندسون بتبريد السطح قليلا ووضع طبقة ملساء دارئةbuffer من السليكون النقي على القاعدة لتطمر بذلك أي تلوث رسوبي. وتقدم البقع المصهورة من السليكون والجرمانيوم ـ الموجودة على قاعدة الجهاز ـ منبعا من الذرات، حيث يتم توجيه حزم من هذه الذرات نحو القاعدة السفلية لإنتاج الغشاء المطلوب، إذ تصطدم هذه الذرات بالقاعدة السليكونية السفلية وتتراكم على شكل طبقات بلورية.
file:///C:/Users/POSTE12/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.jpg
فاصل ذري في بلورة الجرمانيوم (البنفسجي) أكبر بقليل من ذلك الذي في السليكون (الأحمر). إن عدم التطابق الشبكي هذا (في اليسار) طالما أحبط عزم المهندسين أثناء محاولتهم الإفادة من الخواص الإلكترونية المطلوبة عند الوصلات بين السليكون والجرمانيوم. تصطف ذرات الجرمانيوم المترسبة بداية على سطح السليكون بحيث تطابق الترتيب الذري الواقع تحتها. ولما كانت ذرات الجرمانيوم تسعى للعودة لفراغاتها الطبيعية، لذا يتسبب هذا في ظهور العيوب (مشار إليها بـ "X"). لقد نجح الباحث في إنماء طبقات خالية من العيوب من خليط سليكون ـ جرمانيوم وذلك على قمة قاعدة السليكون (في اليمين). إن هذه البلورات الهجينة تشكل الأساس لنوع جديد من الأدوات الإلكترونية العالية السرعة.
لقد انطلق الباحثون للسعي من أجل تقليل الإجهاد الناتج من عدم التطابق الشبكي إلى أدنى حد ممكن، فركزوا اهتمامهم على محاولة بناء طبقات من سبائك السليكون والجرمانيوم تحوي أقل من 30 في المئة من الجرمانيوم. وقد أدى تطبيق طريقة تقيّل الحزم الجزيئية أخيرا إلى تصنيع وصلات لامتجانسة خالية من العيوب إلى حد ما. إلا أن هذا لم يكن مواتيا إلا لخدمة أغراض الفحوصات المختبرية الضرورية فقط.
لذا أقلع بعض الباحثين عن طريقة تقيُّل الحزم الجزيئية مفضلين استعمال تقانة بديلة هي ترسيب الأبخرة الكيميائيةchemical vapor deposition. تعتمد هذه الطريقة على استخدام تيار من جزيئات غاز تحوي الذرات المطلوبة ـ هي السليكون والجرمانيوم في هذه الحالة. إذ يحمل هذا التيار الغازي تلك الذرات معه إلى سطح القاعدة السفلية، وهناك تتجمع هذه الذرات وتشكل طبقات بلورية جديدة. وفي جميع الأحوال تعتبر هذه التقانة، التي صارت معروفة جدا لعدة عقود، أبسط من طريقة تقيّل الحزم الجزيئية.
حدث تراجع كبير في استعمال طريقة ترسيب الأبخرة الكيميائية، ويعود سبب هذا التراجع إلى أن هذه الطريقة تتطلب درجات عالية من الحرارة: فهي تتطلب 1100 درجة سيلزية خلال مرحلة التنظيف الأولى، و1000 درجة سيلزية أثناء مرحلة إنماء الأغشية. والذي يحدث أنه عند مثل هذه الدرجات المرتفعة من الحرارة سرعان ما تصبح المواد المُجهدة، مثل سبيكة السليكون ـ جرمانيوم، معابة. أضف إلى ذلك، أن درجات الحرارة العالية تجعل إمكانية تثبيت المادة المشابة في مكانها، بدقة، مستحيلة. فعند الدرجات الأعلى من 800 درجة سيلزية فإن الذرات المشابة في السليكون والجرمانيوم سرعان ما تنتثر مبتعدة عن مكانها الأولي. وهكذا ـ إذًا ـ لم تتمكن طريقة ترسيب الأبخرة الكيميائية من أن تنتج وصلات لامتجانسة مفيدة بين السليكون والجرمانيوم بسبب تطلب العملية مثل هذه الدرجات العالية من الحرارة.
لقد فكَّرتُ مع عدد من الباحثين بإيجاد طريقة لتطبيق تقانة عملية ترسيب الأبخرة الكيميائية نفسها ولكن عند درجات منخفضة من الحرارة. وقد اعتمد سعينا على القيام بخطوتين أساسيتين في طريقة العمل التي بدت أنها تتطلب درجات عالية من الحرارة: تتضمن الخطوة الأولى تنظيف سطح السليكون قبل نمو الغشاء، وتتضمن الأخرى إنماء غشاء خال من العيوب.
إن الغرض الرئيسي من خطوة التنظيف هو إزاحة أكاسيد السليكون التي تتشكل عندما يصبح السليكون النقي على تماس مع الهواء ومع الرطوبة. فمن المعروف أن أكاسيد السليكون لا تتمتع ببنية بلورية، لذا فقد تتغلغل هذه الأكاسيد أثناء عملية التَقَيُّل إذا لم يتم إزاحتها. فضلا عن ذلك، فإن مثل هذه الأكاسيد يمكن أن تمتص طعم السليكون، وهو البورون boron، من الهواء الجوي وتحبسه على سطح السليكون بتراكيز عالية جدا. كذلك، فعند درجة الحرارة العادية، فإن أكسيد السليكون ينمو على السطح بسماكة تقارب 10 طبقات ذرية. ويعمل الأكسيد عندئذ كحاجز يحمي السليكون الواقع تحته من أي تفاعل إضافي مع الهواء الجوي.
لقد عرف العلماء منذ أمد طويل أن غمس رقاقة wafer السليكون في حمض فلور الماء (الهيدروفلوريك) يؤدي إلى إزاحة الطبقة المتشكلة، ولكن الحكمة المتعارفة تنص على أن هذه الأكاسيد تعود فتتشكل إذا ما تعرض السليكون ثانية للهواء الجوي. لذلك كانت كل طرق التقيُّل المستخدمة تتضمن مرحلة يتم فيها شيُّ السليكون عند درجات حرارة عالية حتى لو تمت إزالة أكسيد السليكون كيميائيا باستخدام حمض فلور الماء، ولقد شككتُ في مدى صحة هذه الحكمة المتعارفة.
file:///C:/Users/POSTE12/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpgfile:///C:/Users/POSTE12/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.jpg
إن سرعات القطع لترانزستورات السليكون الثنائية القطب يتم تحسينها باستمرار بمرور الزمن (في اليسار). وتسرِّع تقانة السليكون ـ جرمانيوم هذا المنحى، معطية مستويات من الأداء كان يُنظر إليها سابقا بأنها مستحيلة في حالة الإلكترونيات المصنوعة من السليكون. لقد مكّن نظام متطور لإنماء البلورة (في اليمين) من تحقق التقانة الجديدة.
عندما كنت طالب دراسات عليا، كنت أقضي عدة ساعات أعالج خلالها رقاقات السليكون وأفشل في بعضها وأضطر إلى تركها. لكنني لاحظت أنني عندما غسلت الرقاقة بالماء لم تتبلل، بل إن الماء تدحرج على سطحها. ولكني أعلم أن أكسيد السليكون يجذب الماء عادة، فإذا لم تصبح رقاقة السليكون مبللة فهذا يعني أن الأكسيد غير موجود. وفي عدة حالات، كنت أقضي عدة ساعات في غسيل الرقاقات في حمام من حمض فلور الماء من دون ظهور الأكسيد. وهذا يعني أن أكسيد السليكون قد استغرق وقتا لا بأس به قبل أن يعيد تشكله.
لقد قمت، بعد التحاقي بالشركة IBM، بمراجعة دراسة منشورة سابقا في هذا المجال، واكتشفت وجود مغالطة فيها مصدرها اعتبار أكسيد السليكون يتشكل فوريا. فمنذ عدة سنوات، ظن الباحثون أثناء استعمالهم مسباراتprobe بصرية ملوثة أنهم قد صادفوا وجود أكسيد السليكون، في حين أنهم كانوا في الواقع يلحظون كسوةcoating من الهيدروجين تتوضع على شكل غطاء بعد أن تم تنظيف السليكون بحمض فلور الماء. لقد أكَّدت المسبارات الكيميائية النوعية الحديثة أن السليكون يمكن أن يبقى خاليا من الأكسيد عدة ساعات بعد غسله بحمض فلور الماء، إذ تقوم طبقة الهيدروجين ـ التي تلتصق بالسليكون ـ بحماية السطح من الهواء الجوي وتعيق بذلك تشكل الأكسيد.
وهكذا، تحول طبقة الحماية هذه دون الحاجة إلى خطوة التحضير ذات الدرجة العالية من الحرارة في عملية التقيّل. في الحقيقة، إن التنظيف بحمض فلور الماء لا يسمح فقط باستخدام درجات منخفضة من الحرارة بل إنه يتطلب هذه الدرجات، لأن استخدام الدرجات العالية من الحرارة سيؤدي إلى إزاحة طبقة الهيدروجين هذه بعيدا.
file:///C:/Users/POSTE12/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg
إن تقنية إنماء البلورة التي ابتكرها المؤلف تجنِّب استخدام درجات الحرارة العالية الهدامة المستخدمة في الطرق القديمة. فمضخات التفريغ والصمامات الخاصة ومانعات التسرب تمنع الملوثات من دخول الفرن الذي يتم فيه ترسيب سبيكة سليكون ـ جرمانيوم على رقاقات السليكون. وتحدث عملية الترسيب الفعلية عند الاقتراب من حالة التفريغ التام (الخلاء)، وهذا ما يخفض ـ لحد أدنى ـ من تراكيز الذرات الغريبة التي يمكنها أن تتداخل في الأداء السليم للأجهزة الإلكترونية.
أما الخطوة التالية التي كانت تواجهنا فهي البحث عن وسيلة تمكننا من إنماء غشاء ذي نوعية عالية عند درجات حرارة باردة نسبيا. لقد أشارت دراسة سابقة عن عملية تقيّل السليكون إلى أن عدد العيوب في الأغشية المختزنة يزداد بشكل كبير جدًا كلما انخفضت درجة الحرارة. إذ إن الشوائب الموجودة، عادة، خلال عملية ترسيب الأبخرة الكيميائية ـ وهي الأكسجين والماء على وجه التحديد ـ تقحم نفسها في بنية الأغشية بصورة أكثر سهولة عند الدرجات المنخفضة من الحرارة مما هي عند الدرجات العالية. ويمكن لهذه الشوائب أن يتجمع بعضها مع بعض ضمن الطبقة المتنامية مسببة بذلك عيوبا في المادة.
إن الطريقة الواضحة لمقاومة هذه المشكلة تكمن في تخفيض تركيز الذرات الغريبة في الحجرة التي تجري فيها عملية ترسيب البخار. لقد بينت التجارب المختبرية أن عملية إنماء أغشية غير ملوثة عند درجات من الحرارة أقل من 700 درجة سيلزية قد تتطلب شروط تفريغ عالية جدا، ومع ذلك، تبقى هذه الشروط أقل حدة من الشروط التي تحتاج إليها عملية تقيّل الحزم الجزيئية.
والسؤال الآن هو: كيف يمكن التخلص من مصادر تلوث محتملة قد تأتي من داخل جهاز إنماء البلورة نفسه؟. لقد قمنا في الشركة IBM بالإعداد لإزاحة مثل هذه الملوثات وذلك باستخدام مضخات تفريغ مخصصة لهذا الغرض مع إغلاق محكم. ولقد تمكنا بهذه الطريقة من الحصول على شروط التفريغ العالي في أنبوب زجاجي رخيص الثمن تم إحاطته بفرن (محم) furnace يزود الأنبوب بالحرارة المطلوبة في عملية التقيل. وبهذا التدبير، تأكدنا من أن الجهاز لن يسهم في ملوثات تكفي للتدخل في نمو الغشاء. وباستخدام قفل هواء خاص، أمكن تحميل حجرة الإنماء الرئيسية بالمواد المدروسة من دون تعريضها إلى الهواء المحيط بها. وتعتبر هذه العملية مهمة جدا لأن الملوثات القادمة من الهواء تلتصق ـ عادة ـ بإحكام داخل الحجرة، وإذا حدث هذا الأمر فستستمر العملية وقتا طويلا بغية شيّ هذه الملوثات واقتلاعها ثم ضخها خارج الحجرة.
ويمكن للغازات المحتوية على السليكون والجرمانيوم ـ التي تتدفق إلى الجهاز أثناء عملية ترسيب الأبخرة الكيميائية ـ أن تكون منبعا آخر للملوثات. إلا أننا قمنا بجعل قيمة الضغط داخل المفاعل منخفضة جدا، وهي عادة جزء من مليون من الضغط الجوي، وذلك بغية تقليل كمية المادة الغريبة التي تدخل الجهاز إلى أدنى حد ممكن. لذا فإننا نسمي طريقتنا هذه تقنية التفريغ العالي مع ترسيب الأبخرة الكيميائية Ultrahigh vacuum/chemicalvapor deposition technique.
ولما كانت هذه الطرق العملية المطروحة توفِّر بيئة نظيفة جدا داخل حجرة الإنماء، فإننا نستطيع تشغيل الفرن عند درجات حرارة أخفض بكثير من تلك المتعارفة في طريقة التقيُّل. وبالفعل، فلقد وجد طاقمي ـ الذي يعمل في الشركة IBM ـ أن درجات الحرارة الواقعة بين 400 و500 درجة سيلزية تكفي لتحضير سليكون عالي الجودة وأغشية مصنوعة من سبيكة السليكون ـ جرمانيوم عالية الجودة.
إن إمكانية تصنيع الوصلة اللامتجانسة عند مثل هذه الدرجات المعتدلة من الحرارة تسمح باختراع تصاميم دقيقة ومرنة للشيپة، فمثلا، يمكن للإنسان أن يُنمِّي طبقة من السليكون ـ جرمانيوم على سطح رقاقة من السليكون تحوي كل المناطق الكيميائية المناسبة للأدوات الإلكترونية التي ستحملها الشيپة فيما بعد. إن اختراع مثل هذه النسخ الكيميائية المطبوعة يمكّننا من بناء شيپة تجمع عددا كبيرا جدا من الترانزستورات والأدوات الإلكترونية الأخرى. ولو أننا استخدمنا درجات الحرارة نفسها المستخدمة في طريقة التقيل، لأدى ذلك إلى تدمير كل هذه النسخ الموجودة.
لقد قمت بمعظم مهام التطوير الأولي الذي تم بطريقة التفريغ العالي مع ترسيب الأبخرة الكيميائية، بمجهودي الفردي. بعد ذلك، بدءا من عام 1988، تضافرت جهودي مع عدد من المختصين لمواجهة مهمة أكثر صعوبة وهي استخدام هذه الطريقة لصنع ترانزستورات ثنائيةِ القطب قادرة على العمل وذات سرعة عالية. لذا، صرنا نتجول ونطرق أبواب زملاء لنا عُرف عنهم روح المغامرة، إن لم نذكر روح الدعابة لديهم ـ وهو مطلب ضروري لتحاشي المخاطر التي تحدث في مثل هذا النوع من العمل الذي يعتبر نجاحه غير مؤكد. وتجمّعنا في النهاية كفريق واحد استمر في تحطيم كل رقم قياسي يتعلق بالتصنيع في مجال تقانة السليكون.
بدأنا أولا باستخدام طريقة التقيل ذات درجة الحرارة المنخفضة وذلك بغية إنشاء وصلات متجانسة من السليكون النقي. وقد أدت هذه الأجهزة البسيطة المصنّعة بهذه الطريقة عملها بشكل ممتاز، مما يبرهن على مدى فعالية تقنيتنا هذه. وبدءا من عام 1989، قامت مجموعة من الباحثين في الشركة IBM بتصنيع أول سلسلة من الترانزستوراتNPN الثنائية وذلك بتطبيق فرضية كرويمر حول الوصلة اللامتجانسة المتدرجة المصنوعة من السليكون على الطرف الأول للاتصال، وسبيكة السليكون ـ جرمانيوم على الطرف الآخر. وعلى الرغم من أن السبيكة كانت تحوي أقل من 4% جرمانيوم، فإن مقدرة هذه الترانزستورات قد تعدت القدرات المتوقعة من ترانزستورات تقانة السليكون. أما الحقل الكهربائي الذي ينشأ داخليا في هذه الأدوات (نحو 000 30 فلط لكل سنتيمتر عبر القاعدة) فقد سرّع الإلكترونات بشدة إلى حد أنها عبرت قاعدة الأداة الإلكترونية بزمن يساوي نصف الزمن الذي يلزمها في الترانزستورات التقليدية المصنوعة كليا من السليكون.
إن المقياس المعياري لأداء الترانزستور الثنائي القطب هو الشكل الذي يكون فيه الكسب gain في الترانزستور (النسبة بين التيار الخارج من الترانزستور وبين التيار المطلوب لتشغيل الترانزستور) معتمدا على قيمة تواتر (تردد) القطع. ففي تطبيق نموذجي على الحاسوب، تبين أنه يمكن للترانزستور الثنائي القطب التقليدي الحصول على كسب قيمته نحو 100. وعند تواترات قَطْعٍ أعلى يصبح الكسب أصغر من ذلك بكثير. وعندما يهبط الكسب إلى الواحد، فإن الترانزستور يصبح عندئذ عديم الفائدة لأن التيار الكهربائي الذي يجب أن يدخل ليشغِّل الترانزستور يساوي عندئذ التيار الذي يخرج منه، وفي هذه الحالة فإن عمل الترانزستور لن يتعدى عمل سلك بسيط.
يقوِّم التقانيون ـ عادة ـ سرعة عمل الترانزستور على أساس مدى سرعته القطعية في قلب الأداء من الوضع on إلى الوضع off، وذلك قبل أن يهبط كسبه إلى الواحد. إن الوصلات اللامتجانسة المتدرجة التي قمنا بإنشائها عام 1989 انقلب الأداء فيها عند التردد 75 گيگاهرتز (بلايين من الدورات في الثانية)، وهي، بالمقارنة، تساوي تقريبا ضعف قيمة السرعة التي تملكها أسرع الأدوات السليكونية. بعد ذلك، قدمت الشركة IBM دراسة أحدث استطاعت فيها أن تدفع بالوصلات اللامتجانسة نحو سرعات قطع أعلى تقع في المجال من 110 إلى 117 گيگاهرتز، وهو مستوى من التصنيع كنا نعتقد فيما سبق أنه يستحيل الوصول إليه إذا ما استخدم السليكون بمفرده. وفي تجارب متلاحقة، قُمْتُ مع زملائي بتجميع الأدوات الإلكترونية في دارات كاملة تعمل عند سرعات قياسية عالية. ولقد كان هذا بمثابة اختبار مهم لطريقتنا؛ لأن الترانزستورات العالية السرعة كانت تُعْطي ـ غالبا ـ سرعات أداء أدنى عمليا عندما كانت توصل داخل الدارات الكهربائية الحقيقية.
إن التعاون القائم بين الشركة IBM والشركة Analog Devices يسهم في إنتاج مثل هذه الدارات الكهربائية وطرحها في الأسواق. وفي اجتماع عقد عام 1993 لمؤتمر الأدوات الإلكترونية العالمي في واشنطن العاصمة، أعلنت الشركة Analog Devices أنها ستبدأ ببيع دارات كهربائية مصنوعة من السليكون والجرمانيوم، بما في ذلك المحوال رقمي ـ إلى قياسي نظير، وهو مطلب أساسي في الأجهزة الإلكترونية المنزلية، المصنوع من الجرمانيوم والسليكون. إذ يعمل هذا المحوال على تحويل البيانات الرقمية إلى مخرج إلكتروني نظير بمعدل سرعة قياسي يبلغ بليون تحويلة في الثانية. وهذا المعدل يتطابق مع سرعة التحويل التي تقوم بها أفضل الدارات الكهربائية التي تم تركيبها باستخدام وصلات من الگاليوم والزرنيخيد، ولكن عيب هذه الأخيرة أنها مازالت تعمل على حساب جزء من الطاقة التي تتطلبها الوصلات.
إن ظهور الدارات الكهربائية المتكاملة ـ المصنَّعة من الجرمانيوم والسليكون، والقابلة للاستمرار تجاريا ـ يشير إلى الجهود الكبيرة المبذولة لإيجاد طرق تؤدي إلى أداءٍ أفضل يختلف عن طريقة الترقيق. وبالفعل، فقد بدأ المهندسون في الشركة Analog Devices بالبحث لإيجاد تطبيقات صناعية إضافية لأدوات السليكون ـ جرمانيوم؛ مثل الهواتف الرقمية اللاسلكية التي لها القدرة على التعامل مع تدفق عالي السرعة من البيانات. وتؤدي المحوالات من رقمي إلى قياسي دورا مهما هنا؛ إذ تقوم بترجمة البيانات الرقمية الصادرة عن الألياف الضوئية إلى إشارات قياسية تظهر في الهواتف والتلفزيونات. لذا فإن داراتٍ (رقمي ـ إلى قياسي) ذات أداء أسرع ستُعَجِّل من وصول شبكات البيانات الرقمية إلى كل من المنزل والعمل. وستقع مثل هذه المحوالات في صميم الأدوات الموجودة في أجهزة الاتصالات المحمولة التي يتوقع أن يزداد انتشارها مستقبلا.
تعتبر تقانة السليكون ـ جرمانيوم، حاليا، في طور طفولتها. ويحتاج المصممون إلى إدخال تعديلات كثيرة على تصاميم الدارات المتوافرة حاليا، وذلك بغية استغلال كامل لسرعة الأدوات الإلكترونية الجديدة. وكانت الشركةIBM ـ حتى عام 1994 ـ تعد الشركة الوحيدة التي نجحت في تجميع عدد لا بأس به من الترانزستورات الثنائية القطب العالية الأداء ذات الوصلات اللامتجانسة ضمن دارات كهربائية. ولقد برهنت مجموعتي على أن سبائك الجرمانيوم ـ سليكون يمكنها أن ترفع أيضا من كفاءة الأداء الذي تقوم به ترانزستورات المفعول ـ المجالي. ولكن مازال علينا أن نجمِّع مثل هذه الأدوات الإلكترونية في دارات كهربائية أضخم. ولا بد لهذه التقانة، في نهاية المطاف، أن توفّق في جعل عملية تجميع عدد من المؤثرات (المرسِل ومحوال الإشارة والمستقبِل) على شيپة واحدة أمرا ممكنا. وبهذه الطريقة، فقد تنتقل كل أنواع الأجهزة العجيبة، مثل نموذج «دِك تريسي» Dick Tracy لتلفزيونات المعصم الثنائية الغرض، من عالم الخيال لتصبح حقيقة واقعة.
لقد بدأ <G.A. ليبولد> حديثا بتصنيع نسخة تجارية لأجهزتنا المبنية على طريقة التفريغ العالي مع ترسيب الأبخرة الكيميائية. والآن، وبعد أن قام المهندسون بمعايرة الأجهزة التي سيعملون بها، فإنهم يركزون اهتمامهم على تطوير دارات كهربائية أكثر تعقيدا وعلى إيجاد طرق لتوسيع نطاق أنواع الأدوات الإلكترونية ذات الوصلة اللامتجانسة من الجرمانيوم والسليكون،
يمكن تجميعها على شيپة واحدة. إنها مسألة وقت فقط، ويُتوقع إنتاج الأدوات الإلكترونية الجديدة في وقت قريب.
في السابق، وخلال مواجهة الباحثين لمشكلة محدودية طريقة الترقيق، فإن عددا منهم قد توصَّل خطأً إلى أن السليكون كان يقترب من نهاية حياته كمادة إلكترونية. في غمرة هذا الواقع، صادفتني صورة معلَّقة على حائط مكتب صديق لي، رُسِمت فيها الأضواء الخلفية لسيارة وقد اختفت ـ هذه الأضواء ـ تحت غيمة من دخان العجلات، وكُتِبَ عليها عبارة: «زرنيخيد الگاليوم يترك السليكون في الغبار»؛ في الحقيقة، إن العكس تماما هو الصحيح. وأود هنا أن أذكر أن فريقنا قد بيّن ـ بشكل واضح ـ أن السليكون لايزال إلى حد كبير في ميدان السباق، وأن المراهنة على أنه لن يستمر طويلا، في نجاحه مراهنة خاسرة.
المؤلف
Bernard S. Meyerson
استكشف بشكل واسع الاستخدامات الجديدة والقيّمة للمواد شبه الموصلة غير التقليدية. حصل مايرسون على الدكتوراه في الفيزياء من جامعة سيتي في نيويورك عام 1981. وبعد التخرج انضم إلى طاقم مركز أبحاث <J.T.واطسن> في الشركة IBM، ويدير حاليا فريق المواد الإلكترونية في قسم العلوم الفيزيائية والتقانة. وفي عام 1992، عين زميلا للشركة IBM. اكتشف مايرسون تقنيات لإنماء السبائك (الخلائط) البلورية عند درجات غير عادية الانخفاض من الحرارة، والتي فتحت آفاقا جديدة في تصميم أشباه الموصلات. وقد قاده هذا العمل إلى اختراع تقنية التفريغ العالي مع ترسيب الأبخرة الكيميائية، وهي الطريقة التي سمحت بتصنيع ناجح لترانزستورات السليكون ـ جرمانيوم العالية السرعة.
صلاح الجزيري
08-16-2012, 10:03 AM
اكيد تزداد سرعة الافلات . تحياتي
فيزيائي مفعم
08-26-2012, 05:58 PM
سرعة الالكترون و زخم حركته
قالوا الطاقة اللازمة لالكترون واحد = 1,6×10قوة(ـ19) جول
قالوا ط = ك×سر²
أي سر = جذر(ط/ك) ................................... ......(1)
قالوا الزخم(خح)=ك×سر
أي سر=خح/ك ................................... ......(2)
ك(الالكترون)=9,109×10قوة(ـ31) كغ
من (1) نجد سر(الالكترون)= 419×10قوة3 كم/ثا
و هي سرعة تفوق سرعة الضوء
من (1) , (2) نجد خح=جذر(ك×ط)
خح=3817×10قوة(ـ28)
سر= خح/ك=3817×10قوة(ـ28) / 9,109×10قوة(31)
سر=419×10قوة3 كم/ثا
نلاحظ اننا وجدنا سرعة الالكترون بقانون الطاقة و بقانون الزخم و هي نفسها في كلا الحسابين
وهذا لا ينافي التحكم في سرعته تقليلا و تكثيرا بمؤثرات خارجية
لو جعلنا سرعة الالكترون مساوية لسرعة الفوتون لكانت طاقة الالكترون=81,981×10قوة(ـ21) جول و هذا مخالف تماما للواقع المعتمد علميا بين العلماء ان طاقة الالكترون =1,6خ10قوة(ـ19)جول
*بالمقارنة حسابيا بين طاقة الالكترون و طاقة الفوتون نجد ان طاقة الالكترون =400×طاقة الفوتون و هذا يدل انه اسرع من الفوتون
ا محمد الخالدي
09-14-2012, 10:18 PM
ليس للالكترون سرعة محددة سرعتة متغيرة لعدة عوامل
فيزيائي مفعم
09-17-2012, 05:00 PM
جديد سرعة الالكترون وجدت في كتاب المرجع في الفيزياء للعالمين الروسيين يانورسكي و ديتلاف قالا حول موجة دوبروي ص 238 =
( السرعة الطورية لموجات دوبروي للالكترون هي
Ve = √ (c24∏2m20c4/k2h2)
وهي سرعة اكبر من سرعة الضوء في الفراغ) انتهى
فيزيائي مفعم
12-05-2012, 12:24 PM
قال الدكتور عدنان المحاسبي في كتابه الرائع الميكانيك الكوانتي ص 40 ما يلي
(( عند راسة امواج الالكترون مستندين الى النسبية تكون سرعة الطور
v= c*c/v
و تدل العلاقة على ان سرعة الطور اكبر من سرعة الضوء)) انتهى
فيزيائي مفعم
12-05-2012, 12:28 PM
لو لم تكن سرعة الاكترون اكبر من سرعة الفوتون لراينا الضوء متقطع لان الالكترون لا بد ان يصعد و ينزل ليصدر الضوء عن الذرة و بالتالي لو كان مساو للفوتون في السرعة فانه عندما ينزل تخرج كمة واحدة فاذا صعد ثم نزل خرجت الثانية الآن احسب خياليا لو كانت سرعة الاكترون اقل لخرجت الكمة الاولى و لم تتصل بها الثانية الا بعد فترة اطول بالنسبة الى سرعة الضوء فتخرج الكمة الثانية متأخرة بكثير لذلك امكننا رؤية الكمات متقطعة لو كان الالكترون اقل سرعة منةالفوتون و الله اعلم علما ان مسافة النزول و الصعود هي مسافة زمن اصدار الكمة الثانية
فيزيائي مفعم
12-05-2012, 12:30 PM
جديد...............
حسب مبدء الشك لهيزنبرغ فان اكتساب الاكترون لطاقة الفوتون كلها يزيد من سرعة الالكترون فاذا فرضنا ان سرعة الالكترون تعادل او اقل بقليل من سرعة الفوتون فانه باكتسابه طاقة الفوتون تصبح سرعته اكبر من سرعة الفوتون لان سرعة الفوتون تصبح مضافة الى سرعة الاكترون الاصلية
Powered by vBulletin™ Version 4.2.2 Copyright © 2024 vBulletin Solutions, TranZ by Almuhajir