نيمه رسانايي بنام الماس - قسمت اول

واضح آرشیو وب فارسی:سایت دانلود رایگان: به نام خدا
طي ژور - دبير شيمي

شايد به زودى تصور متداول درباره الماس ها، به كلى دگرگون شود. الماس هايى كه به خاطر زيبايى، كمياب بودن و زمان طولانى توليدشان ارزش فوق العاده اى داشتند، امروزه در آزمايشگاه و در مدت زمانى حدود يك ساعت به وجود مى آيند. اينكه اين دگرگونى چه تاثيرى در صنعت جواهرسازى يا قيمت الماس هاى طبيعى در بازار خواهد داشت هنوز در پرده اى از ابهام است. اما درباره نقش اين الماس هاى آزمايشگاهى در تكنولوژى، شايعه هايى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى رسد.

بيشتر از هشتاد درصد از الماس هاى معدنى طبيعى به مصارف صنعتى از قبيل ابزارهاى برش يا مواد ساينده براى تراشكارى و پرداخت ديگر سنگ هاى قيمتى، فلزات، گرانيت و شيشه مى رسند. استفاده از الماس به عنوان نيمه رسانا نيز نيازمند شرايط ويژه اى مثل بالاترين درجه خلوص، بهترين بلورينگى و تعيين اتم ها به لحاظ الكتريكى فعال براى ايجاد گذرگاه الكتريكى در وسيله مورد نظر است. اما تمامى الماس هاى طبيعى به خاطر نقص ها، ناخالصى ها و ساختار ضعيف شان براى مصارف الكترونيكى نامناسبند. حتى با اينكه الماس هاى مصنوعى و طبيعى داراى كيفيت جواهرى بسيار ارزشمند هستند، اما ممكن است به خاطر رگه هاى ناچيز ناخالصى ها براى استفاده به عنوان نيمه رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالص ترين اين سنگ ها در كاربردهاى الكترونيكى پرقدرت از سلفون ها گرفته تا كامپيوترهاى شخصى و خطوط ارتباطاتى قابل استفاده اند.

به گفته جيمز باتلر (J.Butler)، يكى از شيميدانان محقق در آزمايشگاه تحقيقات نيروى دريايى ايالات متحده، به لحاظ تاريخى سه مشكل عمده سر راه استفاده از الماس هاى طبيعى در كاربردهاى الكترونيكى وجود داشته است. الماس هاى طبيعى هميشه به شكل بازدارنده اى براى استفاده همه جانبه گران بوده اند و يافتن سنگ هاى بزرگ با خلوص كافى نيز بسيار دشوار است. علاوه بر اين هيچ دو سنگى دقيقاً شبيه هم نيستند و خواص منحصر به فرد در هر يك مى تواند مشكلاتى را در مدارهاى الكترونيكى به بار آورد. آخرين مشكل در استفاده از الماس براى كاربردهاى الكترونيكى و كامپيوترى نيز نياز به دو نوع الماس يعنى سنگ هاى نوع n و p براى هدايت الكترونيكى بوده است.

در دستگاه هاى مجتمع بايد از هر دو نوع الماس نيمه رساناى n و p، استفاده كرد اما الماس هاى نوع n به طور طبيعى وجود ندارند و الماس هاى نوع p الماس آبى، به قدرى نادرند كه هيچ راه مقرون به صرفه اى براى استفاده از آنها پيدا نشده است. به هر حال الماس هاى مصنوعى اين مشكلات را برطرف مى كنند. به گفته رابرت لينارس (R.Linares)، بنيان گذار كمپانى آپولو دياموند براى مثال مى توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس، نوع P يعنى الماس آبى را توليد كرد. به طور مشابه دانشمندان مى توانند با افزودن فسفر به الماس هاى بى رنگ، الماس نوع n را نيز توليد كنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نيمه رسانا در دستگاه هاى الكترونيكى پرقدرت نياز به تركيبى لايه اى از اين دو نوع الماس داريم. علاوه بر اين با توجه به اينكه الماس هاى بى رنگ خالص در عمل بيشتر از آنكه رسانا باشند عايق هستند، مى توان لايه هايى از آنها را به اين تركيب افزود.

امروزه نيمه رساناهاى بسيارى مثل سيليكون در گستره وسيعى از دستگاه هاى الكترونيكى به كار مى روند. اما الماس با توجه به دامنه تغييرات حرارتى و سرعت فوق العاده بيشترش، تنها در مقايسه با خلاء است كه عنوان دومين نيمه رساناى برتر جهان را به خود اختصاص مى دهد. الماس با داشتن چنين ويژگى هايى و به خصوص امروز كه آزمايشگاه قادر به توليد سنگ هاى خالص و ناخالص كنترل شده اند، مى تواند پايه گذار انواع سراسر نوينى از دستگاه هاى الكترونيكى پرقدرت باشد. با اينكه استفاده از الماس در صنايع الكترونيك به چند دهه ديگر واگذار شده است اما به اعتقاد لينارس اين سنگ قيمتى صنايع نيمه رساناسازى را به كلى دگرگون خواهد كرد.

الماس به طور طبيعى تحت فشارهاى زياد اعماق زمين و در زمانى طولانى شكل مى گيرد. اما در آزمايشگاه مى توان به كمك دو فرآيند مجزا در زمانى بسيار كوتاه تر الماس توليد كرد. فرآيند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقليدى است از فرآيند طبيعى شكل گيرى الماس در حالى كه فرآيند رسوب گيرى بخار شيميايى (CVD) دقيقاً خلاف آن عمل مى كند. در واقع CVD به جاى وارد كردن فشار به كربن براى توليد الماس با آزاد گذاشتن اتم هاى كربن به آنها اجازه مى دهد با ملحق شدن به يكديگر به شكل الماس درآيند.

اين دو تكنيك براى اولين بار در دهه 1950 كشف شدند. به گفته باتلر كه هفده سال روى توليد الماس با استفاده از تكنيك CVD كار كرده است «از آنجا كه پيشگامان توليد الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سايرين از ميدان به در شدند. تكنولوژى CVD هنوز دوران كودكى اش را سپرى مى كند.» هر دو فرآيند قادرند با سرعتى خيره كننده الماس هايى با كيفيت جواهر توليد كنند اما در نهايت اين فرآيند CVD است كه به خاطر كنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تكنولوژى هاى الكترونيكى مناسب ترين خواهد بود.

فرآيند CVD با قرار دادن ذره بسيار كوچكى از الماس در خلأ آغاز مى شود. سپس گازهاى هيدروژن و متان به محفظه خلأ جريان مى يابند. در ادامه پلاسماى تشكيل شده باعث شكافته شدن هيدروژن به هيدروژن اتمى مى شود كه با متان واكنش مى دهد تا راديكال متيل و اتم هاى هيدروژن به وجود آيند. راديكال متيل نيز به ذره الماس مى چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تكنيك CVD، فرآيندى خطى است، بنابراين تنها عوامل محدودكننده اندازه محصول در اين روش بزرگى ذره ابتدايى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت دانلود رایگان]

[مشاهده در: www.freedownload.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 216]