فاصل معدني - الغاليوم
ما هو نوع العنصر هو الغاليوم؟
يقع الغاليوم في المجموعة IIIA من الدورة الرابعة من الجدول الدوري للعناصر. نقطة انصهار الغاليوم النقي منخفضة جدًا ، فقط 29.78 درجة ، لكن نقطة غليانها تصل إلى 2204.8 درجة. وفي الصيف، يوجد معظمه على شكل سائل ويمكن إذابته في راحة يدك. من الخصائص المذكورة أعلاه، يمكننا أن نفهم أن السبب وراء تآكل الغاليوم للمعادن الأخرى هو على وجه التحديد بسبب نقطة انصهاره المنخفضة. عندما يشكل الغاليوم السائل سبيكة مع معادن أخرى، يمكننا أن نرى الظاهرة السحرية المذكورة أعلاه. محتواه في القشرة الأرضية لا يمثل سوى حوالي 0.001%. ولم يكتشف البشر وجودها إلا قبل 140 عامًا. في عام 1871، عند تلخيص الجدول الدوري للعناصر، توقع الكيميائي الروسي مندليف أنه بعد الزنك، سيكون الألومنيوم. وهناك أيضًا عنصر أدناه له خصائص مشابهة لعنصر الألومنيوم، والذي يسمى "العنصر الشبيه بالألمنيوم". في عام 1875، أثناء دراسة أنماط الخطوط الطيفية للعناصر المعدنية من نفس العائلة، اكتشف العالم الفرنسي بوا بودران شريطًا ضوئيًا غريبًا في السفاليريت (ZnS)، وبالتالي وجد هذا "العنصر الشبيه بالألمنيوم" ثم استخدم اسمه الذي سمي بهذا الاسم. وطنها الأم، فرنسا (بلاد الغال، غاليا اللاتينية)، الرمز هو Ga لتمثيل العنصر. لذلك، في تاريخ اكتشاف العناصر الكيميائية، أصبح الغاليوم أول عنصر يتم التنبؤ به ومن ثم تأكيده في التجارب.
"المستكشف" في عصر المعلومات الإلكترونية
الغاليوم في حد ذاته ليس من أشباه الموصلات، ولكن سلسلة من المركبات القائمة على الغاليوم المتكونة من الزرنيخ والنيتروجين والسيلينيوم والتيلوريوم والفوسفور والأنتيمون وغيرها من المعادن وغير المعادن كلها مواد شبه موصلة عالية الجودة وهي مواد مهمة لتطوير الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والأجهزة الإلكترونية البصرية. بل يمكن القول أن الغاليوم يقود اتجاه تطوير المواد شبه الموصلة وهو الملاح في عصر المعلومات الإلكترونية.
زرنيخيد الغاليوم (GaAs) هو ممثل للجيل الثاني من مواد أشباه الموصلات. ويُعرف باسم "الأرستقراطي لأشباه الموصلات" بسبب سعره المرتفع. إنه يتميز بمزايا التردد العالي والسرعة العالية ومقاومة درجات الحرارة العالية وأداء جيد لدرجة الحرارة المنخفضة والضوضاء المنخفضة ومقاومة الإشعاع القوية. لذا فهي تحتل مكانة كبيرة في مجال الأجهزة الإلكترونية الدقيقة. يتمتع زرنيخيد الغاليوم بالقدرة على المضاعفة كمادة شبه عازلة وكمادة شبه موصلة. تستخدم مواد زرنيخيد الغاليوم شبه العازلة بشكل رئيسي في الرادار والبث التلفزيوني عبر الأقمار الصناعية واتصالات الموجات الدقيقة والمليمترية والاتصالات اللاسلكية واتصالات الألياف الضوئية. تُستخدم مواد زرنيخيد الغاليوم شبه الموصل بشكل رئيسي في أجهزة الاتصالات البصرية النشطة (LD)، والثنائيات الباعثة للضوء (LED)، وأشعة الليزر ذات الضوء المرئي، وأشعة الليزر القريبة من الأشعة تحت الحمراء، وأشعة الليزر ذات الطاقة العالية في الآبار الكمومية، والخلايا الشمسية عالية الكفاءة وغيرها من المجالات الإلكترونية البصرية. . بالإضافة إلى ذلك، يلعب زرنيخيد الغاليوم دورًا مهمًا في المجال العسكري ويستخدم بشكل رئيسي في الرادار والحرب الإلكترونية والاتصالات عبر الأقمار الصناعية وغيرها، حيث تبلغ نسبة تطبيقات الرادار حوالي 60٪.
يعد نيتريد الغاليوم (GaN) مادة مهمة من أشباه الموصلات من الجيل الثالث ذات خصائص كهرومغناطيسية وبصرية فريدة مثل الثبات العالي والصلابة العالية وفجوة الطاقة الواسعة ونقطة الانصهار العالية. وهي حاليا واحدة من مواد أشباه الموصلات الأكثر تقدما في العالم. . الشاحن السريع للهاتف المحمول المذكور في بداية هذا المقال هو تطبيق نيتريد الغاليوم في مجال الشحن السريع. بفضل مزايا الطاقة الأعلى والحجم الأصغر وتبديد الحرارة بشكل أفضل، يمكن لشواحن نيتريد الغاليوم تحقيق طاقة عالية بسهولة بحجم صغير وأصبحت تدريجيًا المفضلة الجديدة في صناعة الشواحن. حاليًا، تمثل المجالات العسكرية والفضائية 40% من إجمالي سوق أجهزة GaN، ولا يزال أكبر سوق للتطبيقات هو أنظمة الرادار والحرب الإلكترونية. يعد الصمام الثنائي الباعث للضوء الأزرق عالي السطوع الذي تم تطويره على أساس GaN بواسطة إيسامو أكاساكي وهيروشي أمانو من جامعة ناغويا في اليابان وشوجي ناكامورا من جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا في الولايات المتحدة، إنجازًا مهمًا في مجال الطاقة الجديدة. توفير مصادر الضوء ووضع الأساس للبحث عن مصابيح LED ذات الضوء الأبيض. كما فازت النتائج بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2014.
يعد أكسيد الغاليوم (Ga2O3) ممثلًا نموذجيًا للجيل الرابع من أشباه الموصلات ويُطلق عليه حتى "النجم الجديد في سماء أشباه الموصلات". وباعتبارها مادة شبه موصلة للطاقة ناشئة، مع فجوة نطاقها الأوسع وخصائص التلألؤ الممتازة مقارنة بمواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN)، فهي تتمتع بمزايا تطبيقية في مجال الأجهزة عالية الطاقة والأجهزة الإلكترونية الضوئية. واضح بشكل متزايد. في السنوات الأخيرة، أدى التقدم الكبير في تكنولوجيا نمو بلورات أكسيد الغاليوم إلى تعزيز الأبحاث المتعلقة بطبقة الأغشية الرقيقة ذات الصلة، ومصابيح LED فوق البنفسجية عالية السطوع وغيرها من الأجهزة، وأصبحت نقطة بحث دولية في مجال أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة الواسعة للغاية.