تطبيقات مسحوق البيريت في الأجهزة الإلكترونية: مناقشة حول حالات التطبيق والمزايا التقنية في المكونات الإلكترونية وأشباه الموصلات وأجهزة التخزين المغناطيسية

البيريت (FeS₂)، المعروف باسم "ذهب الحمقى"لطالما تم تجاهل البيريت في المجالات التقنية المتقدمة نظرًا لاعتماده التقليدي كخام لاستخراج الكبريت والحديد. مع ذلك، ومع تطور تقنيات تحضير المواد النانوية ومعالجة أشباه الموصلات، برز مسحوق البيريت - وخاصة مسحوق البيريت النانوي - كمرشح واعد للأجهزة الإلكترونية، بفضل خصائصه الكهروضوئية وشبه الموصلة والمغناطيسية الفريدة. تتناول هذه المقالة تطبيقاته ومزاياه التقنية في المكونات الإلكترونية وأشباه الموصلات وأجهزة التخزين المغناطيسي.

1. التطبيق في المكونات الإلكترونية

1.1 المقاومات ذات الأغشية الرقيقة

تُعدّ المقاومات الرقيقة مكونات أساسية سلبية في أنظمة الدوائر الكهربائية، وتتطلب قيمة مقاومة ثابتة، ومعامل درجة حرارة منخفض، ومقاومة جيدة للتآكل. ويمكن تصنيع مسحوق البيريت على شكل أغشية رقيقة متجانسة على ركائز خزفية باستخدام تقنية الترسيب المغناطيسي أو الطباعة بالشاشة.

• حالة تطبيقيةطور باحثون مقاومات رقيقة الأغشية مصنوعة من البيريت لوحدات التحكم الإلكترونية في السيارات. تعمل هذه المقاومات بثبات في نطاق درجات حرارة يتراوح بين -50 درجة مئوية و150 درجة مئوية، بمعامل مقاومة حراري منخفض يصل إلى ±50 جزءًا في المليون لكل درجة مئوية، وهو ما يضاهي المقاومات التجارية المصنوعة من النيكروم.
• المزايا التقنية: مسحوق البيريت منخفض التكلفة وغني بالاحتياطيات، وهو أرخص بكثير من المواد المعدنية الثمينة مثل البلاتين والبلاديوم المستخدمة في المقاومات عالية الدقة؛ تتميز الأغشية المحضرة ببنية مضغوطة والتصاق قوي بالركائز، وليس من السهل أكسدتها في البيئات القاسية.

1.2 أجهزة الاستشعار الكهروإجهادية

إن التأثير الكهروإجهادي للبيريت (أي توليد الشحنة الكهربائية تحت الإجهاد الميكانيكي) يجعل مسحوقه قابلاً للتطبيق في تحضير أجهزة الاستشعار الكهروإجهادية منخفضة الطاقة.

• حالة تطبيقيةفي أجهزة استشعار مراقبة الاهتزازات الصناعية، يُخلط مسحوق البيريت مع مواد رابطة بوليمرية لتحضير أغشية مركبة كهرضغطية مرنة. تستطيع هذه الأغشية تحويل إشارات الاهتزاز الميكانيكي إلى إشارات كهربائية، وتُستخدم للمراقبة الآنية للمعدات الميكانيكية مثل المحركات والمضخات.
• المزايا التقنيةبالمقارنة مع المواد الكهروإجهادية التقليدية مثل PZT (زركونات تيتانات الرصاص)، فإن مسحوق البيريت خالٍ من الرصاص وصديق للبيئة، بما يتماشى مع توجيه RoHS للاتحاد الأوروبي؛ تتمتع الأغشية المركبة بمرونة جيدة ويمكن ربطها بالأسطح غير المنتظمة للمعدات.

2. التطبيق في أشباه الموصلات

يتمتع البيريت بفجوة نطاق مباشرة تبلغ حوالي 0.95 إلكترون فولت، وهو ما يتوافق جيدًا مع الطيف الشمسي، كما أن قدرة حاملات الشحنة فيه عالية نسبيًا، مما يجعله مادة محتملة لأجهزة أشباه الموصلات منخفضة التكلفة.

2.1 الخلايا الشمسية

• حالة تطبيقيةيُستخدم مسحوق البيريت النانوي كطبقة ماصة للضوء في الخلايا الشمسية الرقيقة. ومن خلال تحسين حجم الجسيمات (10-50 نانومتر) وعملية تحضير الأغشية، وصلت كفاءة التحويل الكهروضوئي (PCE) للخلايا الشمسية المصنوعة من البيريت على نطاق المختبر إلى 6.7%. ورغم أنها أقل من كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون، إلا أنها تتمتع بإمكانات كبيرة لخفض التكاليف.
• المزايا التقنية: تكلفة المواد الخام للبيريت لا تتجاوز 1/100 من تكلفة السيليكون البلوري؛ عملية تحضير الأغشية الرقيقة من البيريت بسيطة، ويمكن تحقيقها عن طريق المعالجة بالمحلول (مثل الطلاء بالدوران والطباعة النفاثة للحبر)، وهي مناسبة للإنتاج على نطاق واسع من لفة إلى لفة، مما يقلل من تكاليف التصنيع.

2.2 أجهزة الكشف الضوئية

• حالة تطبيقيةيتم ترسيب مسحوق البيريت على ركيزة من السيليكون لتصنيع كاشفات ضوئية تعمل في نطاق الأشعة المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء. تتميز هذه الأجهزة بحساسية عالية (تصل إلى 0.5 أمبير/واط عند 800 نانومتر) وسرعة استجابة فائقة (زمن استجابة أقل من 10 نانوثانية)، وتُستخدم في أنظمة الاتصالات الضوئية واستشعار الصور.
• المزايا التقنية: تتميز أجهزة الكشف الضوئي المصنوعة من البيريت بنطاق استجابة طيفية واسع (400-1100 نانومتر)، يغطي نطاقات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة؛ ويمكنها العمل في درجة حرارة الغرفة دون أنظمة تبريد، مما يقلل من استهلاك الطاقة وحجم المعدات.

3. التطبيق في أجهزة التخزين المغناطيسية

على الرغم من أن البيريت ليس مادة مغناطيسية حديدية في درجة حرارة الغرفة، إلا أن مسحوق البيريت النانوي يُظهر خصائص مغناطيسية فائقة فريدة من نوعها، والتي يمكن استخدامها في وسائط التخزين المغناطيسي عالية الكثافة.

3.1 وسائط التسجيل المغناطيسية

• حالة تطبيقيةيمكن تحسين كثافة تخزين الأقراص الصلبة عن طريق طلاء أقراصها بمسحوق البيريت النانوي وتعديل سطحها بمواد مغناطيسية. تُظهر الاختبارات المعملية أن كثافة تخزين الوسائط المغناطيسية القائمة على البيريت تصل إلى 1 تيرابت/بوصة مربعة، وهي أعلى من كثافة تخزين الوسائط التقليدية القائمة على الكوبالت والكروم.
• المزايا التقنيةيتميز مسحوق البيريت النانوي بحجم جسيمات صغير وتشتت منتظم، مما يقلل المسافة بين المجالات المغناطيسية ويحسن كثافة التخزين؛ كما أن استقراره الكيميائي جيد، وليس من السهل أن يتآكل، مما يمكن أن يطيل عمر خدمة أجهزة التخزين المغناطيسية.

3.2 ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية (MRAM)

• حالة تطبيقيةيُستخدم مسحوق البيريت كمادة للطبقة الفاصلة في أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية (MRAM). فهو يعزل الطبقات المغناطيسية الحديدية بفعالية ويضبط تأثير المقاومة المغناطيسية النفقية (TMR)، مما يحسن سرعة القراءة والكتابة واستقرار ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية.
• المزايا التقنيةبالمقارنة مع مواد الطبقة الفاصلة التقليدية مثل أكسيد المغنيسيوم، فإن مسحوق البيريت أسهل في التحضير إلى أغشية رقيقة ذات سمك موحد؛ تتميز أجهزة MRAM القائمة على البيريت باستهلاك منخفض للطاقة ويمكنها الحفاظ على تخزين البيانات دون مصدر طاقة، وهو أمر مناسب لتطوير الجيل التالي من الذاكرة غير المتطايرة.

4. التحديات والآفاق

على الرغم من المزايا التقنية الواضحة، لا يزال تطبيق مسحوق البيريت في الأجهزة الإلكترونية يواجه تحديات، مثل صعوبة التحكم في نقاء مسحوق البيريت النانوي (حيث تؤثر الشوائب مثل البيروتيت على خصائصه الكهربائية)، والحاجة إلى مزيد من التحسين لاستقرار الأجهزة على المدى الطويل.

في المستقبل، ومع تحقيق اختراقات في تكنولوجيا تحضير مسحوق البيريت عالي النقاء وتصميم بنية الجهاز، من المتوقع أن يستخدم البيريت على نطاق واسع في الخلايا الشمسية منخفضة التكلفة، وأجهزة الاستشعار الإلكترونية المرنة، وأجهزة التخزين المغناطيسي عالية الكثافة، ليصبح مادة أساسية لتطوير صناعة الإلكترونيات الخضراء ومنخفضة الكربون.

البريد الإلكتروني: c32917930@gmail.com

واتساب/وي شات/هاتف: +86 18006417081

الموقع الإلكتروني: https://www.tlbncn.com/

العنوان: رقم 402، المبنى 9، رقم 2899، القسم الشمالي، شارع تونغدو، بلدة شيهو، منطقة تونغجوان، مدينة تونغلينغ، مقاطعة آنهوي