مقدمه:

یک نیمه هادی ماده ای با ویژگی های هادی و عایقی است.

یک نیمه هادی می تواند جریان را در وضعیت های خاصی عبور دهد ولی همیشه جریان را عبور نمی دهد.

این ویژگی نیمه هادی آن را به ابزاری مناسب برای استفاده الکتریکی با یک رفتار کنترل شده در جایی که نیاز است بدل کرده است.

هدایت نیمه هادی به چندین عامل مثل جریان یا ولتاژ اعمالی به الکترود کنترلی یا شدت منتشر کردن ساطع کردن مادون قرمز (IR)،نور مرئی، فرا بنفش (UV) یا اشعه های X بستگی دارد.

بنابراین می توانیم بگوییم نیمه هادی ماده ای است که هدایت الکتریکی بیشتری از عایق دارد و این مقدار کمتر از هادی است.

نمونه ها نیمه هادی ها عبارتند از:

دیودها ،

ترانزیستورها ،

و بسیاری از سلول های فتوولتائیک.

نیمه هادی ویژگی دوگانه دارد ، هم عایق و هم هادی الکتریکی است.

این ویژگی نیمه هادی به نا خالصی های اضافه شده به مواد سازنده نیمه هادی بستگی دارد(نیمه هادی خالص نیمه هادی خالص نام دارد).

نا خالصی های اضافه شده به مواد سازنده نیمه هادی برای تغییر ویژگی الکتریکی نا خالص ساز نام دارند و فرآیند افزودن نا خالصی دوپینگ( نا خالص سازی) نام دارد.

انواع نیمه هادی

نیمه هادی نوع N گونه ای است که جریان را از الکترون های با بار منفی حمل می کند.

این بسیار مشابه با جریان درون سیم است.

نیمه هادی نوع P گونه ای است که جریان غالبا در جایی که کمبود الکترون وجود دارد که به آن مکان حفره می گویند حمل می کند.

حفره بار مثبت دارد و این بار معادل بار الکترون است.

این حفره ها در جهت مخالف الکترون ها جریان دارند.

عملکرد نیمه هادی

یک نیمه هادی می تواند به کنترل جریان الکتریکی کمک کند.

کاربرد اساسی نیمه هادی ON و OFF کردن شار یا الکتریسیته در مواقع مورد نیاز است.

یک نیمه هادی می تواند به عنوان لوله خلاء با صد برابر حجم بیشتر عمل کند.

مدار مجتمع ساده (IC) مثل تراشه ریز پردازنده می تواند مانند مجموعه ای از لوله های خلاء عمل کند.

مواد سازنده نیمه هادی ها

برای ساخت نیمه هادی از چند نوع ماده و عنصر استفاده می شود.

نیمه هادی نباید هادی قوی و یا هادی ضعیف الکتریسیته باشد.

ویژگی های آن را می توان با افزودن یا حذف اتم ها/نا خالصی ها تغییر داد.

مواد نیمه هادی عبارتند از:

تیموان ،

آرسنیک ،

بور ،

کربن ،

ژرمانیوم ،

گالیم آرسنید ،

سلنیوم ،

سیلیکون ،

سیلیکون کاربید ،

گوگرد ،

تلوریوم ،

اکسید اکثر فلزات.

سیلیکون ماده ای است که بسیار به عنوان ماده نیمه مورد استفاده قرار می گیرد.

ابر رسانا:

ابر رسانا یک آلیاژ میان فلزی یا ترکیبی از هدایت الکتریکی بدون مقاومت در پایین تر از دمایی خاص است.

وقتی تنظیم شود ، جریان الکتریکی برای همیشه در حلقه بسته مواد ابر رسانا جاری خواهد شد.

دیود:

دیود قطعه ای الکترونیکی است که اجازه می دهد تا جریان فقط در یک جهت عبور کند.

این نیمه هادی است که فقط متشکل از پیوند p-n است.

آنها در اغلب موارد برای تبدیل جریان AC به DC به کار می روند چون فقط بخش مثبت موج را عبور می دهند و بخش منفی سیگنال AC را بلوک می کنند ، اگر آنها به صورت معکوس در مدار قرار داده شوند فقط بخش منفی را عبور داده و بخش مثبت را بلوک می کنند.

دیود ساده ترین نیمه های است و بهترین قطعه برای یادگیری نحوه کار نیمه هادی می باشد.

ترانزیستور

ترانزیستور قطعه نیمه هادی است که از قطعات جامد ماده نیمه هادی ساخته شده است برای تقویت و سوئیچ کردن سیگنال های الکترونیکی به کار می رود.

ترانزیستور فقط می تواند در یک جهت فعال باشد و می تواند در مقاومت بار خود جریان بیشتر یا کمتری را جاری نماید.

ترانزیستور نمونه مناسب دیگری برای قطعه نیمه هادی است.

ساخت نیمه هادی

ساخت نیمه هادی به مهارت و تجربه نیاز دارد.

مواد شیمیایی که باید استفاده شوند باید خالص و بدون هیچ گونه نا خالصی باشند.

فرآیند افزودن کنترل شده نا خالصی ها به نیمه هادی دوپینگ(نا خالص سازی) نام دارد.

مراحل ساخت نیمه هادی ها عبارتند از:

طراحی/ایجاد پوشش

الگو سازی

ساخت ویفر(لایه)

ساختار قطعه/ ساختار لایه عایق قطعه

ساختار قطعه/ساختار ترانزیستور

فلز دار کردن

مونتاژ و تست

مقدمه:

هر ساله مقدار زیادی ضایعات الکترونیک در دنیا تولید می شود که این باعث شده است افراد بسیار زیادی به امر بازیافت ضایعات الکترونیک مشغول شوند.

این ضایعات مجموعه ای از:

کامپیوترهای مستعمل،

قطعات الکترونیکی،

دستگاه های چاپ نظیر پرینتر و فتوکپی،

گوشی های موبایل،

تلفن ها،

دوربین های عکسبرداری و فیلم برداری،

تلویزیون ها و مانیتورها،

بردهای لوازم خانگی مثل یخچال و مشاین لباسشویی،

تجهیزات و بردهای مخابراتی و بسیاری از لوازم الکترونیکی می باشد و حجم بسیار گسترده ای دارد.

عمر کم لوازم الکترونیکی از یک طرف و مصرف گرایی از طرف دیگر باعث شده است که ضایعات الکترونیک به یک معضل جدی در دنیا تبدیل شود.

معضلی که کشورهای توسعه یافته برای آن راه حلی یافته اند و با تصویب قوانین خاص تا حدودی این معضل را حل کرده اند.

البته این کشورها بیشتر، صادر کردن ضایعات الکترونیک به کشورهای دیگر را به عنوان راهکار برگزیده اند.

در کشورهای توسعه یافته هزینه دستمزد و انرژی بسیار زیاد است و مقرارت محیط زیستی زیادی وجود دارد و این باعث می شود بازیافت ضایعات الکترونیک در این کشورها، توجیه اقتصادی نداشته باشد.

خطرات ضایعات الکترونیکی:

بازیافت ضایعات الکترونیک به روش غیر اصولی می تواند آلودگی های زیست محیطی زیادی تولید کند.

در یک باطری موبایل، کادمیوم – که یک فلز سمی و سرطان زا است – به کار می رود و میزان آن به قدری است که می تواند ۶۰۰ متر مکعب آب را آلوده سازد.

در بعضی از قطعات الکترونیک مثل بعضی از خازن ها و مقاومت ها، فزلات سنگین و سمی به کار می رود.

در بعضی از قطعات الکترونیکی مخصوصا قطعات قدیمی، جیوه به کار رفته است که آزاد سازی آن می تواند خطرات جدی را متوجه انسان و محیط زیست کند.

در لحیم های موجود در بردهای الکترونیک، سرب به کار می رود.

بسیاری از قطعات کامپیوتری، الکترومگنتیک هستند و اگر به صورت اصولی دفع نشوند، با تشعشعاتی که از خود ساطع می کنند،

که باعث می شوند به سلامتی انسان آسیب وارد شود.

مثل کاری که دستگاههای مایکروویو انجام می دهند و با تولید تشعشعاتی که برای سلامتی انسان خطرناک هستند، غذا را گرم می کنند.

مزایای بازیافت ضایعات الکترونیکی:

بازیافت ضایعات الکترونیک بهترین و موثرترین راه برای حل معضل زباله های الکترونیک محسوب می شود.

متاسفانه بعضی از کشورها اقدام به دفن یا سوزاندن این ضایعات می کنند که علاوه بر این که حجم زیادی از آلودگی و فلزات سنگین به هوا، آب و خاک نفوذ می کند، باعث می شود فلزات و مواد ارزشمندی نیز از بین بروند.

برای مثال بخشی زیادی از یک کامپیوتر، از پلاستیک ها و فلزاتی نظیر آهن، مس و آلومینیوم ساخته شده است که تقریبا همه این ها می توانند بازیافت شوند،

از پلاستیک قطعات جانبی و بدنه کامپیوتر گرفته تا مس موجود در بردها و سیم ها، از طلا و نقره موجود در قطعات و چیپ های کامیپوتری گرفته تا حتی لحیم های به کار رفته در بردها.

در اکثر بوردهای الکترونیکی به خصوص بردهای موبایل و بردهای مخابراتی و کامپیوتری، از طلا و نقره استفاده شده است که به همین دلیل منبع مناسبی برای بازیافت طلا و نقره به حساب می آیند.

همچنین به دلیل به کار رفتن حجم قابل توجهی فلزات رنگی نظیر مس در زباله های الکترونیکی، گزینه ایده آلی برای بازیافت فلزات رنگی نیز به حساب می آیند.

برای مثال از یک تن ضایعات گوشی های موبایل، ۱۵۰ تا ۳۰۰ گرم طلا، حدود ۱۰۰ کیلوگرم مس و سه کیلوگرم نقره به دست می آید و این در حالی است که در هر تن سنگ معدن طلا، بین ۲۰ تا ۳۰ گرم طلا یافت می شود.