ایک عنصر اتنا پرچر اور ورسٹائل ہے کہ یہ ہماری جدید دنیا کے لیے بنیادی بن گیا ہے۔ یہ عنصر سلکان ہے، ایک سیمی کنڈکٹر جو آج کل ہم استعمال کرتے ہوئے ہر الیکٹرانک ڈیوائس کے مرکز میں ہے۔
سیلیکون ایک کیمیائی عنصر ہے جس کی علامت Si اور ایٹم نمبر 14 ہے۔ یہ ایک سخت، کرسٹل لائن ٹھوس ہے جس میں نیلے بھوری رنگ کی دھاتی چمک ہے، اور یہ ایک ٹیٹراویلنٹ میٹلائیڈ اور سیمی کنڈکٹر ہے۔ یہ آکسیجن کے بعد زمین کی پرت میں (تقریباً 28% بڑے پیمانے پر) دوسرا سب سے زیادہ پایا جانے والا عنصر ہے۔
سلیکون کا پگھلنے کا نقطہ 1414 ° C اور نقطہ ابلتا 3265 ° C ہے۔ یہ نسبتاً غیر فعال ہے، آکسیجن یا پانی کے ساتھ رد عمل ظاہر نہیں کرتا۔ جب گرم کیا جاتا ہے تو یہ ہالوجن کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے اور الکلیس کو پتلا کرتا ہے۔ سلکان دو الوٹروپک شکلوں میں موجود ہے۔ براؤن سلکان ایک پاؤڈر ہے، جبکہ کرسٹل لائن (دھاتی) سلکان بہت ٹوٹنے والا ہے۔
سلکان کی الیکٹرانک ترتیب ہے \([Ne] 3s^2 3p^2\) ۔ یہ ترتیب یہ بتاتی ہے کہ کس طرح سلکان دوسرے ایٹموں یا مالیکیولز کے ساتھ چار ہم آہنگی بانڈ بنا سکتا ہے، جس سے مرکبات بنانے میں یہ ناقابل یقین حد تک ورسٹائل ہے۔
سیمی کنڈکٹر کے طور پر کام کرنے کی سلکان کی صلاحیت، یعنی یہ کچھ حالات میں بجلی چلا سکتی ہے لیکن دیگر نہیں، اسے الیکٹرانک آلات کی تیاری میں ضروری بناتی ہے۔ یہ خاصیت برقی کرنٹ کو کنٹرول کرنے کی اجازت دیتی ہے، جو مائیکرو چپس اور سولر سیل سے لے کر اسمارٹ فونز اور کمپیوٹرز تک کے آلات میں اہم ہے۔
ٹیکنالوجی میں سلکان کے کردار کے مرکز میں سلکان چپ، یا مربوط سرکٹ ہے۔ سلکان کے پتلے ٹکڑے سے تیار کردہ یہ ڈیوائس ہزاروں سے لاکھوں ٹرانزسٹرز کو پکڑ سکتی ہے۔ ٹرانسسٹر، سوئچ کے طور پر کام کرتے ہوئے، آلات میں برقی رو کے بہاؤ کو کنٹرول کرتے ہیں۔
سلیکون فطرت میں مفت نہیں پایا جاتا، لیکن کوارٹج، فیلڈ اسپار، میکا اور مٹی جیسے معدنیات میں بندھا ہوتا ہے۔ یہ ریت کا ایک اہم جزو بھی ہے۔ کان کنی اور ریفائننگ کے عمل کے ذریعے صنعتی استعمال کے لیے خالص سلکان نکالا جاتا ہے۔
سیلیکون حیاتیات میں بھی اہم ہے، اگرچہ وسیع پیمانے پر جانا جاتا نہیں ہے۔ کچھ خوردبینی جاندار، جیسے ڈائیٹمس، اپنی سیل کی دیواروں کو مضبوط کرنے کے لیے سلکان کا استعمال کرتے ہیں۔ جانداروں کی طرف سے سلکان کا یہ استعمال اس بات کی ایک مثال ہے کہ یہ عنصر کس قدر ورسٹائل ہے۔
سب سے مشہور سلکان مرکبات میں سے ایک سلکان ڈائی آکسائیڈ ہے ( \(SiO_2\) )، جسے عام طور پر کوارٹز کہا جاتا ہے۔ یہ مرکب شیشے، سیرامکس اور سیمنٹ کی بنیاد بناتا ہے۔ سلکان کاربائیڈ ( \(SiC\) )، ایک اور مرکب، کھرچنے والے کے طور پر اور بلٹ پروف واسکٹ میں استعمال ہوتا ہے۔
خالص سلکان 2000 ° C سے زیادہ درجہ حرارت پر الیکٹرک آرک فرنس میں کاربن کے ساتھ سلکان ڈائی آکسائیڈ کی کمی سے حاصل کیا جاتا ہے۔ اس ردعمل کی مساوات یہ ہے:
\(SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\)
اس عمل سے میٹالرجیکل گریڈ سلکان حاصل ہوتا ہے، جو سیمی کنڈکٹر گریڈ سلکان پیدا کرنے کے لیے مزید بہتر ہوتا ہے۔ اس میں ایک ایسا عمل شامل ہوتا ہے جسے زون ریفائننگ کہا جاتا ہے، جہاں سلیکون انگوٹ کے چھوٹے حصوں کو پگھلا کر اور انہیں دوبارہ دوبارہ قائم کرنے کی اجازت دے کر نجاست کو ہٹا دیا جاتا ہے۔
جبکہ سلکان خود نقصان دہ نہیں ہے، لیکن سلیکون کو نکالنے اور بہتر کرنے کے عمل سے ماحولیاتی اثرات مرتب ہو سکتے ہیں۔ کوارٹج ریت کی کان کنی (سلیکان کا بنیادی ذریعہ) اور سلکان میٹل اور سلکان مرکبات کی پیداوار ہوا اور پانی کی آلودگی کا باعث بن سکتی ہے۔ صنعت میں ری سائیکلنگ اور پروسیسنگ میں بہتری کے اقدامات کے ذریعے ان اثرات کو کم کرنے کی کوششیں جاری ہیں۔
جیسا کہ ہم ٹیکنالوجی کی حدود کو آگے بڑھاتے رہتے ہیں، سلکان اور اس کے مرکبات کی مانگ میں اضافہ متوقع ہے۔ مزید موثر سلیکون پر مبنی سیمی کنڈکٹرز بنانے کے ساتھ ساتھ متبادل مواد میں بھی تحقیق جاری ہے جو ایک دن سلکان کے ساتھ ساتھ کام کر سکتے ہیں۔
شدید مطالعہ کا ایک شعبہ سلکان کوانٹم ڈاٹس کی ترقی میں ہے، جو کوانٹم کمپیوٹنگ میں استعمال کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹرز، روایتی کمپیوٹرز کے برعکس، کوانٹم میکانکس کے اصولوں کا استعمال کرتے ہوئے پیچیدہ حسابات کو بے مثال رفتار سے انجام دیتے ہیں۔
توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجیز میں سلکان کے ممکنہ استعمال کے بارے میں بھی تحقیق جاری ہے۔ لتیم آئن بیٹریوں میں استعمال کے لیے سلیکون اینوڈز کا مطالعہ کیا جا رہا ہے کیونکہ ان میں روایتی گریفائٹ اینوڈز سے کہیں زیادہ صلاحیت ہے۔ اس سے الیکٹرانک آلات اور برقی گاڑیوں کی بیٹری کی زندگی میں نمایاں اضافہ ہو سکتا ہے۔
سلیکون صرف ایک عنصر سے زیادہ ہے۔ یہ جدید تکنیکی منظرنامے کا ایک بنیادی ستون ہے۔ اس کی منفرد خصوصیات الیکٹرانک آلات کو چلانے کے قابل بناتی ہیں، اور اس کی کثرت اسے ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج کے لیے کلیدی مواد بناتی ہے۔ جیسا کہ ہم سلکان کی صلاحیتوں کو تلاش اور ان کو بہتر بناتے رہتے ہیں، یہ ٹیکنالوجی کے مستقبل میں ہمارے آگے بڑھنے میں سب سے آگے رہتا ہے۔
سلکان کی سیمی کنڈکٹر خصوصیات کو سمجھنے کے لیے، عام طور پر کیے جانے والے ایک تجربے میں سلیکون کی چالکتا کی پیمائش شامل ہوتی ہے کیونکہ یہ گرم ہوتا ہے۔ ایک کنٹرول شدہ ماحول میں، ایک سلکان کا نمونہ درجہ حرارت سینسر اور ملٹی میٹر کے ساتھ سرکٹ سے منسلک ہوتا ہے۔ جیسے جیسے سلکان بتدریج گرم ہوتا ہے، اس کی چالکتا بڑھ جاتی ہے، جو اس کی سیمی کنڈکٹر فطرت کو ظاہر کرتی ہے۔ یہ تجربہ واضح کرتا ہے کہ کس طرح سلکان اعلی درجہ حرارت پر زیادہ بجلی چلا سکتا ہے، ایک اصول جس کا مختلف الیکٹرانک آلات میں استحصال کیا جاتا ہے۔
