في صناعات أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة، تعمل الرقائق كركائز أساسية تُصنع عليها الدوائر المتكاملة وأجهزة الميكانيكا الكهرومغناطيسية الصغيرة وأجهزة الاستشعار وغيرها من الهياكل الدقيقة. إن الفهم الواضح لأنواع الرقائق الرئيسية أمر ضروري لمهندسي العمليات وعلماء المواد والمشترين. تستعرض هذه المقالة الفئات الرئيسية لرقائق أشباه الموصلات، وتقارن خصائصها، وتسلط الضوء على بعض الاتجاهات الناشئة. وفي النهاية، نذكر بإيجاز كيف البلوتونيوم يتناسب مع المشهد باعتباره موردًا للرقائق.

تصنيف رقائق أشباه الموصلات

يمكن تصنيف رقائق أشباه الموصلات على عدة محاور: تركيب المادة، والبنية (السائبة مقابل الهندسية)، والتوجه البلوري، والطبقات المنشطرة أو الطبقية، وأنواع الركيزة الخاصة (على سبيل المثال للطاقة أو الفوتونيات). فيما يلي الأنواع الرئيسية التي تواجهها الصناعة والبحث.

1. رقائق السيليكون (si)

تظل رقائق السيليكون هي الركيزة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات، وذلك بفضل عمليات التصنيع الناضجة، وتوافر السيليكون عالي النقاء، ودعم النظام البيئي الواسع.

• السيليكون أحادي البلورة (سيليكون أحادي البلورة):هذه رقائق أحادية البلورة مقطعة من سبيكة سيليكون Czochralski (CZ) أو منطقة التعويم (FZ). وعادة ما يتراوح قطرها من 50 مم إلى 300 مم (وفي المصانع المتقدمة يصل إلى 450 مم). وعادة ما يتم تلميع السطح ليصبح مسطحًا مثل المرآة ويتم معالجته كيميائيًا بشكل اختياري (CMP، RCA Clean).

• رقائق السيليكون الظهارية (epi):يتم زراعة طبقة رقيقة من السيليكون عالية الجودة فوق ركيزة سيليكون أثقل. يمكن أن تكون طبقة EPI مشوبة بشكل خفيف، أو معيبة بشكل خفيف، أو مصممة في السمك (من مئات النانومترات إلى عدة ميكرونات). تعتبر رقائق EPI شائعة بشكل خاص في تصنيع الأجهزة المنطقية والترددات الراديوية والتناظرية.

داخل رقائق السيليكون، تتضمن التمييزات الإضافية ما يلي:

• أنواع المنشطات (نوع-n، نوع-p)

• نطاقات المقاومة (مقاومة منخفضة، متوسطة، عالية)

• اتجاه البلورة (على سبيل المثال (100)، (111)، (110))

• السطح الخلفي المصقول مقابل السطح الخلفي غير المصقول

• رقائق رقيقة (مخفف ميكانيكيًا لتقليل السُمك للتغليف المتقدم)

2. رقائق السيليكون على العازل (الذات)

تجمع رقائق الصويا بين طبقة عازلة (عادةً ثاني أكسيد السيليكون أو أكسيد مدفون، صندوق) محصورة بين طبقتين من السيليكون: طبقة سيليكون المقبض (الركيزة) وطبقة سيليكون الجهاز العلوي. يقلل الهيكل من السعة الطفيلية، ويخفف التسرب، ويحسن الأداء عالي التردد. تأتي رقائق الصويا بعدة نكهات:

• الفصل بواسطة أكسيد مزروع (سيموكس):يتم زرع أيونات الأكسجين ومعالجتها لتشكيل أكسيد مدفون.

• ربط الرقاقة + نقل الطبقة (على سبيل المثال القطع الذكي):يتم نقل طبقة رقيقة من السيليكون إلى ركيزة مؤكسدة عن طريق تقنيات الترابط والانقسام.

• مُلصق ومُحفور من الخلف (بيسوي):ربط رقاقتين من السيليكون وتخفيف أحد الجانبين للوصول إلى الطبقة المطلوبة.

تُستخدم رقائق الصويا على نطاق واسع في الترددات الراديوية، والأنظمة الكهروميكانيكية الصغيرة، وأجهزة استشعار التصوير، والدوائر المنطقية منخفضة الطاقة.

3. رقائق أشباه الموصلات المركبة

تُصنع رقائق أشباه الموصلات المركبة من مواد مركبة بدلاً من السيليكون العنصري. وتُستخدم في الأجهزة عالية السرعة وعالية التردد، والأجهزة البصرية الإلكترونية، وأجهزة الطاقة.

• زرنيخيد الغاليوم (gaas) الرقاقات: تستخدم في أجهزة الميكروويف والترددات الراديوية والأجهزة البصرية الإلكترونية (مصابيح LED، وثنائيات الليزر).

• فوسفيد الإنديوم (inp) الرقاقات: شائعة في أجهزة الاتصالات الفوتونية وعالية السرعة.

• نتريد الغاليوم (غان) الرقاقات (أو جان-أون-سافير، جان-أون-سي): تستخدم في الإلكترونيات القوية، ومكبرات الترددات الراديوية، ومصابيح LED.

• كربيد السيليكون (كذا) الرقائق: مثالية للتطبيقات ذات الجهد العالي ودرجة الحرارة العالية والطاقة العالية بفضل فجوة النطاق الواسعة.

• مركبات أخرى iii-v أو ii-vi: على سبيل المثال، لهث، تنفس، لهث، وما إلى ذلك.

غالبًا ما تتطلب رقائق المركبات مطابقة الشبكة وطبقات العازلة وإدارة العيوب بعناية بسبب تعقيدها البلوري.

4. رقائق الياقوت (al₂o₃)

رقائق الياقوت هي أكسيد الألومنيوم أحادي البلورة. وهي شفافة بصريًا وقوية وخاملة كيميائيًا. تشمل الاستخدامات الرئيسية ما يلي:

• ركائز LED وmicro-LED

• النوافذ البصرية، والأنظمة الكهروميكانيكية الصغيرة، وتطبيقات المستشعرات

• ركيزة النمو لأجهزة gan (gan-on-الياقوت هو مزيج شائع)

تعتبر ركائز الياقوت أكثر تكلفة وهشة ميكانيكيًا، ولكنها توفر خصائص عزل وبصرية ممتازة.

5. رقائق الزجاج والكوارتز والسيراميك / الركائز العازلة

هذه الرقائق هي ركائز غير شبه موصلة تستخدم في الأجهزة الكهروميكانيكية الصغيرة، والشاشات، والترددات الراديوية، والميكروفلويديك.

• رقائق السيليكا / الكوارتز المندمجة: نقاء عالي، تمدد حراري منخفض، خصائص بصرية جيدة.

• رقائق زجاج البورسليكات: فعالة من حيث التكلفة وتستخدم عادة في تغليف الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة، والميكروفلويديك، ولوحات العرض.

• رقائق السيراميك المحروقة بدرجة حرارة منخفضة (ltcc) أو رقائق الألومينا:تستخدم في الأنظمة الدقيقة الهجينة، والتغليف، والإلكترونيات ذات درجات الحرارة العالية.

يمكن أيضًا معالجة مثل هذه الركائز العازلة باستخدام تقنيات الترسيب بالأغشية الرقيقة أو التصنيع الدقيق.

6. رقائق الطاقة / الجهد العالي المتخصصة

في مجال الإلكترونيات القوية، يجب أن تتحمل الرقائق الجهد العالي والتيار العالي والضغط الحراري. تشمل أنواع الرقائق الخاصة ما يلي:

• رقائق عازلة من النوع n أو شبه عازلة

• رقائق مركبة من الغان-أون-سي أو الغان-أون-سيك

• رقائق السيليكون ذات ملفات تعريف المنشطات المحددة وطبقات epi لأجهزة الطاقة

إن الجودة وكثافة العيوب والخصائص الحرارية لهذه الرقائق أمر بالغ الأهمية لتشغيل الطاقة بشكل موثوق وفعال.

جدول مقارنة بين أنواع الرقائق الرئيسية

الاتجاهات والاعتبارات الناشئة

هناك العديد من الاتجاهات التي تشكل مشهد الرقاقة:

1. أقطار رقاقة أكبر: الانتقال من 200 ملم إلى 300 ملم، واستكشاف 450 ملم، لتحسين الإنتاجية وتقليل التكلفة لكل جهاز.

2. رقائق رقيقة للغاية ومرنة: للتغليف المتقدم، والتكديس ثلاثي الأبعاد، والإلكترونيات القابلة للطي.

3. التكامل غير المتجانس:ربط أنواع الرقاقات المختلفة (على سبيل المثال Gan على SI) لدمج أفضل المواد.

4. التحكم المتقدم في الأسطح والعيوب:مع انكماش عقد الأجهزة، تصبح تسطيح الرقاقة، وكثافة العيوب، وجودة البلورة أكثر أهمية من أي وقت مضى.

5. مواد الركيزة الجديدة:يتم استكشاف أشباه الموصلات الجديدة، والمخاليط المركبة، والعوازل الهندسية لاستخدامها في العقد المستقبلية أو التطبيقات المتخصصة.

لماذا يجب أن نفكر في استخدام بلوتوسيمي في الرقائق؟

في مجال مصادر الرقائق، تعد الموثوقية والجودة ومرونة التخصيص من الأمور الأساسية. البلوتونيوم هي شركة موردة لمواد أشباه الموصلات تأسست في عام 2019 ومقرها في فوشان بالصين، مع التركيز على منتجات الرقائق عالية الدقة.

تقدم الشركة مجموعة واسعة من المنتجات بما في ذلك رقائق السيليكون، ورقائق الطاقة الشمسية، ورقائق الياقوت، ورقائق أشباه الموصلات المركبة، ورقائق الزجاج، ورقائق السيراميك. وتشمل قدرتها الإنتاجية إنتاجًا شهريًا كبيرًا للركائز السيليكونية والزجاجية، كما أنها تدعم الخدمات اللاحقة مثل عمليات SOI وTSV وTGV والطبقات العليا.

بالنسبة للشركات أو مؤسسات البحث التي تبحث عن مزود رقائق متكامل يقدم كل من الركائز القياسية والحلول المخصصة، يمكن أن يكون البلوتونيوم مرشحًا يستحق التقييم.

ملخص

إن فهم الأنواع الرئيسية من رقائق أشباه الموصلات أمر أساسي لاختيار الركيزة المناسبة للأجهزة في مجالات المنطق والذاكرة والطاقة والفوتونيات والميكانيكيات الصغرية الدقيقة وغيرها من المجالات. تشمل الفئات الرئيسية السيليكون السائب، والسيليكون الفوقي، والسيليكون ثنائي التكافؤ، وركائز أشباه الموصلات المركبة (الجاليوم، والجان، والسيليكون الثنائي، والإنثوسين)، والياقوت، والرقائق الزجاجية العازلة أو السيراميكية. كل نوع يجلب مقايضات في التكلفة والأداء وتحمل العيوب وتوافق العملية.

عند اختيار المورد، فإن عوامل مثل نقاء المواد، ومستويات العيوب، وتسطيح الرقاقة، ودعم العملية، وقدرة التخصيص مهمة. في هذا السياق، البلوتونيوم تقدم نفسها كمورد متعدد الاستخدامات يقدم مجموعة واسعة من خيارات الرقائق والخدمات ذات الصلة.