تُستخدم رقائق الزجاج ورقائق السيليكون على نطاق واسع في تطبيقات أشباه الموصلات، والميكانيكيات الصغرية الدقيقة، وأجهزة الاستشعار، والتطبيقات البصرية الإلكترونية، إلا أنها تختلف اختلافًا كبيرًا في خصائص المواد، وعمليات التصنيع، وأداء الاستخدام النهائي. يساعد فهم هذه الاختلافات المهندسين على اختيار الركيزة المناسبة للوضوح البصري، والعزل الكهربائي، والاستقرار الحراري، أو توافق التصنيع الدقيق. تشرح هذه المقالة كيفية مقارنة هذين النوعين من الرقائق من حيث البنية، والسلوك، والاستخدام الصناعي، وتقدم رؤى عملية لمختبرات الأبحاث، ومرافق التصنيع الدقيق، ومصنعي الإلكترونيات المتقدمة. بالنسبة للشركات التي تبحث عن رقائق متخصصة أو تصنيع دقيق، توفر Plutosemi حلولاً قابلة للتخصيص تناسب مجموعة واسعة من متطلبات المعالجة.

اختلافات في تركيب المواد

الفرق الأساسي يكمن في المواد نفسها. تصنع رقائق السيليكون من السيليكون أحادي البلورة، وهي مادة شبه موصلة قادرة على توصيل الكهرباء في ظل ظروف معينة. وهذا يجعل السيليكون الركيزة المهيمنة للدوائر المتكاملة، وتشكيل الترانزستور، والأنظمة الإلكترونية الدقيقة.

على النقيض من ذلك، تُصنع رقائق الزجاج من السيليكا المندمجة غير البلورية، أو البوروسيليكات، أو الألومينوسيليكات، أو غيرها من الزجاج البصري الهندسي. هذه المواد عازلة بالكامل ولا تظهر أي سلوك شبه موصل. يسمح هيكلها غير المتبلور بالشفافية الممتازة، مما يجعلها مثالية للفوتونيات، والميكروفلويديك، والاستشعار البصري.

الخصائص الكهربائية والبصرية

الطبيعة شبه الموصلة للسيليكون تسمح له بدعم التنشيط وتكوين الوصلات وحركة حاملات الشحنة. وهذا أمر بالغ الأهمية لـ CMOS والإلكترونيات القوية والمكونات المنطقية. ومع ذلك، فإن السيليكون معتم للضوء المرئي ويمتص معظم الأطوال الموجية التي تزيد عن 1.1 ميكرومتر، مما يحد من استخدامه في المسارات البصرية.

توفر رقائق الزجاج مجموعة معاكسة من السمات. فهي توفر شفافية كاملة عبر نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة اعتمادًا على التركيبة. تمنع مقاومتها الكهربائية العالية جدًا تسرب التيار بين المكونات المتكاملة، وهو أمر قيم في أجهزة الترددات الراديوية والرقائق الدقيقة ومنصات المختبر على الشريحة التي تتطلب التفتيش البصري.

يساعد جدول المقارنة على توضيح هذه الاختلافات:

السلوك الحراري والميكانيكي

تؤثر الخصائص الحرارية بشكل كبير على اختيار الرقاقة. يتمتع السيليكون بموصلية حرارية عالية وتمدد حراري مستقر، مما يسمح بالمعالجة في درجات حرارة عالية مثل التنشيط والأكسدة والانتشار. كما يتمتع أيضًا بقوة ميكانيكية ممتازة، ويقاوم الانحناء أثناء دورات التسخين المتكررة.

الزجاج، على الرغم من كونه أكثر عزلًا حراريًا، يوفر توصيلًا حراريًا أقل ومعاملات تمدد متنوعة اعتمادًا على نوع الزجاج. وهذا يتطلب التحكم الدقيق في درجة الحرارة أثناء الترابط والمعالجة. ومع ذلك، يتميز الزجاج بالاستقرار الأبعادي ونعومة السطح والمقاومة الكيميائية، مما يجعله مناسبًا للقنوات الدقيقة والتجاويف البصرية والختم المحكم.

توافق التصنيع والعمليات

يتم إنتاج رقائق السيليكون باستخدام طرق czochralski أو منطقة التعويم، تليها التقطيع والتلميع وتجهيز السطح. تدعم هذه العمليات تصنيع أشباه الموصلات عالية الدقة والتوافق مع النقش البلازمي والطباعة الحجرية والترسيب والانتشار.

تتضمن صناعة رقائق الزجاج الصهر والصب والنشر والطحن الناعم والتلميع على الوجهين. في حين لا يمكن للزجاج أن يخضع للتشويب بأشباه الموصلات، فإنه يدعم الهيكلة بالليزر، والحفر الأيوني التفاعلي (لبعض التركيبات)، والترابط الأنودي مع السيليكون. وهذا يجعل الزجاج مادة شريكة لا غنى عنها في هياكل الأنظمة الكهروميكانيكية الهجينة، وأجهزة استشعار الضغط، وتجويفات الفراغ.

علاوة على ذلك، تتطلب العديد من الأجهزة البصرية أو الدقيقة الحفر الكيميائي الرطب العميق، والذي يمكن لأنواع معينة من الزجاج استيعابه مع الحفاظ على جودة الحافة والنقاء الكيميائي.

اختلافات التطبيق

إن السلوكيات المميزة لرقائق الزجاج والسيليكون تضعها في مجالات تطبيقية مختلفة. تسيطر رقائق السيليكون على المعالجات الدقيقة، والذاكرة، وأجهزة الطاقة، وأجهزة الاستشعار، والدوائر المتكاملة. ويعتمد أي تطبيق يتطلب التوصيل الكهربائي، أو تكوين الترانزستور، أو طبقات أشباه الموصلات المعقدة على السيليكون.

تُستخدم رقائق الزجاج في المجالات التي تتطلب الشفافية والاستقرار الكيميائي والعزل الكهربائي. كما تُستخدم بشكل متكرر في:

• رقائق الميكروفلويديك وأجهزة الكيمياء الحيوية

• الأنظمة البصرية، وأقنعة الصور، ونوافذ التصوير

• تغليف الذاكرات الكهرومغناطيسية والترابط على مستوى الرقاقة

• منصات الاستشعار البيولوجي والتشخيص

• مكونات الترددات الراديوية وركائز الهوائي التي تتطلب خسارة عازلة منخفضة

وتؤثر هذه الاختلافات أيضًا على اختيار المعدات وتكنولوجيا الترابط وأداء المنتج النهائي.

الترابط والتكامل

في تصميم أشباه الموصلات الهجينة والميكانيكيات الصغرية، غالبًا ما يقترن الزجاج بالسيليكون. يخلق الترابط الأنودي ختمًا محكمًا قويًا في درجات الحرارة المرتفعة، مما يستفيد من حركة الأيونات داخل تركيبات الزجاج القلوي المحددة. يسمح هذا للمهندسين بالجمع بين المزايا البصرية للزجاج والقدرات الإلكترونية للسيليكون.

تختلف متطلبات قوة الترابط، ومطابقة معامل التمدد، وإعداد السطح عن الترابط بين الرقاقات السيليكونية، مما يجعل معرفة العملية ضرورية لتصنيع الأجهزة بشكل موثوق.

اعتبارات التكلفة والتوافر

تستفيد رقائق السيليكون من الطلب الواسع النطاق في صناعة أشباه الموصلات، مما يؤدي إلى إمداد ثابت ومعايير صارمة وأسعار تنافسية عبر أحجام مثل تنسيقات 4 بوصة و6 بوصة و8 بوصة و12 بوصة. تتوفر مستويات المنشطات المتخصصة واتجاهات البلورة على نطاق واسع.

تختلف رقائق الزجاج، نظرًا لكونها أكثر تحديدًا للتطبيق، على نطاق واسع في التكلفة اعتمادًا على نوع المادة وسمكها وجودة السطح والمواصفات الحرارية. قد تكلف خيارات السيليكا المندمجة عالية النقاء أو سيليكات الألومنيوم أكثر بكثير بسبب متطلبات التلميع الدقيق والدرجة البصرية.

خاتمة

تختلف رقائق الزجاج ورقائق السيليكون بشكل أساسي في بنية المادة والسلوك البصري والخصائص الحرارية وتوافق المعالجة. يدعم السيليكون الأجهزة شبه الموصلة المعقدة التي تعمل على تشغيل الإلكترونيات الحديثة، بينما يوفر الزجاج شفافية وعزلًا واستقرارًا كيميائيًا لا مثيل لها للأنظمة البصرية والميكروفلويدية. يعتمد الاختيار بينهما على الاحتياجات الوظيفية للجهاز ودرجة حرارة المعالجة وطريقة الترابط وبيئة التطبيق النهائية.