كيف يتم استخدام الغازات في صناعة أشباه الموصلات

تعتبر صناعة أشباه الموصلات صناعة عالمية ضخمة، تستمر في النمو كل عام، مما يعني أن الطلب على الغازات عالية النقاء سيزداد تبعاً لذلك.

يعد الحصول على إمدادات موثوقة من الغاز عالي النقاء أمرًا ضروريًا لتصنيع أشباه الموصلات، وخاصة في التقنيات المتقدمة مثل الهواتف الذكية والمركبات ذاتية القيادة.

إن عملية إنتاج الدوائر المتكاملة معقدة للغاية، وتتطلب أكثر من 30 غازًا مختلفًا في جميع مراحلها، مما يجعل مجموعة الغازات المستخدمة من أكثر الغازات استخدامًا في أي صناعة.

يعد الغاز جزءًا مهمًا من صناعة أشباه الموصلات، لأنه يمكن أن ينتج التفاعلات الكيميائية اللازمة لتشكيل الخصائص الكهربائية لأشباه الموصلات. نظرًا لتعقيده، يجب أن يكون الغاز المستخدم في كل مرحلة من مراحل عملية التصنيع دقيقًا ودقيقًا لتكوين أشباه الموصلات بشكل صحيح.

ومع التطور المستمر لصناعة أشباه الموصلات، تتطور أيضًا الغازات المستخدمة في العملية. بعض الغازات الأساسية المستخدمة تشمل النيتروجين والأكسجين والأرجون والهيدروجين. سنناقش أدوارهم في عملية التصنيع بعمق.

نتروجين

نظرًا لتوافره وخموله، يعتبر النيتروجين هو الغاز الأساسي المستخدم في كل خطوة من خطوات عملية تصنيع أشباه الموصلات، ولكن استخدامه الرئيسي يكون في مرحلة التطهير. يتم في هذه المرحلة استخدام النيتروجين لغسل كل قناة وشبكة أنابيب لإزالة أي أكسجين موجود في الآلات والأدوات، وذلك لحمايتها من الغازات الأخرى التي قد تلوث العملية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم مصانع أشباه الموصلات مجهزة بمولدات النيتروجين في الموقع بسبب الاستخدام الكبير للنيتروجين في العملية برمتها. والأهم من ذلك، مع إنتاج الهواتف الذكية عالية التقنية وغيرها من التقنيات، من الضروري الحفاظ على التكلفة منخفضة أثناء محاولة تلبية الطلب المرتفع.

يمكنك القول أن النيتروجين يحافظ على الأدوات والمساحات والأنابيب بعيدًا عن أي رطوبة محتملة أو ملوثات كيميائية أو جزيئات. إنه غاز أساسي، يتم استخدامه طوال العملية من البداية إلى النهاية، فلا عجب في تركيب المولدات في الموقع.

أكسجين

كما تعلم، الأكسجين مادة مؤكسدة، لذلك من الضروري إنتاج تفاعل ترسيب. يتم استخدامه لتنمية طبقات أكسيد السيليكون لعناصر مختلفة في العملية، مثل أقنعة الانتشار.

عند استخدام الأكسجين في تصنيع أشباه الموصلات، يجب أن يكون الغاز عالي النقاء لمنع أي شوائب من التأثير على إنتاج الجهاز وأدائه.

أثناء عملية الحفر، يتم استخدام الأكسجين أيضًا لإزالة أي نفايات مادية إضافية متولدة. ويمكن استخدامه أيضًا لجعل أي نمط نقش دائمًا.

وأخيرًا، يساعد الأكسجين أيضًا في تحييد الغازات التفاعلية من خلال تفاعلات الأكسدة التي قد تغير جودة المنتج. لذلك، مثل النيتروجين، يساعد الأكسجين أيضًا على ضمان عدم حدوث أي تلوث.

الأرجون عنصر غازي

يستخدم الأرجون بشكل رئيسي في عملية الترسيب والنقش في ليزر الطباعة الحجرية فوق البنفسجية، ويستخدم لصنع أصغر نمط على شريحة أشباه الموصلات.

أثناء تصنيع رقاقة السيليكون المطلوبة، يتم استخدام غاز الأرجون لحماية بلورة السيليكون المتكونة على الرقاقة من أي تفاعل محتمل مع الأكسجين والنيتروجين أثناء عملية النمو ذات درجة الحرارة العالية.

نظرًا لأن الأرجون هو أيضًا غاز خامل جدًا، فإنه يستخدم لتوفير بيئة غير تفاعلية لترسيب المعادن المتطايرة. في بعض الأحيان يكون تفاعل النيتروجين قويًا جدًا، مما يؤدي إلى تكوين نيتريدات معدنية.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الأرجون السائل مع الأدوات لتنظيف أصغر الرقائق وأكثرها هشاشة.

هيدروجين

قد يزداد استخدام الهيدروجين في تصنيع أشباه الموصلات بسبب ارتفاع الطلب. وخاصة في مرحلة الطباعة الحجرية الضوئية، يستخدم الهيدروجين للتفاعل مع القصدير الكيميائي لإنتاج هيدريد القصدير. مطلوب هيدريد القصدير حتى لا يتراكم على العناصر البصرية باهظة الثمن.

يتم استخدامه للترسيب الفوقي للسيليكون وجرمانيوم السيليكون في عملية الترسيب، وكذلك لإعداد السطح عن طريق عملية التلدين.

يستخدم الهيدروجين لإنشاء طبقة أكسيد جديدة لتعديل الطبقة الرقيقة الموجودة. تحدث هذه العملية في البيئات ذات الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة، مما يعني أن التحكم في معدل التدفق ودرجة الحرارة والضغط مهم للغاية.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الهيدروجين أيضًا في مرحلة التطعيم للمساعدة في التحكم في التحلل، لأن الغاز المستخدم في هذه العملية شديد السمية. الكثير منها يحتاج إلى تخزينها في جهاز يمكنه منع التسرب.

ثنائي البوران هو أيضًا مادة كيميائية تستخدم في عملية المنشطات، ولكن بسبب عدم الاستقرار الحراري، فإنه يتحلل ببطء، لذلك هناك حاجة إلى الهيدروجين للمساعدة في استقراره.

أشباه الموصلات في الحياة اليومية

وتستخدم أشباه الموصلات في جميع أنواع المعدات اليومية، مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون، وأيضا في التقنيات المتقدمة، مثل المعدات الطبية والأنظمة العسكرية والعديد من التطبيقات الأخرى.

إنها جزء من حياتنا اليومية ولا نلاحظها لأنها موجودة في الأجهزة التي نستخدمها كل يوم. وبدون أشباه الموصلات، لن نكون قادرين على القيام بأشياء كثيرة. مع تطور تكنولوجيا أشباه الموصلات، سوف تصبح أكثر موثوقية وذكية وصغيرة الحجم.

من الاتصالات والنقل والترفيه، ما هذا إلا جزء صغير مما فعلته لنا أشباه الموصلات. إنها ستعمل على تعزيز التكنولوجيا والابتكار في المستقبل، مما سيمكننا من القيام بأشياء لم نتخيلها من قبل.