في بدايات الصناعة الإلكترونية، اي ما قبل الحرب العالمية الثانية، بدأ عصر أشباه الموصلات وتحديدًا باستخدام مادة السليكون (silicon) في تصنيع الصمامات الإلكترونية Transistors ضئيلة الحجم بديلًا للأنابيب الضخمة والبطيئة، حيث أن هذه المادة تميزت بانها قادرة على نقل الإشارات من مسافات بعيدة. ومنذ خمسينات العصر الماضي الى عصرنا هذا أصبحت أشباه الموصلات متواجدة في كل مكان ولا تخلو الاجهزة بل لا تخلو المنازل منها مما جعلها بلا شك سلعة ذات قيمة عالية ومؤثرة في إقتصادات الدول .

عند التحدث عن أشباه الموصلات يمكننا تعريفها بأنها المواد الجامعة بين خصائص المواد الموصلة والمواد العازلة. تحتوي ذرات أشباه الموصلات على أربعة إلكترونات في مدارها الأخير مما يجعلها أكثر إلكترونات من المواد الموصلة وأقل نسبة للمواد العازلة. عند إضافة طاقة خارجية على ذرات أشباه الموصلات، تتسبب بحدوث حركة في بعض الإلكترونات والذي يسمى بالتيار مما يجعلها موصلة للكهرباء الى حد ما.

كما هو موضح، عند اضافة طاقة مساوية لطاقة الفجوة، ستتحرك بعض الإلكترونات الى الحزمة الموصلة والتي تقوم بالتوصيل الى حد ما.

عند التطرق الى منهجية التصنيع، لابد من التنبيه بأن أشهر مادة مستخدمة في هذا المجال هي السليكون المتميزة بمرونتها أستقرارها نسبة الى باقي أشباه الموصلات. اليكم خطوات تصنيع القطع الإلكترونية الشبه موصلة بإستخدام السليكون:

1- صناعة الرقائق: تعتبر صناعة الرقائق أساس لعملية التصنيع كاملة. معظم الرقائق تتم صناعتها من مادة السليكون المستخرجة من الرمال عن طريق اذابة الرمال حتى وصوله الى سائل عالي النقاء ومن ثم يتصلب على شكل بلوري ويقسم الى شرائح صغيرة.

2- الأكسدة: بداية، يغطى سطح الرقائق ببخار الماء والذي يحمي القطعة عن بقية خطوات التصنيع ويمنعها من تسرب التيار بين الدوائر الإلكترونية.

3- الطباعة الحجرية الضوئية: بشكل عام، هي تقنية طباعة الدوائر الإلكترونية على سطوح الرقائق الدقيقة. والسبب الرئيسي لتسميتها بالطباعة الحجرية الضوئية لأنها تماثل الطباعة الحجرية المستخدمة في بعض أنواع الطباعة. ولكن تعتمد على  الضوء في نقل النماذج كما هو في التصوير الفوتوغرافي. عند التحدث عن اكبر العيوب في هذه التقنية، فهو لزوم استخدامها على الأسطح المستوية فقط. وتتطلب شروط صارمة لنظافة السطح. تعتبر من أحدث التقنيات في مجال الطباعة الحفرية وتستخدم كأداة أساسية في عمليات التصنيع الدقيقة عن طريق طبع شكل هندسي ذات أبعاد صغيرة جداً على سطح غشاء رقيق.

4- الحفر: يتم نحت المواد غير الضرورية ليتبقى فقط النمط الهندسي المطلوب. تتم عملية الحفر بإستخدام غاز أو سائل لإزالة المواد الغير ضرورية. تعتبر المحاليل الكيميائية اداة  للحفر الجاف، ولكن عند استخدام غاز أو بلازما للحفر فهذا ما يسمى بالحفر الرطب.

5- الترسب: هو اضافة طبقة خفيفه فوق الجزئية المرجو حمايتها بعد عملية الحفر، بما أن الطبقة جداً رقيقة نحتاج الى تقنية متخصصة لتوزيع الطبقة بشكل متساوي، لتمكين هذه الرقائق من التوصيل بالشكل المطلوب نحتاج الى إضافة شوائب تمكنها من التوصيل والحصول على خصائص كهربائية كما هو متوقع منها.

6- تثبيت الاسلاك المعدنية: لتمكين الرقيقة من العمل والتوصيل، نحتاج الى تثبيت أسلاك معدنية موصلة للكهرباء وفقاً للنمط الهندسي المرسوم. ومن الأمثلة للمعادن المناسبة لهذه العملية: الألومنيوم, التيتانيوم.

بعد هذه المراحل الست, تقام اختبارات عدة على الرقائق المصنعة للتأكد من جودتها وموصليتها ومن ثم يتم التسويق لها من قبل الشركات الموردة الى الشركات الرائدة مثل: سامسونج SAMSUNG، ديل DELL، اتش بي HP

ختاماً،  تصنيع الرقائق الإلكترونية الشبه موصلة عملية معقدة وحساسة بشكل كبير ولكن في نفس الوقت هذه القطعة رغم صعوبة تصنيعها إلّا أنها من أعظم الاختراعات التقنية المؤثرة على تطور الاجهزة بشكل عام وتعتبر عنصر مؤثر في إقتصادات دول عدة مثل:الصين، والولايات المتحدة الامريكية، وتايوان.

_______________________________________________

المراجع:

Quirk, M., & Serda, J. (2001). Semiconductor manufacturing technology (Vol. 1). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.

Mehta, V. K., & Rohit, M. (2014). Principle of Electrical Engineering and Electronics. S. Chand Publishing.

Espadinha-Cruz, P., Godina, R., & Rodrigues, E. M. (2021). A review of data mining applications in semiconductor manufacturing. Processes, 9(2), 305.