رحلة الشريحة الإلكترونية.. كيف تُصنع أعقد مكونات أجهزتنا الذكية؟

تصنع الشرائح الإلكترونية أو المعالجات الدقيقة بأحدث خطوط الإنتاج المعقدة في العالم، وهي مكون أساسي لكل الأجهزة الذكية الحديثة، من الهواتف إلى الحواسيب الفائقة.

ولكل شريحة قصة صناعة تبدأ من اختيار المادة المثالية وصولاً إلى اختبار الجودة النهائي.

اختيار المادة شبه الموصلة

يُعد اختيار المادة الأساس لكل شريحة إلكترونية، حيث تحدد قدرتها وأدائها.

أكثر المواد شيوعاً هو السيليكون لوفرة استخدامه وخصائصه الكهربائية الممتازة، إذ يمكنه توصيل الكهرباء أو عزلها حسب الإضافات أو الشوائب.

لكن هناك مواد أخرى بدأت تحظى بشعبية، مثل نترات الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC)، فالأولى مناسبة للأجهزة عالية الطاقة والتردد، بينما الثانية تتحمل درجات الحرارة المرتفعة، ما يجعلها مثالية للبيئات القاسية.

يفتح البحث المستمر الباب أمام مواد جديدة مثل الغرافين ومركبات شبه موصلة أخرى، والتي قد تُحدث ثورة في صناعة الشرائح مستقبلاً، بحسب تقرير نشره موقع “citizenside” واطلعت عليه “العربية Business”.

نمو البلورات

يبدأ تصنيع الشريحة من نمو بلورات شبه موصلة نقية، مثل السيليكون، باستخدام طرق دقيقة، حيث يُغمس بلورة أولية في السيليكون المصهور لتكون هيكل بلوري متجانس.

هذه البلورات تُقطع لاحقاً إلى أقراص رقيقة تعرف باسم الرقائق (Wafers).

تقنيات أخرى، مثل النمو المتفوق (Epitaxy)، تسمح بإضافة طبقات دقيقة بمواصفات محددة، تُستخدم على سبيل المثال في طبقة الترانزستور النشطة.

تحضير الرقائق

بعد تقطيع البلورة، تُصقل الرقائق للحصول على سطح أملس، ثم تُنظف بعمليات كيميائية ومائية لإزالة الشوائب، وتُغطى بطبقة أكسيد أو نيتريد لتعمل كعازل وحماية.

وأخيراً تُجري عملية التسوية الكيميائية الميكانيكية (CMP) لضمان السطح المثالي للخطوات التالية.

الطباعة الضوئية

تُستخدم الطباعة الضوئية لنقل تصاميم الدوائر الدقيقة على الرقائق، عبر طبقة حساسة للضوء تُغير خصائصها عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية، ثم يُزال الجزء المطلوب باستخدام محلول كيميائي، لتحديد مكونات الشريحة بدقة متناهية.

الحفر

الحفر هو إزالة المادة بشكل انتقائي لتشكيل القنوات والدوائر.

يتم بطرق رطبة أو جافة، مع التحكم الدقيق لضمان أن تُزال المادة فقط من المناطق المحددة، لتحديد الترانزستورات والتوصيلات بدقة عالية.

الترسيب

تضاف طبقات رقيقة من المواد على سطح الرقاقة باستخدام الترسيب الفيزيائي أو الكيميائي أو الذري، لتكوين الطبقات العازلة أو الموصلة التي تُشكل مكونات الشريحة.

زراعة الأيونات والانتشار

تُحقن أيونات عناصر محددة لتعديل الموصلية الكهربائية للمواد، ثم تُوزع هذه الشوائب بدقة عبر عمليات انتشار حرارية لتشكيل الوصلات الكهربائية داخل الترانزستورات.

التوصيل المعدني

يُضاف المعدن، مثل الألمنيوم أو النحاس، لتوصيل الإشارات الكهربائية بين مكونات الشريحة، مع ضمان العزل بين الخطوط المعدنية لمنع التسرب أو القصر الكهربائي.

الاختبار والتفتيش

أخيراً، تخضع الشرائح لاختبارات دقيقة للتحقق من الأداء الكهربائي والوظيفي، باستخدام أجهزة متخصصة للكشف عن أي خلل قبل التغليف والشحن، لضمان أن تصل الشريحة إلى الأجهزة الإلكترونية بأعلى جودة ممكنة.

صناعة الشرائح الإلكترونية هي مثال على الدقة المتناهية والهندسة المتقدمة، حيث يجتمع العلم والتقنية لإنشاء قلب الأجهزة الذكية التي نعتمد عليها يومياً.