ما هو أشباه الموصلات؟
جهاز أشباه الموصلات هو مكوّن إلكتروني يستخدم التوصيل الكهربائي، ولكنه يتمتع بخصائص تقع بين خصائص الموصلات، كالنحاس مثلاً، وخصائص العوازل، كالزجاج مثلاً. تستخدم هذه الأجهزة التوصيل الكهربائي في الحالة الصلبة، على عكس الحالة الغازية أو الانبعاث الحراري في الفراغ، وقد حلّت محلّ الصمامات المفرغة في معظم التطبيقات الحديثة.
الاستخدام الأكثر شيوعًا لأشباه الموصلات هو في رقائق الدوائر المتكاملة. قد تحتوي أجهزتنا الحاسوبية الحديثة، بما في ذلك الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية، على مليارات من أشباه الموصلات الدقيقة الموصولة على رقائق مفردة، جميعها مترابطة على رقاقة أشباه موصلات واحدة.
يمكن التحكم في توصيلية أشباه الموصلات بطرق متعددة، مثل إدخال مجال كهربائي أو مغناطيسي، أو تعريضها للضوء أو الحرارة، أو من خلال التشوه الميكانيكي لشبكة سيليكون أحادية البلورة مُشَوَّبة. ورغم أن التفسير التقني مُفصَّلٌ للغاية، إلا أن التحكم في أشباه الموصلات هو ما جعل ثورتنا الرقمية الحالية ممكنة.
كيف يتم استخدام الألومنيوم في أشباه الموصلات؟
يتمتع الألومنيوم بخصائص عديدة تجعله الخيار الأمثل للاستخدام في أشباه الموصلات والرقائق الدقيقة. على سبيل المثال، يتميز الألومنيوم بخاصية التصاق فائقة بثاني أكسيد السيليكون، وهو مكون رئيسي في أشباه الموصلات (ومن هنا جاء اسم وادي السيليكون). ومن مزايا الألومنيوم أيضًا خصائصه الكهربائية، المتمثلة في انخفاض مقاومته الكهربائية وقدرته الممتازة على التلامس مع روابط الأسلاك. ومن المهم أيضًا سهولة هيكلة الألومنيوم في عمليات الحفر الجاف، وهي خطوة أساسية في صناعة أشباه الموصلات. في حين أن معادن أخرى، مثل النحاس والفضة، تتميز بمقاومة أفضل للتآكل ومتانة كهربائية، إلا أنها أغلى بكثير من الألومنيوم.
يُعدّ الرشح أحد أكثر تطبيقات الألومنيوم شيوعًا في تصنيع أشباه الموصلات. يتمّ وضع طبقات رقيقة من المعادن عالية النقاء والسيليكون بسماكات نانوية في رقائق المعالجات الدقيقة من خلال عملية ترسيب بخاري فيزيائي تُعرف باسم الرشح. تُقذف المادة من الهدف وتُرسَب على طبقة ركيزة من السيليكون في حجرة تفريغ مملوءة بغاز لتسهيل العملية؛ وعادةً ما يكون غازًا خاملًا مثل الأرجون.
ألواح الدعم لهذه الأهداف مصنوعة من الألومنيوم مع مواد عالية النقاء للترسيب، مثل التنتالوم والنحاس والتيتانيوم والتنغستن أو الألومنيوم النقي بنسبة 99.9999%، ملتصقة بسطحها. يُنتج النقش الكهروضوئي أو الكيميائي للسطح الموصل للركيزة أنماط الدوائر المجهرية المستخدمة في وظيفة أشباه الموصلات.
سبيكة الألومنيوم الأكثر شيوعًا في معالجة أشباه الموصلات هي 6061. ولضمان أفضل أداء للسبائك، سيتم عمومًا تطبيق طبقة مؤكسدة واقية على سطح المعدن، مما سيعزز مقاومة التآكل.
نظراً لدقة هذه الأجهزة، يجب مراقبة التآكل والمشاكل الأخرى عن كثب. وقد وُجدت عوامل عديدة تُسهم في تآكل أجهزة أشباه الموصلات، مثل تغليفها بالبلاستيك.