ما هو أشباه الموصلات؟
جهاز أشباه الموصلات هو مكون إلكتروني يستخدم التوصيل الكهربائي ولكن له سمات تقع بين صفات الموصل، على سبيل المثال النحاس، وتلك الخاصة بالعازل، مثل الزجاج. تستخدم هذه الأجهزة التوصيل الكهربائي في الحالة الصلبة بدلاً من الحالة الغازية أو الانبعاث الحراري في الفراغ، وقد حلت محل الأنابيب المفرغة في معظم التطبيقات الحديثة.
الاستخدام الأكثر شيوعًا لأشباه الموصلات هو في رقائق الدوائر المتكاملة. قد تحتوي أجهزة الحوسبة الحديثة لدينا، بما في ذلك الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية، على مليارات من أشباه الموصلات الصغيرة المرتبطة على شرائح واحدة، وكلها مترابطة على رقاقة واحدة من أشباه الموصلات.
يمكن التلاعب بموصلية أشباه الموصلات بعدة طرق، مثل إدخال مجال كهربائي أو مغناطيسي، أو تعريضها للضوء أو الحرارة، أو بسبب التشوه الميكانيكي لشبكة السيليكون أحادية البلورة المخدرة. وفي حين أن التفسير الفني مفصل للغاية، فإن التلاعب بأشباه الموصلات هو ما جعل ثورتنا الرقمية الحالية ممكنة.
كيف يتم استخدام الألومنيوم في أشباه الموصلات؟
يتمتع الألومنيوم بالعديد من الخصائص التي تجعله خيارًا أساسيًا للاستخدام في أشباه الموصلات والرقائق الدقيقة. على سبيل المثال، يتمتع الألومنيوم بقدرة التصاق فائقة على ثاني أكسيد السيليكون، وهو مكون رئيسي في أشباه الموصلات (وهذا هو المكان الذي حصل فيه وادي السيليكون على اسمه). إن خواصه الكهربائية، أي أنه يتمتع بمقاومة كهربائية منخفضة ويجعل الاتصال ممتازًا مع روابط الأسلاك، هي فائدة أخرى للألمنيوم. ومن المهم أيضًا أنه من السهل هيكلة الألومنيوم في عمليات الحفر الجاف، وهي خطوة حاسمة في صناعة أشباه الموصلات. في حين أن المعادن الأخرى، مثل النحاس والفضة، توفر مقاومة أفضل للتآكل وصلابة كهربائية، إلا أنها أيضًا أغلى بكثير من الألومنيوم.
أحد أكثر تطبيقات الألمنيوم انتشارًا في صناعة أشباه الموصلات هو عملية تقنية الاخرق. يتم إنجاز الطبقات الرقيقة من سماكات النانو من المعادن عالية النقاء والسيليكون في رقائق المعالجات الدقيقة من خلال عملية ترسيب البخار الفيزيائي المعروف باسم الاخرق. يتم إخراج المادة من الهدف وتوضع على طبقة ركيزة من السيليكون في غرفة مفرغة مملوءة بالغاز للمساعدة في تسهيل الإجراء؛ عادة غاز خامل مثل الأرجون.
الألواح الداعمة لهذه الأهداف مصنوعة من الألومنيوم مع مواد عالية النقاء للترسيب، مثل التنتالوم أو النحاس أو التيتانيوم أو التنغستن أو الألومنيوم النقي بنسبة 99.9999٪، المرتبطة بسطحها. يؤدي الحفر الكهروضوئي أو الكيميائي للسطح الموصل للركيزة إلى إنشاء أنماط الدوائر المجهرية المستخدمة في وظيفة أشباه الموصلات.
سبائك الألومنيوم الأكثر شيوعًا في معالجة أشباه الموصلات هي 6061. لضمان أفضل أداء للسبيكة، سيتم تطبيق طبقة واقية مؤكسدة بشكل عام على سطح المعدن، مما سيعزز مقاومة التآكل.
نظرًا لأنها أجهزة دقيقة جدًا، يجب مراقبة التآكل والمشكلات الأخرى عن كثب. تم العثور على عدة عوامل تساهم في تآكل أجهزة أشباه الموصلات، على سبيل المثال تغليفها بالبلاستيك.