تعرف على الجرافيت في إنتاج أشباه الموصلات

في صناعة أشباه الموصلات المزدهرة، تُعد جميع أنواع المواد بالغة الأهمية. قد يبدو الجرافيت عاديًا، لكنه لا غنى عنه في إنتاج أشباه الموصلات بخصائصه الفريدة، من الخصائص إلى التطبيقات، لتعزيز التقدم التكنولوجي.

هل الجرافيت من أشباه الموصلات؟

لا، ليس كذلك. تقع توصيلية أشباه الموصلات بين الموصلات والعوازل، وتتأثر خواصها الكهربائية بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة والشوائب. كما أن لها بنية نطاق فريدة من نوعها، والتي يمكن أن تغير خصائص التوصيل بشكل كبير عن طريق التطعيم. على الرغم من أن الجرافيت يوصل الكهرباء بشكل جيد، إلا أن بلوراته مرتبة في طبقات سداسية الشكل وتوصيل الكهرباء عن طريق روابط π الكبيرة غير المتمركزة. لا توجد بنية نطاق يمكن تنظيمها بدقة، ولا يمكن تغيير الخواص الكهربائية بشكل كبير عن طريق التطعيم التقليدي. لذا فهي ليست أشباه موصلات، ولكنها مادة كربونية خاصة.

الخصائص الأساسية للجرافيت

الخصائص الفيزيائية

التركيب البلوري

يحتوي الجرافيت على بنية بلورية نموذجية متعددة الطبقات. يتم ترتيب كل طبقة من ذرات الكربون في شبكة مستوية كثيفة سداسية الأبعاد ثنائية الأبعاد. ويرتبط الكربون في المستوى بروابط تساهمية، ويبلغ طول الرابطة حوالي 0.142 نانومتر، وزاوية الرابطة 120 درجة. وتتأثر الطبقة بقوة فان دير فال الضعيفة، مما يعطي الجرافيت خصائص فيزيائية فريدة من نوعها.

الكثافة والصلابة

تبلغ كثافته حوالي 2.09 إلى 2.23 جم/سم مكعب، وهو ما له مزايا في السيناريوهات التي تتطلب الوزن. وتبلغ صلابة موس 1-2 فقط، وقوامه ناعم. والطبقات سهلة الانزلاق نسبيًا تحت تأثير القوى الخارجية.

الخواص الكيميائية

الثبات الكيميائي

تحت درجة الحرارة والضغط العاديين، يتمتع باستقرار كيميائي ممتاز. ليس من السهل أن يتفاعل مع الكواشف الشائعة، ويمكنه الحفاظ على هيكل وأداء مستقر في البيئة الكيميائية القاسية. ويرجع ذلك إلى بنية الرابطة التساهمية بين ذرات الكربون، والتي يمكنها مقاومة معظم الهجمات الكيميائية التقليدية.

خصائص التفاعل مع كواشف إنتاج أشباه الموصلات الشائعة

يشيع استخدام الكواشف المؤكسدة أو الكواشف المسببة للتآكل القوية مثل حمض الهيدروفلوريك وحمض النيتريك في إنتاج أشباه الموصلات. وبشكل عام، لا يتفاعل بشكل كبير مع هذه الكواشف، مثل عدم وجود تأثير تقريبًا مع حمض الهيدروفلوريك. ويمكنه الحفاظ على السلامة الهيكلية ووظيفة معدات الإنتاج.

استخدامات الجرافيت في جميع جوانب إنتاج أشباه الموصلات

تصنيع الرقاقات

في عملية تصنيع الرقاقات، يمكنك استخدامها بشكل أساسي في أنظمة التدفئة والدعم. يتطلب نمو الرقاقات تحكماً دقيقاً في درجة الحرارة، وسخانات الجرافيت مع توصيلها الكهربائي والحراري الجيد. ويمكنها تحويل الطاقة الكهربائية بسرعة وبشكل متساوٍ إلى حرارة، مما يوفر بيئة درجة حرارة عالية مستقرة لنمو الرقاقات. يمكن للأجزاء الداعمة المصنوعة من الجرافيت أن تتحمل درجات الحرارة المرتفعة، وتضمن استقرار الرقاقة أثناء عملية النمو. وتساعد على تحسين جودة الرقاقة وكفاءة الإنتاج.

الطباعة الحجرية الضوئية

تُعد الطباعة الليثوغرافية الضوئية خطوة حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات، وتتطلب تحديدًا عالي الدقة للمواقع وبيئة عمل مستقرة. يمكنك استخدام مواد الجرافيت لتصنيع منصة التحميل وبعض المكونات الرئيسية في معدات الطباعة الحجرية. بسبب ثباتها الميكانيكي الجيد ومعامل التمدد الحراري المنخفض. في عملية الطباعة الحجرية، يمكن أن يضمن دقة الموضع النسبي بين قناع الطباعة الحجرية والرقاقة. وتقليل خطأ الطباعة الحجرية الناجم عن التمدد الحراري والانكماش البارد، لتحسين دقة ودقة الطباعة الحجرية.

الحفر والترسيب

في عملية الحفر والترسيب، يلعب الجرافيت أيضًا دورًا مهمًا في عملية الحفر والترسيب. في عملية الحفر، يتم استخدام قطب الجرافيت عالي النقاء في آلة الحفر. ويمكنه إنتاج بلازما مستقرة تحت تأثير المجال الكهربائي، وإجراء حفر دقيق لمواد أشباه الموصلات. في عملية الترسيب، تُستخدم قاعدة الجرافيت في ترسيب البخار الكيميائي (CVD) والعمليات الأخرى. لتوفير دعم مستقر وبيئة تفاعل مستقرة لنمو الفيلم. ويمكّنها ثباتها في درجات الحرارة العالية وخمولها الكيميائي من الحفاظ على أداء مستقر خلال هذه العمليات ذات درجات الحرارة العالية والطاقة العالية. وضمان جودة وتوحيد الحفر والترسيب.

أجزاء الجرافيت في تصنيع أشباه الموصلات

سخان الجرافيت

يشيع استخدام سخان الجرافيت في عناصر تسخين تصنيع أشباه الموصلات. يتميز بمقاومة منخفضة، وتسخين سريع، ويمكن أن يصل إلى درجة حرارة عالية في وقت قصير، وتوزيع موحد لدرجة الحرارة. في تلدين الرقاقة، والنمو الفوقي والعمليات الأخرى التي تتطلب تسخينًا سريعًا وتحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة، يمكنها تلبية متطلبات درجة الحرارة القاسية. ويضمن تحسين خصائص مواد أشباه الموصلات.

بوتقة الجرافيت (سيليكون أحادي البلورية)

بوتقة الجرافيت يستخدم على نطاق واسع في إنتاج السيليكون أحادي البلورية. يحتاج نمو السيليكون الأحادي البلورية إلى بيئة نقية بدرجة حرارة عالية، ولديه مقاومة درجات الحرارة العالية والاستقرار الكيميائي الجيد. لن يلوث السيليكون أحادي البلورية. علاوة على ذلك، فإنه يحتوي على توصيل حراري جيد ونقل حرارة موحد، مما يساعد على النمو المستقر ل السيليكون أحادي البلورية ويحسن الجودة والعائد.

قاعدة الجرافيت (CVD)

في ترسيب البخار الكيميائي (الأمراض القلبية الوعائية القلبية الوعائية) العملية، فهو المفتاح. فهو يوفر سطحًا مستقرًا لتفاعل الطور الغازي ويسهل تفاعل المواد المتفاعلة الغازية في الأغشية. ويرتبط تسطيح السطح واستقراره الحراري بجودة الفيلم وتوحيده. ويضمن التوصيل الحراري الجيد أن تكون درجة حرارة سطح القاعدة موحدة وجودة الفيلم متناسقة.

قطب كهربائي من الجرافيت عالي النقاء (ماكينة حفر)

في آلة الحفر، يمكنك استخدامها لتوليد البلازما لتحقيق نقش دقيق لمواد أشباه الموصلات. تتميز بموصلية كهربائية جيدة ومقاومة للتآكل، ويمكن أن تعمل بثبات في الجهد العالي والمجال الكهربائي القوي وبيئة الغازات المسببة للتآكل. يمكن أن تتجنب نقاوتها العالية إدخال الشوائب أثناء الحفر، لضمان دقة الحفر وأداء الجهاز.

قوالب الجرافيت للتلبيد (الأجهزة الإلكترونية)

عدد كبير من قوالب الجرافيت تستخدم لتلبيد الأجهزة الإلكترونية. تتميز بأداء تصنيع جيد ويمكن تخصيصها وفقًا لأشكال الأجهزة الإلكترونية المختلفة. قوة عالية وثبات عند درجة حرارة عالية، ويمكنها تحمل درجات الحرارة العالية والضغط العالي أثناء التلبيد. يضمن دقة شكل وحجم الأجهزة الإلكترونية في التلبيد، ويعزز الترابط المحكم للمواد الداخلية. ويحسن أداء الجهاز وموثوقيته.

مزايا مواد الجرافيت

مقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية

نقطة انصهار الجرافيت تصل إلى 3652-3697 ℃، والتي يمكن أن تتحمل درجة الحرارة القصوى لعملية إنتاج أشباه الموصلات بدرجة حرارة عالية. يمكن أن يحافظ على استقرار الهيكل، ويوفر ضمانًا موثوقًا للمعالجة بدرجة حرارة عالية.

توصيل كهربائي وحراري جيد

لديها موصلية كهربائية جيدة، ويمكنها توصيل التيار بسرعة وتوليد البلازما. موصلية حرارية جيدة، نقل سريع للحرارة، تساعد على تحسين دقة وكفاءة التحكم في درجة حرارة عملية إنتاج أشباه الموصلات.

الثبات الميكانيكي وأداء المعالجة

لديها ملمس ناعم ولكن استقرار ميكانيكي جيد في درجة حرارة عالية، ويمكن استخدامها بشكل طبيعي. أداء المعالجة جيد، ويمكنك تحويله إلى أجزاء مختلفة عن طريق القطع والعمليات الأخرى لتلبية احتياجات الإنتاج.

حالة سوق مواد الجرافيت أشباه الموصلات الجرافيت

مع التطور النشط لصناعة أشباه الموصلات، يستمر الطلب على مواد الجرافيت لأشباه الموصلات في الارتفاع. والسوق العالمية آخذة في الارتفاع بشكل مطرد. وتحتل شركات المواد المشهورة عالميًا بمزايا التكنولوجيا والقدرة الإنتاجية حصة كبيرة. كما تعمل الشركات المحلية أيضًا على زيادة الاستثمار في البحث والتطوير، وتعزيز القدرة التنافسية. تتحرك تكنولوجيا أشباه الموصلات نحو رقاقات عالية الدقة وكبيرة الحجم، والتي تتطلب أداءً أعلى لمواد الجرافيت. ودفع الموردين إلى مواصلة الابتكار وترقية المنتجات.

الخاتمة

الجرافيت ليس من أشباه الموصلات، ولكن بحكم خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة، فإنه يلعب دورًا كبيرًا في جميع جوانب إنتاج أشباه الموصلات. فهو يتميز بمقاومته العالية لدرجات الحرارة العالية، وموصلية كهربائية وحرارية جيدة، واستقرار ميكانيكي وأداء معالجة جيد، وهو مادة لا غنى عنها للإنتاج.