أخبار ar.wedoany.com، أعلن مؤخرًا فريق أبحاث أشباه الموصلات من الجيل الرابع في مختبر بينغهو بشنتجن الصينية، بالتعاون مع فريق قسم الهندسة التقنية الجديدة، عن تحقيق تقدم مهم في كل من تقنية تسطيح سطح أكسيد الغاليوم وتقنية التلامس الأومي الخالي من الذهب. تمكن الفريق، باستخدام رقائق أكسيد الغاليوم المزروعة بتقنية الترسيب الكيميائي المعدني العضوي بالبخار (MOCVD)، من تحقيق مقاومة تلامسية نوعية تبلغ 8E-7 Ω·cm² عبر عملية خالية من الذهب، مع تطوير عملية جديدة لتسطيح سطح الرقاقة، مما أدى إلى خفض متوسط خشونة السطح الجذرية (RMS) إلى 0.107 نانومتر. وقد وصل هذان المؤشران الأساسيان إلى أفضل المستويات العالمية، مما يوفر دعمًا حاسمًا آخر لتحقيق الاكتفاء الذاتي والتحكم المستقل في تكنولوجيا أشباه الموصلات من الجيل الرابع في الصين، ويدفع نحو تسويقها.
يُعد أكسيد الغاليوم مادة أساسية فائقة الاتساع لفجوة الحزمة (Ultra-Wide Bandgap) تخضع لأبحاث مكثفة على مستوى العالم، وتتميز بمزايا بارزة مثل تحمل الجهد العالي، ودرجات الحرارة المرتفعة، والقدرة العالية، مما يجعله الخيار الأمثل لأجهزة الطاقة الإلكترونية عالية القدرة من الجيل التالي. ومع ذلك، ظل هناك عائقان تقنيان رئيسيان يحدان من الإنتاج الضخم لأجهزة أكسيد الغاليوم: الأول هو اعتماد التلامس الكهربائي على معدن الذهب الثمين، مما يؤدي إلى ارتفاع التكلفة وضعف الاستقرار الحراري؛ والثاني هو خشونة سطح الرقاقة المزروعة، مما يسبب عيوبًا وتركيزًا للمجال الكهربائي، ويؤثر سلبًا على موثوقية الجهاز. وقد تمكن فريق البحث في مختبر بينغهو بشنتجن من حل هاتين المشكلتين الصناعيتين الرئيسيتين في آن واحد.
عملية التلامس الأومي الخالي من الذهب: تصنيع أقطاب كهربائية بدون ذهب، خفض التكلفة بنسبة 90%، وأداء أكثر استقرارًا
اعتمدت هندسة التلامس الأومي لأكسيد الغاليوم لفترة طويلة على الأنظمة القائمة على الذهب (Au). ويُعد التلامس الأومي الخالي من الذهب (Au-free) تقنية رئيسية لتحقيق الإنتاج الضخم والتحكم المستقل في الصناعة. على الرغم من أن التلامس التقليدي القائم على الذهب يمكن أن يقلل من مقاومة التلامس إلى حد ما، إلا أنه يعاني من عقبات رئيسية مثل الانتشار في درجات الحرارة العالية، وضعف الاستقرار الحراري، وارتفاع التكلفة، وعدم التوافق مع العمليات الأخرى، مما يعيق بشكل مباشر أداء الجهاز وجدوى الإنتاج الضخم.
من خلال استخدام تراكم متعدد الطبقات من المعادن غير الثمينة وهندسة الواجهات لتحقيق التلامس الأومي، تم بنجاح الوصول إلى أداء متميز يتمثل في مقاومة تلامسية نوعية تبلغ 8E-7 Ω·cm² (وهي أقل من قيمة 1E-6 Ω·cm² المحققة بعملية الذهب المماثلة). وبالمقارنة مع العملية التقليدية القائمة على الذهب، لا يتجنب الحل الجديد الاختناقات ونقاط الضعف في العملية فحسب، بل يمكنه أيضًا خفض تكلفة مواد الأقطاب الكهربائية بأكثر من 90%.
عملية تسطيح سطح أكسيد الغاليوم: تحويل "ورق الصنفرة الخشن" إلى "مرآة على المستوى الذري"
تُعد خشونة السطح معلمة هامة لتقييم جودة رقائق أكسيد الغاليوم أحادية البلورة والطبقات المزروعة المتماثلة (homoepitaxy). نظرًا لتأثير الوراثة المورفولوجية الواضح في النمو الفوقي لأكسيد الغاليوم، فإن التموجات على سطح الركيزة تنتقل مباشرة إلى الطبقة الفوقية، مما يضخم عيوب السطح. يؤدي السطح الخشن إلى توليد عدد كبير من الروابط المعلقة للشبكة البلورية وعيوب الواجهة، مما يرفع كثافة الحالات عند الواجهة. وفي الوقت نفسه، تتسبب النتوءات الدقيقة على السطح بسهولة في تركيز المجال الكهربائي الموضعي، مما يؤدي إلى انهيار مبكر للجهاز. لمواجهة هذه الصعوبة، طور فريق البحث عملية جديدة لتسطيح السطح، مما أدى إلى خفض متوسط خشونة السطح الجذرية للرقاقة المزروعة إلى 0.107 نانومتر، وهو انخفاض يزيد عن 6 أضعاف مقارنة بخشونة السطح الأولية، محققًا بذلك استواءً على المستوى الذري، مما يعزز بشكل كبير استقرار الجهاز وقدرته على تحمل الجهد.
يمهد هذان الاختراقان في العمليتين الأساسيتين الطريق مباشرة لربط السلسلة الرئيسية من مادة أكسيد الغاليوم إلى الجهاز، مما يعزز بشكل كبير أداء الجهاز وموثوقيته. ويؤسس هذا الأساس المتين لتطبيقه واسع النطاق في مجالات الطاقة الإلكترونية عالية القدرة مثل الطاقة الجديدة، النقل الحضري بالسكك الحديدية، والشبكات الذكية، كما يعزز الميزة التنافسية المستقلة للصين في مجال أشباه الموصلات فائقة الاتساع لفجوة الحزمة. في المستقبل، ومع استمرار تطوير تقنية التلامس الخالي من الذهب وتقنية السطح فائق الاستواء، يقترب أكسيد الغاليوم خطوة أخرى من الاستخدام التجاري واسع النطاق، مما يجعله أقرب إلى التطبيقات الصناعية واليومية، ويدفع صناعة أشباه الموصلات من الجيل الرابع في الصين نحو الريادة العالمية.
من الجدير بالذكر أن مختبر بينغهو بشنتجن يشهد سلسلة من الأنباء السارة. فقد حصلت منصة التجارب النصف صناعية (Pilot Platform) لأشباه الموصلات الكهربائية المركبة، التي تم إنشاؤها بالتعاون بين المختبر وشركة شنتجن بينغجين للتكنولوجيا المتقدمة المحدودة، على موافقة سابقة كمنصة تجارب نصف صناعية لأشباه الموصلات والدوائر المتكاملة (أشباه الموصلات الكهربائية المركبة) في مقاطعة قوانغدونغ. وفي هذا العام، حصلت المنصة تباعًا على اعتمادين مهمين: قاعدة التجارب الصغيرة والنصف صناعية لأشباه الموصلات الكهربائية المركبة في مدينة شنتجن، ومنصة التجارب النصف صناعية ذات الأولوية في التطوير من قبل وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات. يمثل هذان الاعتمادان قفزة نوعية من الدعم على المستوى البلدي، مرورًا بالتخطيط على المستوى الإقليمي، وصولاً إلى التطوير على المستوى الوطني.
مختبر بينغهو بشنتجن هو المنصة الشاملة لمركز الابتكار الوطني لتكنولوجيا أشباه الموصلات من الجيل الثالث في شنتجن، ومنصة التجارب النصف صناعية لأشباه الموصلات والدوائر المتكاملة (أشباه الموصلات الكهربائية المركبة) في مقاطعة قوانغدونغ. تم تأسيسه من قبل مكتب الابتكار العلمي والتكنولوجي في بلدية شنتجن. يركز المختبر على إجراء أبحاث في مجالات مواد وأجهزة الطاقة الإلكترونية المتقدمة من الجيل التالي مثل SiC وGaN، بالإضافة إلى المعدات الأساسية والمكونات، وخدمات التحقق من المواد المساعدة، وذلك لتحقيق اختراقات في التقنيات الأساسية.
تم بناء مجمع حديث متكامل المرافق، يقع في حديقة لوشان للتكنولوجيا بمنطقة لونغانغ في شنتجن، على مساحة 130 مو (حوالي 8.7 هكتار). يضم المختبر بنية تحتية رائدة على مستوى العالم للبحث والتطوير والإنتاج في مجال أشباه الموصلات الكهربائية عريضة فجوة الحزمة، وأكثر من 380 قطعة من المعدات المتطورة المتنوعة (دولية ومحلية)، ومنطقة نظيفة من الفئة 100 تبلغ مساحتها 9500 متر مربع.
يجمع المختبر نخبة من الباحثين والمهندسين ذوي الخبرة من داخل الصين وخارجها، بهدف إنشاء مركز أبحاث علمية ومركز تجارب نصف صناعية ومركز تحليل واختبار مفتوح وعام ومشترك على المستوى الوطني. يلتزم المختبر بتجاوز التحديات المشتركة والتقنيات الرئيسية في سلسلة صناعة أشباه الموصلات من الجيل الثالث، ويدفع باستمرار عجلة الابتكار، ويفتح الطريق أمام سلسلة صناعة أشباه الموصلات من الجيل الثالث، ويسعى لإنتاج نتائج ابتكارية عالمية المستوى في الجيل التالي من أشباه الموصلات، وتخريج كفاءات عالمية المستوى، وبناء نظام بيئي بالتعاون مع الشركاء، لبناء مستقبل مستدام معًا.
تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com
