الانتقال إلى المحتوى الرئيسي
MecAgentMecAgent
الفصل 13الدقيق والنانوي

التصنيع الدقيق والنانوي

يصنع التصنيع الدقيق والنانوي بُنى أصغر بكثير من شعرة: الترانزستورات في الرقاقة، وتروس الساعة، والألياف في المرشّح. وبدل قطع المادة الكتلية أو عصرها، تُنمّي هذه العمليات المادة أو تسحبها أو ترسّبها أو تزيلها بخطوات تُقاس بالميكرونات (أجزاء من الألف من المليمتر) أو حتى بالذرات المفردة.

الفكرة الكبيرة

على هذا المقياس، الأدوات العادية عديمة الفائدة: لا توجد رأس مثقاب رفيعة بما يكفي ولا يد ثابتة بما يكفي. لذلك يُنجَز العمل بالضوء والأيونات والحقول الكهربائية والكيمياء، التي يمكن تركيزها أو التحكم فيها دون ما تراه العين بكثير. فكّر فيه ككتابة بحزمة بدل النحت بسكين: كلما كانت الحزمة أدق، كانت الكتابة أدق.

يعمل هذا الفصل بين عرض شعرة وحجم ذرةمقياس لوغاريتمي: كل علامة أكبر عشر مرات من التي على يسارها0.1 nm1 nm10 nm100 nm1 µm10 µm100 µm1 mmمن 0.1 إلى 0.3 nmعشرات nmنحو 10 µmنحو 70 µmذرةعناصر الترانزستورخلية نموذجيةشعرة إنسانمن 1 إلى 100 nmمن 1 µm إلى 1 mmالمقياس النانويالمقياس الميكروي
سلّم الأحجام · من الذرات إلى شعرة، على مقياس لوغاريتميكل علامة أكبر بعشر مرات من التي على يسارها، فالشعرة أعرض من الذرة بعدة مئات الآلاف من المرات.

تعمل كثير من هذه العمليات داخل غرف نظيفة: غرف يُرشَّح هواؤها حتى يحتوي على جسيمات غبار أقل بآلاف المرات من الهواء العادي، ويرتدي العاملون فيها بدلات تغطي الجسم كله. ذرة غبار واحدة أكبر بكثير من الترانزستور، لذلك يكفي جسيم واحد يسقط على الرقاقة ليُتلف الشريحة.

العمليات الـ 9 في هذا الفصل

13.1نمو البلورات بطريقة تشوخرالسكي (رقائق السيليكون)يسحب بلورة سيليكون مفردة عملاقة ببطء من مصهورافتح الدرس13.2الطباعة الضوئية الحجريةيُسقِط نمطًا بالضوء على طلاء حسّاس للضوء، ثم يحفرهافتح الدرس13.3الإنماء الفوقي بالحزمة الجزيئية (MBE)ينمّي بلّورة طبقة ذرية واحدة في كل مرة من حزم في فراغ فائقافتح الدرس13.4الترسيب بالطبقة الذرية (ALD)يغطي السطح بطبقة ذرية واحدة في كل دورة بتناوب غازينافتح الدرس13.5الحزمة الأيونية المركّزة (FIB)تقتطع المادة أو تضيفها بحزمة أيونات تحت مجهرافتح الدرس13.6التشغيل بليزر الفيمتو ثانيةيزيل المادة بنبضات ليزر فائقة القصر، دون صهرافتح الدرس13.7LIGAيحفر شقوقًا عميقة بالأشعة السينية أو فوق البنفسجية، ويملؤها بالنيكل، ثم يقولب نسخًاافتح الدرس13.8البلمرة بفوتونينيصلّب الراتنج عند بؤرة الليزر فقط لطباعة قطع دقيقة ثلاثية الأبعادافتح الدرس13.9الغزل الكهربائييسحب نفاثة بوليمر إلى ألياف نانوية بجهد عالٍافتح الدرس

جنبًا إلى جنب

العمليةفي سطر واحدالأنسب لـحجم الدفعةالدقة
13.1نمو البلورات بطريقة تشوخرالسكي (رقائق السيليكون)يسحب بلورة سيليكون مفردة عملاقة ببطء من مصهوررقائق السيليكون للشرائح والخلايا الشمسيةإنتاج متواصل للسبائكبلورة شبه مثالية، تُقطَّع إلى رقائق قطرها يصل إلى 300 mm
13.2الطباعة الضوئية الحجريةيُسقِط نمطًا بالضوء على طلاء حسّاس للضوء، ثم يحفرهشرائح الحاسوب، الحساسات، MEMSإنتاج كمي، ملايين الشرائحعناصر بحجم عشرات النانومترات
13.3الإنماء الفوقي بالحزمة الجزيئية (MBE)ينمّي بلّورة طبقة ذرية واحدة في كل مرة من حزم في فراغ فائقليزرات، LED، ترانزستورات سريعة، أبحاثدفعات صغيرة من الرقائقطبقات ذرية مفردة
13.4الترسيب بالطبقة الذرية (ALD)يغطي السطح بطبقة ذرية واحدة في كل دورة بتناوب غازينأغشية فائقة الرقة في الشرائح، وطلاءات داخل ثقوب عميقةإنتاج شرائح بكميات كبيرةنحو عُشر نانومتر في كل دورة
13.5الحزمة الأيونية المركّزة (FIB)تقتطع المادة أو تضيفها بحزمة أيونات تحت مجهرإصلاح الشرائح، وتحضير العينات، والنماذج الأوليةقطع فرديةحتى نحو 10 نانومترات
13.6التشغيل بليزر الفيمتو ثانيةيزيل المادة بنبضات ليزر فائقة القصر، دون صهرالدعامات الطبية، وقطع الزجاج، والثقوب الدقيقةمن النماذج الأولية إلى السلاسل الكبيرةبضعة ميكرونات
13.7LIGAيحفر شقوقًا عميقة بالأشعة السينية أو فوق البنفسجية، ويملؤها بالنيكل، ثم يقولب نسخًاقطع الساعات، التروس الدقيقة، القوالب الدقيقةصغيرة إلى متوسطة؛ ونسخ بلاستيكية في سلاسل كبيرةأقل من ميكرون، وجدران مستقيمة عالية جدًا
13.8البلمرة بفوتونينيصلّب الراتنج عند بؤرة الليزر فقط لطباعة قطع دقيقة ثلاثية الأبعادبصريات دقيقة، وسقائل للخلايا، ونماذج أوليةقطع فردية وسلاسل صغيرةتفاصيل أدق من ميكرون
13.9الغزل الكهربائييسحب نفاثة بوليمر إلى ألياف نانوية بجهد عالٍمرشّحات، وضمادات جروح، وسقائل للأنسجةمن عينات المختبر إلى خطوط لفّ الرولألياف بسمك من عشرات النانومترات إلى بضعة ميكرونات

كيف تختار داخل هذه العائلة

  • هل تصنع المادة الأساسية للشرائح؟ تأتي بلورات السيليكون من نمو تشوخرالسكي، وأدق طبقات البلورات من MBE.
  • رسم نقوش ملايين الأجهزة المسطحة المتطابقة: الطباعة الضوئية الحجرية؛ وإضافة أغشية بسمك بضع ذرات: ALD.
  • إصلاح بقعة صغيرة أو قطعها أو فحصها: الحزمة الأيونية المركّزة؛ وتشغيل عناصر دقيقة في المعدن أو الزجاج: ليزر الفيمتوثانية.
  • أجزاء معدنية دقيقة عالية بجدران مستقيمة: LIGA؛ وأشكال دقيقة ثلاثية الأبعاد حقًا: البلمرة بفوتونين.
  • مساحات كبيرة من شبكة ألياف دقيقة، بتكلفة منخفضة: الغزل الكهربائي.

كلمات أساسية

الميكرون (µm)
جزء من ألف من المليمتر؛ وعرض الشعرة نحو 70 µm.
النانومتر (nm)
جزء من ألف من الميكرون؛ بضع ذرات جنبًا إلى جنب.
الرقاقة (Wafer)
قرص رقيق مصقول من البلورة، وعادةً من السيليكون، تُبنى عليه الشرائح.
المقاوم الضوئي (Resist)
طلاء يتغير كيميائيًا بالضوء أو الأشعة السينية أو الإلكترونات، ويُستخدم كقالب تخريم.
الغرفة النظيفة
غرفة هواؤها مرشَّح بشدة، وتكاد تخلو من الغبار.
غرفة التفريغ
صندوق مغلق يُفرَّغ من الهواء، فتنتقل الذرات والحزم بحرية.
MEMS
أنظمة كهروميكانيكية دقيقة، آلات وحساسات صغيرة تُبنى على الشرائح.
الفوكسل (Voxel)
بكسل ثلاثي الأبعاد، وأصغر حجم تستطيع العملية تشكيله دفعة واحدة.

جرّبه

سخّر الذكاء الاصطناعي في عملك على CAD.

انمذج القطع، وأنشئ الرسومات، وأتمت العمل المتكرر داخل برنامج CAD الخاص بك.

تنزيل (مجاني)احجز عرضًا توضيحيًا