التصنيع الدقيق

الموسوعة الحرة
تفاصيل تركيبية لدائرة متكاملة مصنعة بدقة متناهية من خلال أربع طبقات من التوصيلات النحاسية المستوية، وصولاً إلى البولي سيليكون (الوردي)، والآبار (الرمادية) والركيزة (الأخضر)

التصنيع الدقيق هو عملية تصنيع هياكل مصغرة بمقاييس الميكرومتر وأصغر. تاريخيًا، كانت أقدم عمليات التصنيع الدقيق تستخدم في تصنيع الدوائر المتكاملة ، والمعروفة أيضًا باسم " تصنيع أشباه الموصلات " أو "تصنيع أجهزة أشباه الموصلات". في العقدين الماضيين، أعادت الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) والأنظمة الدقيقة (الاستخدام الأوروبي) والآلات الدقيقة (المصطلح الياباني) وحقولها الفرعية استخدام أو تكييف أو توسيع طرق التصنيع الدقيق. تشمل هذه الحقول الفرعية الموائع الدقيقة / المختبر على رقاقة، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة البصرية (تسمى أيضًا MOEMS)، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة بتردد الراديو، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة للطاقة، والأنظمة الكهروميكانيكية الحيوية وتوسيعها إلى مقياس النانو (على سبيل المثال NEMS، للأنظمة الكهروميكانيكية النانوية). يستخدم إنتاج الشاشات المسطحة والخلايا الشمسية أيضًا تقنيات مماثلة.

يمثل تصغير الأجهزة المختلفة تحديات في العديد من مجالات العلوم والهندسة: الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد وعلوم الكمبيوتر والهندسة فائقة الدقة وعمليات التصنيع وتصميم المعدات. كما أنه يؤدي إلى ظهور أنواع مختلفة من الأبحاث متعددة التخصصات. [ 1] المفاهيم والمبادئ الرئيسية للتصنيع الدقيق هي الطباعة الدقيقة والتطعيم والأغشية الرقيقة والحفر والترابط والتلميع .

رسم توضيحي مبسط لعملية تصنيع عاكس CMOS على ركيزة من النوع p في تصنيع أشباه الموصلات الدقيقة. يتم تفصيل كل خطوة من خطوات الحفر في الصورة التالية. لا يتم رسم المخططات وفقًا لمقياس معين، كما هو الحال في الأجهزة الحقيقية، حيث لا توجد نقاط اتصال البوابة والمصدر والصرف عادةً في نفس المستوى.
تفاصيل خطوة الحفر.

مجالات الاستخدام

تشمل الأجهزة المصنعة الدقيقة ما يلي:

الأصول

نشأت تقنيات التصنيع الدقيق من صناعة الإلكترونيات الدقيقة ، وعادة ما تُصنع الأجهزة على رقائق السيليكون على الرغم من استخدام الزجاج والبلاستيك والعديد من المواد الأخرى . تُستخدم مصطلحات التصنيع الدقيق ومعالجة أشباه الموصلات وتصنيع الإلكترونيات الدقيقة وتصنيع أشباه الموصلات وتصنيع MEMS وتكنولوجيا الدوائر المتكاملة بدلاً من التصنيع الدقيق، ولكن التصنيع الدقيق هو المصطلح العام الواسع.

تم توسيع نطاق تقنيات التصنيع التقليدية مثل التصنيع بالتفريغ الكهربائي والتصنيع بالتآكل بالشرارة والحفر بالليزر من نطاق حجم المليمتر إلى نطاق الميكرومتر، لكنها لا تشترك في الفكرة الرئيسية للتصنيع الدقيق الذي نشأ عن الإلكترونيات الدقيقة: تكرار وتصنيع موازٍ لمئات أو ملايين الهياكل المتطابقة. هذا التوازي موجود في تقنيات الطباعة والصب والقولبة المختلفة التي تم تطبيقها بنجاح في النظام الدقيق. على سبيل المثال، تتضمن عملية قولبة أقراص DVD بالحقن تصنيع بقع بحجم دون الميكرومتر على القرص.

العمليات

التصنيع الدقيق هو في الواقع مجموعة من التقنيات التي تستخدم في صنع الأجهزة الدقيقة. بعضها له أصول قديمة جدًا، لا علاقة لها بالتصنيع ، مثل الطباعة الحجرية أو الحفر . تم استعارة التلميع من تصنيع البصريات ، والعديد من تقنيات الفراغ تأتي من أبحاث الفيزياء في القرن التاسع عشر . الطلاء الكهربائي هو أيضًا تقنية من القرن التاسع عشر تم تكييفها لإنتاج هياكل بمقياس الميكرومتر ، وكذلك تقنيات الختم والنقش المختلفة .

لتصنيع جهاز صغير، يجب تنفيذ العديد من العمليات، واحدة تلو الأخرى، عدة مرات بشكل متكرر. تتضمن هذه العمليات عادةً ترسيب فيلم ، ونمذجة الفيلم بالميزات الدقيقة المرغوبة، وإزالة (أو نقش ) أجزاء من الفيلم. تُستخدم قياسات الفيلم الرقيق عادةً أثناء كل خطوة من خطوات العملية الفردية هذه، لضمان أن بنية الفيلم لها الخصائص المرغوبة من حيث السُمك ( t )، ومؤشر الانكسار ( n )، ومعامل الانقراض ( k )، [2] لسلوك الجهاز المناسب. على سبيل المثال، في تصنيع شريحة الذاكرة، يتم تنفيذ حوالي 30 خطوة طباعة حجرية ، و10 خطوات أكسدة ، و20 خطوة نقش، و10 خطوات شوائب ، والعديد من الخطوات الأخرى. يمكن وصف تعقيد عمليات التصنيع الدقيق بعدد الأقنعة الخاصة بها . هذا هو عدد طبقات الأنماط المختلفة التي تشكل الجهاز النهائي. تُصنع المعالجات الدقيقة الحديثة بـ 30 قناعًا بينما تكفي بعض الأقنعة لجهاز ميكروفلويديك أو صمام ثنائي ليزر . تشبه عملية التصنيع الدقيق التصوير الفوتوغرافي متعدد التعرض ، مع العديد من الأنماط المتوافقة مع بعضها البعض لإنشاء الهيكل النهائي.

الركائز

لا تعد الأجهزة المصنوعة من مواد دقيقة بشكل عام أجهزة قائمة بذاتها، ولكنها عادة ما تكون مشكلة فوق أو في ركيزة دعم أكثر سمكًا . بالنسبة للتطبيقات الإلكترونية، يمكن استخدام ركائز شبه موصلة مثل رقائق السيليكون . بالنسبة للأجهزة البصرية أو شاشات العرض المسطحة، فإن الركائز الشفافة مثل الزجاج أو الكوارتز شائعة. تمكن الركيزة من التعامل بسهولة مع الجهاز الدقيق من خلال العديد من خطوات التصنيع. غالبًا ما يتم تصنيع العديد من الأجهزة الفردية معًا على ركيزة واحدة ثم يتم فصلها إلى أجهزة منفصلة نحو نهاية التصنيع.

الترسيب أو النمو

تُصنع الأجهزة المصنوعة من مواد دقيقة عادةً باستخدام غشاء رقيق واحد أو أكثر (انظر ترسيب الغشاء الرقيق ). ويعتمد الغرض من هذه الأغشية الرقيقة على نوع الجهاز. فقد تحتوي الأجهزة الإلكترونية على أغشية رقيقة موصلة (معادن) أو عازلة (مواد عازلة) أو أشباه موصلات. وقد تحتوي الأجهزة البصرية على أغشية عاكسة أو شفافة أو موجهة للضوء أو مشتتة. وقد يكون للأغشية أيضًا غرض كيميائي أو ميكانيكي بالإضافة إلى تطبيقات MEMS. وتتضمن أمثلة تقنيات الترسيب ما يلي:

الأنماط

غالبًا ما يكون من المرغوب فيه نقش الفيلم على هيئة سمات مميزة أو تكوين فتحات (أو فتحات) في بعض الطبقات. تكون هذه السمات على مقياس الميكرومتر أو النانومتر، وتقنية النقش هي ما يحدد التصنيع الدقيق. تستخدم تقنية النقش هذه عادةً "قناعًا" لتحديد أجزاء الفيلم التي سيتم إزالتها. تتضمن أمثلة تقنيات النقش ما يلي:

النقش

الحفر هو إزالة جزء من الفيلم الرقيق أو الركيزة. يتم تعريض الركيزة للحفر (مثل الحمض أو البلازما) الذي يهاجم الفيلم كيميائيًا أو جسديًا حتى يتم إزالته. تتضمن تقنيات الحفر ما يلي:

التشكيل الدقيق

التشكيل الدقيق هو عملية تصنيع دقيق لأجزاء أو هياكل النظام الدقيق أو النظام الكهروميكانيكي الدقيق (MEMS) "ذات بعدين على الأقل في نطاق دون المليمتر". [3] [4] [5] ويشمل تقنيات مثل البثق الدقيق ، [4] والختم الدقيق ، [6] والقطع الدقيق. [7] تم تصور هذه العمليات وغيرها من عمليات التشكيل الدقيق والبحث فيها منذ عام 1990 على الأقل، [3] مما أدى إلى تطوير أدوات تصنيع صناعية وتجريبية. ومع ذلك، كما أشار فو وتشان في مراجعة أحدث التقنيات لعام 2013، لا يزال يتعين حل العديد من القضايا قبل أن يتم تنفيذ التكنولوجيا على نطاق أوسع، بما في ذلك حمل التشوه والعيوب ، واستقرار نظام التشكيل، والخصائص الميكانيكية، وغيرها من التأثيرات المتعلقة بالحجم على بنية وحدود البلورة (الحبيبات): [4] [5] [8]

في التشكيل الدقيق، تقل نسبة المساحة السطحية الكلية لحدود الحبوب إلى حجم المادة مع انخفاض حجم العينة وزيادة حجم الحبوب. وهذا يؤدي إلى انخفاض تأثير تقوية حدود الحبوب. تتمتع الحبوب السطحية بقيود أقل مقارنة بالحبوب الداخلية. يُعزى تغيير إجهاد التدفق مع حجم هندسة الجزء جزئيًا إلى تغيير الكسر الحجمي للحبوب السطحية. بالإضافة إلى ذلك، تصبح الخصائص المتباينة لكل حبة كبيرة مع انخفاض حجم قطعة العمل، مما يؤدي إلى تشوه غير متجانس وهندسة مشكلة غير منتظمة وتغير حمل التشوه. هناك حاجة ماسة لتأسيس المعرفة المنهجية للتشكيل الدقيق لدعم تصميم الجزء والعملية والأدوات مع مراعاة تأثيرات الحجم. [8]

آخر

يمكن أيضًا تنفيذ مجموعة متنوعة من العمليات الأخرى لتنظيف أو تسوية أو تعديل الخصائص الكيميائية للأجهزة المصنوعة من مواد دقيقة. تتضمن بعض الأمثلة ما يلي:

النظافة في تصنيع الرقاقات

يتم إجراء التصنيع الدقيق في غرف نظيفة ، حيث يتم تنقية الهواء من التلوث بالجسيمات، ويتم التحكم في درجة الحرارة والرطوبة والاهتزازات والاضطرابات الكهربائية بشكل صارم. يبلغ حجم الدخان والغبار والبكتيريا والخلايا ميكرومترًا واحدًا ، ووجودها سيدمر وظيفة الجهاز المصنوع من الميكرومتر .

توفر الغرف النظيفة نظافة سلبية ولكن يتم أيضًا تنظيف الرقائق بشكل نشط قبل كل خطوة حرجة. يزيل تنظيف RCA-1 في محلول بيروكسيد الأمونيا التلوث العضوي والجزيئات؛ يزيل تنظيف RCA-2 في خليط بيروكسيد كلوريد الهيدروجين الشوائب المعدنية. يزيل خليط بيروكسيد حمض الكبريتيك (المعروف أيضًا باسم البيرانا) المواد العضوية. يزيل فلوريد الهيدروجين الأكسيد الأصلي من سطح السيليكون. هذه كلها خطوات تنظيف رطبة في المحاليل. تشمل طرق التنظيف الجاف معالجات بلازما الأكسجين والأرجون لإزالة طبقات السطح غير المرغوب فيها، أو خبز الهيدروجين في درجة حرارة مرتفعة لإزالة الأكسيد الأصلي قبل التبلور . يعد تنظيف ما قبل البوابة أهم خطوة تنظيف في تصنيع CMOS: فهو يضمن إمكانية زراعة أكسيد يبلغ سمكه حوالي 2 نانومتر من ترانزستور MOS بطريقة منظمة. الأكسدة ، وجميع خطوات درجات الحرارة المرتفعة حساسة للغاية للتلوث، ويجب أن تسبق خطوات التنظيف خطوات درجات الحرارة المرتفعة.

إن تحضير السطح هو مجرد وجهة نظر مختلفة، حيث أن جميع الخطوات هي نفسها كما هو موضح أعلاه: يتعلق الأمر بترك سطح الرقاقة في حالة خاضعة للرقابة ومعروفة جيدًا قبل بدء المعالجة. تتعرض الرقاقات للتلوث من خلال خطوات المعالجة السابقة (على سبيل المثال، المعادن التي تتعرض للقصف من جدران الغرفة بواسطة الأيونات النشطة أثناء زرع الأيونات )، أو ربما تكون قد جمعت البوليمرات من صناديق الرقاقة، وقد يختلف هذا حسب وقت الانتظار.

تعمل عملية تنظيف الرقاقة وإعداد السطح بشكل مشابه للآلات الموجودة في صالة البولينج : أولاً يقومون بإزالة جميع القطع والأجزاء غير المرغوب فيها، ثم يقومون بإعادة بناء النمط المطلوب حتى تتمكن اللعبة من الاستمرار.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ نيتاجور بريمشاند ماهاليك (2006) "التصنيع الدقيق وتكنولوجيا النانو"، سبرينغر، ISBN  3-540-25377-7
  2. ^ Löper, Philipp; Stuckelberger, Michael; Niesen, Bjoern; Werner, Jérémie; Filipič, Miha; Moon, Soo-Jin; Yum, Jun-Ho; Topič, Marko; De Wolf, Stefaan; Ballif, Christophe (2015). "أطياف معامل الانكسار المركب لأغشية البيروفسكايت الرقيقة CH3NH3PbI3 التي تم تحديدها بواسطة القياس الإهليلجي الطيفي والقياس الطيفي الضوئي". مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 6 (1): 66-71. doi :10.1021/jz502471h. PMID  26263093. تم الاسترجاع في 2021-11-16 .
  3. ^ ab Engel, U.; Eckstein, R. (2002). "Microforming - From Basic research to its realization". مجلة تكنولوجيا معالجة المواد . 125–126 (2002): 35–44. doi :10.1016/S0924-0136(02)00415-6.
  4. ^ abc Dixit, US; Das, R. (2012). "الفصل 15: البثق الدقيق". في Jain, VK (المحرر). عمليات التصنيع الدقيق . CRC Press. ص 263-282. ISBN 9781439852903.
  5. ^ ab Razali, AR; Qin, Y. (2013). "مراجعة التصنيع الدقيق والتشكيل الدقيق وقضاياهما الرئيسية". Procedia Engineering . 53 (2013): 665–672. doi : 10.1016/j.proeng.2013.02.086 .
  6. ^ مختبر عمليات التصنيع المتقدمة (2015). "تحليل العمليات والتحكم في التباين في الختم الدقيق". جامعة نورث وسترن . تم الاسترجاع في 18 مارس 2016 .
  7. ^ Fu, MW; Chan, WL (2014). "الفصل الرابع: عمليات التشكيل الدقيق". تطوير المنتجات على نطاق صغير عبر التشكيل الدقيق: سلوكيات التشوه والعمليات والأدوات وتحقيقها . Springer Science & Business Media. ص 73-130. ISBN 9781447163268.
  8. ^ ab Fu, MW; Chan, WL (2013). "مراجعة لتقنيات التشكيل الدقيق الحديثة". المجلة الدولية لتكنولوجيا التصنيع المتقدمة . 67 (9): 2411–2437. doi :10.1007/s00170-012-4661-7. S2CID  110879846.

قراءة إضافية

المجلات

  • مجلة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (J.MEMS)
  • أجهزة الاستشعار والمحركات أ: المادية
  • المستشعرات والمحركات ب: الكيميائية
  • مجلة الميكانيكا الدقيقة والهندسة الدقيقة
  • مختبر على رقاقة
  • معاملات IEEE للأجهزة الإلكترونية
  • مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ أ: الفراغ، الأسطح، الأفلام
  • مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ ب: الإلكترونيات الدقيقة والبنى النانومترية: المعالجة والقياس والظواهر

كتب

  • فرانسيلا، س. (2010). مقدمة في التصنيع الدقيق (الطبعة الثانية). وايلي. doi :10.1002/9781119990413. ISBN 978-1-119-99041-3.
  • Madou, MJ (2002). أساسيات التصنيع الدقيق (الطبعة الثانية). CRC Press. doi :10.1201/9781482274004. ISBN 0-8493-0826-7.
  • Kovacs, GTA (1998). Micromachined Transducers Sourcebook. McGraw-Hill. ISBN 0-07-290722-3.
  • برودي، آي.؛ موراي، جيه جيه (1982). فيزياء التصنيع الدقيق . بلنوم برس. doi :10.1007/978-1-4899-2160-4. ISBN 1-4899-2160-5.
  • ماهاليك، إن بي (2006). التصنيع الدقيق وتكنولوجيا النانو . سبرينغر. doi :10.1007/3-540-29339-6. ISBN 3-540-25377-7.
  • ويدمان، د.؛ مادير، هـ.؛ فريدريش، هـ. (2000). تكنولوجيا الدوائر المتكاملة . سبرينغر. doi :10.1007/978-3-662-04160-4. ISBN 978-3-662-04160-4.
  • Plummer, JD; Deal, MD; Griffin, PB (2012). Silicon VLSI Technology (الطبعة الثانية). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-614156-3. OCLC  753300108.
  • ماي، جي إس؛ سزي، إس إس (2004). أساسيات معالجة أشباه الموصلات . وايلي. رقم ISBN 978-0-471-23279-7. OCLC  52333554.
  • فان زانت، ب. (2014). تصنيع الرقائق الدقيقة (الطبعة السادسة). ماكجرو هيل. ص. 1302905242. رقم ISBN 978-0-07-182101-8.
  • جايجر، آر سي (2002). مقدمة في تصنيع الإلكترونيات الدقيقة (الطبعة الثانية). برنتيس هول. رقم ISBN 0-201-44494-1. OCLC  48226051.
  • وولف، س.؛ تاوبر، ر. ن. (2000). تكنولوجيا العمليات. معالجة السيليكون لعصر VLSI. المجلد 1. مطبعة لاتيس. رقم ISBN 0-9616721-6-1.
  • كامبل، إس إيه (2001). علم وهندسة تصنيع الإلكترونيات الدقيقة (الطبعة الثانية). مطبعة جامعة أكسفورد. رقم ISBN 0-19-513605-5. OCLC  45209102.
  • هاتوري، ت. (2011). معالجة الأسطح فائقة النظافة لرقائق السيليكون: أسرار تصنيع VLSI . سبرينغر. ISBN 978-3-642-08272-6. OCLC  751530070.
  • جيشكي، أو. كلانك، إتش. تيليمان، بي. محررون (2004). هندسة الأنظمة الدقيقة للأجهزة المعملية على الشريحة. وايلي. doi :10.1002/3527601651. ISBN 3-527-30733-8.
  • ميريس، ص. ساكودا، ك. فان دي فوردي، م، محرران. (2017). التقنيات الدقيقة والنانوفوتونية. وايلي. دوى :10.1002/9783527800728. رقم ISBN 978-3-527-34037-8.
يحتوي موقع ويكيبيديا على كتاب حول موضوع: التكنولوجيا الدقيقة
  • فيديوهات ورسوم متحركة حول تقنيات التصنيع الدقيق والتطبيقات ذات الصلة أرشيف 2022-02-06 على موقع واي باك مشين .
  • مؤتمر التصنيع الدقيق.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=التصنيع الدقيق&oldid=1234456819"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate