EN
البودرة المعتمدة لتصنيع كوارتز مصهور وعناصر بصرية ناقلة للأشعة فوق البنفسجية هي بودرة الكوارتز-α، وذلك بسبب تركيبها البلوري الذي يُعد عمليًا مثالياً للغاية، وقدرتها الرائعة على تحمل الحرارة، ومستوياتها المتدنية جدًا من الشوائب. فهذه المادة تظل صلبة حتى عند درجات حرارة تتجاوز 1600 درجة مئوية، مما يجعل من الممكن إنتاج كوارتز مصهور يتمدد بشكل ضئيل جدًا عند التسخين. علاوة على ذلك، فإنها تحتوي عادةً على أقل من 50 جزءًا في المليون من الملوثات المعدنية الإجمالية. وتُعد ملوثات الحديد مشكلة خاصة، إذ أن الكميات الضئيلة جدًا منها والبالغة نحو 5 أجزاء في المليون تمتص الأشعة فوق البنفسجية، مما يقلل من كفاءة النقل بنسبة تتراوح بين 10 إلى 15 بالمئة وفقًا لأحدث الدراسات الصادرة عن جمعية مواد البصريات. إن الترتيب المنتظم للذرات في الكوارتز-α يعني أيضًا أنه لا يتحول إلى حالة زجاجية أو عكرة أثناء عمليات التسخين الشديدة، مما يحافظ على العنصر البصري شفافًا ومتجانسًا بالكامل. أما السيليكا غير المتبلورة فقصتها مختلفة، إذ تميل إلى تكوين بلورات صغيرة داخلها عند تعرضها لإجهاد حراري، ما يؤدي إلى تشتت غير مرغوب فيه للضوء.
يعتمد سلوك الانصهار المتسق في إنتاج الزجاج الخاص على الخصائص الفيزيائية والكيميائية المنضبطة بدقة لمسحوق السيليكا البلورية. وتشمل المواصفات المثلى:
عندما تختلف أحجام الجسيمات بنسبة أكثر من 15٪ بين الدُفعات، فإن ذلك يُنتج أنماط تسخين غير متساوية تؤدي إلى ظهور خطوط مرئية واحتجاز غازات في المنتج النهائي. إذا زادت مستويات الألومنيوم عن 20 جزءًا في المليون، يصبح المصهور أثخن بنسبة 12٪ مما يؤثر على المعالجة. والملوثات الكالسيومية أسوأ لأنها تشجع على نمو بلورات الكريستوباليت، وهو أمر لا يرغب فيه أحد لأنه يضعف البنية المادية. يعتمد معظم المنتجين الجادين على اختبارات التفريق بالليزر جنبًا إلى جنب مع معدات ICP-MS للتحقق من جميع هذه المواصفات. هذه ضوابط الجودة ضرورية للحفاظ على نتائج متسقة مطلوبة في تصنيع أجزاء دقيقة لصناعة أشباه الموصلات والمكونات البصرية باهظة الثمن، حيث يمكن أن تعني التباينات الصغيرة مشاكل كبيرة لاحقًا.
المواد الرئيسية المستخدمة في عمليات الأكسدة الحرارية لإنتاج أشباه الموصلات هي مسحوق السيليكا البلورية. عند التعرض لبيئات غنية بالأكسجين وعند درجات حرارة تتجاوز 900 درجة مئوية، يتحول هذا المسحوق إلى طبقات عازلة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) متجانسة جداً على رقائق السيليكون. ولضمان نجاح هذه العملية، يجب أن تكون حبيبات المسحوق متساوية الحجم وأن تحتوي على مستويات منخفضة للغاية من المعادن المتداخلة (أقل من جزء في المليون). فحتى كميات ضئيلة جداً من التلوث يمكن أن تسبب مشكلات كهربائية في طبقات العزل الخاصة بالبوابات، مما يؤثر في النهاية على مدى موثوقية الترانزستورات مع مرور الوقت. وتستخدم المرافق الحديثة لأنظمة تصنيع الرقائق أنظمة مراقبة الغازات في الزمن الفعلي للحفاظ على ظروف أكسدة دقيقة ومثالية. وتساعد هذه الأنظمة في تحقيق قياسات تجانس للسمك ضمن هامش زائد أو ناقص 2 بالمئة عبر رقائق الـ 300 مم الكبيرة. ويعتبر هذا التحكم الدقيق هو ما يجعل شرائح المنطق والوحدات الذاكرة الحديثة تعمل بكفاءة عالية، ويضمن للمصنّعين تحقيق عوائد إنتاج جيدة.
التجانس الكيميائي الميكانيكي، أو ما يُعرف اختصارًا بـ CMP، يعتمد على معلقات مصنوعة من جزيئات صغيرة من السيليكا البلورية لإنتاج أسطح مسطحة للغاية على المستوى الذري. ويكتسب هذا أهمية خاصة عند تصنيع أجهزة أشباه الموصلات المتقدمة مثل رقائق ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد، والهياكل الفرعية التي تقل عن 5 نانومتر من نوع FinFET التي نسمع عنها كثيرًا. ويعمل هذا المادة بكفاءة لأنها صلبة بما يكفي لتآكل السطح، ومع ذلك فإن شكلها المستدير يمنع إحداث تلف في الطبقات الحساسة قيد التلميع. وفي الوقت نفسه، تُستخدم نفس مادة مسحوق السيليكا عالي النقاء في تطبيق حيوي آخر. فعند دمجها معًا، تصبح المادة الأساسية لقوالب التصوير الضوئي في تصنيع الرقائق الإلكترونية. ويجب أن تسمح هذه القوالب بمرور معظم الضوء فوق البنفسجي عند طول موجة 193 نانومترًا، مع الحفاظ على شكلها حتى بعد دورات متكررة من التسخين والتبريد. ويعني هذا الجمع بين الوضوح البصري والاستقرار أن المصانع قادرة على الحفاظ على أنماط دقيقة جدًا خلال عمليات التصوير الضوئي بالأشعة فوق البنفسجية الشديدة، حيث قد تتسبب كل دورة تعريض في تشويه الخصائص المجهرية التي تحاول إنشاءها.
إن الاختيار بين السيليكا البلورية واللابلورية يعود في النهاية إلى نوع الخصائص التي تُعدّ الأكثر أهمية لتطبيق معين. فخذ على سبيل المثال مسحوق السيليكا البلوري، ولا سيما كوارتز ألفا، الذي يوفر قابلية تنبؤ هيكلية أفضل بكثير عندما ترتفع درجات الحرارة. ولهذا السبب يُعد هذا النوع مهمًا جدًا في عمليات مثل الأكسدة الحرارية وتصنيع الزجاج الخاص، حيث تُحدث الطبقات الموحدة والمراحل المستقرة فرقًا كبيرًا في أداء الأجهزة. فالبنية الشبكية المنتظمة تعني أننا نستطيع الاعتماد على سلوك انصهار متسق ومقاومة التحول مرة أخرى إلى حالة الزجاج من الحالة السائلة. وعلى الجانب الآخر، فإن السيليكا اللابلورية تتحمل الصدمات الحرارية بشكل أفضل، ولكنها لا توفر نفس التغيرات المرحلية القابلة للتنبؤ أو التحكم الدقيق في الملوثات. وعندما تتطلب المواصفات وجود معادن بكميات ضئيلة أقل من 5 أجزاء في المليون أو أحجام جسيمات أصغر من 10 مايكرون، فإن الخيارات البلورية تكون عادةً أكثر كفاءة لأنها تنتج عيوبًا أقل أثناء التفاعلات. وفي النهاية، فإن اختيار مادة على أخرى يتوقف على مدى أهمية المعالجة الدقيقة مقابل كمية الإجهاد التي يجب أن تتحملها المادة.
يشكل مسحوق السيليكا البلورية مخاطر جسيمة على صحة الرئتين، ولذلك يولي المنظمون اهتمامًا بالغًا به. تحدد إدارة السلامة والصحة المهنية حدًا أقصى قدره 50 ميكروغرامًا لكل متر مكعب للجسيمات القابلة للاستنشاق التي تحتوي على السيليكا البلورية، مما يعني ضرورة تطبيق المصانع لإجراءات سلامة صارمة. تبدأ معظم المصانع بحلول هندسية أولًا، مثل أنظمة العادم القوية التي تسحب الغبار بعيدًا عن العمال، أو الحفاظ على رطوبة المواد أثناء التصنيع لتقليل الجسيمات المحمولة جوًا. تعتمد مصانع تصنيع أشباه الموصلات، حيث يتراكم الغبار بسرعة، على أجهزة مراقبة مستمرة ترصد عدد الجسيمات في الوقت الفعلي. تُصدر هذه الأنظمة تنبيهًا صوتيًا عند اقتراب المستويات من الحد التحذيري البالغ 25 ميكروغرامًا لكل متر مكعب. كما تقوم بعض المنشآت بتحليل حركة الهواء داخلها، وتعديل إجراءات الحماية مع تغير العمليات بمرور الوقت. يساعد هذا في الحد من حالات داء السيليكا مع ضمان استمرار الإنتاج بسلاسة دون انقطاعات متكررة.
أخبار ساخنة2025-12-21
2025-12-15
2025-12-05
2025-12-02
2025-12-01
2025-11-19
