في عصر تتجه فيه تكنولوجيا أشباه الموصلات نحو عمليات أقل من 3 نانومتر،سيراميك الألومينابرزت سيراميكات الألومينا (ال₂O₃) كمواد أساسية تدعم التشغيل الدقيق لمعدات أشباه الموصلات، بفضل نقائها العالي، وعزلها الممتاز، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية، واستقرارها الكيميائي. بدءًا من تصنيع الرقائق وصولًا إلى التعبئة والتغليف والاختبار، تُسهم سيراميكات الألومينا، باعتبارها حجر الزاوية الخفي، في دفع عجلة الابتكار المستمر في صناعة أشباه الموصلات.
1. التطبيقات الأساسية لسيراميك الألومينا في تصنيع أشباه الموصلات
⑴ المكونات الرئيسية لمعدات تصنيع الرقائق
معدات الحفر والترسيب:في عمليات الحفر البلازمي وترسيب الأغشية الرقيقة (أمراض القلب والأوعية الدموية/الترسيب الفيزيائي للبخار)،سيراميك الألوميناتُستخدم في تصنيع مشابك الكهروستاتيكية (خروج)، وألواح توزيع الغاز، وبطانات الغرف. تضمن مقاومتها للتآكل البلازمي (مثلاً، ضد الكلور₂ وCF₄) واستواءها العالي (خشونة السطح را ≤ 0.01 ميكرومتر) دقة واستقرار معالجة الرقاقات.
تكنولوجيا الطباعة الحجرية:سيراميك الألوميناتُستخدم في هيكل دعم قناع آلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (الأشعة فوق البنفسجية القصوى). يُقلل معامل التمدد الحراري المنخفض (8.2×10⁻⁶/℃) من الانجراف الحراري، مما يضمن دقة طباعة حجرية نانومترية.
⑵ عمليات التعبئة والتغليف والاختبار
ركائز تغليف الدوائر المتكاملة:تُستخدم ركائز سيراميك الألومينا متعددة الطبقات في وحدات الطاقة مثل ترانزستورات IGBT وMOSFET، حيث تجمع بين العزل (مقاومة حجمية 10¹⁴ Ω·سم) ووظائف تبديد الحرارة (موصلية حرارية 25 واط/(م·ك)). يُعادل معامل التمدد الحراري لها معامل تمدد رقائق السيليكون، مما يُقلل الإجهاد الحراري.
التلميع الكيميائي الميكانيكي (سي إم بي):يمكن التحكم في خشونة سطح ألواح تلميع السيراميك المصنوعة من الألومينا في حدود 0.5 نانومتر، مما يحسن بشكل كبير من تجانس تسوية الرقائق ويقلل من عيوب "dishing".
2. الإنجازات التقنية: من تعديل المواد إلى ابتكار العمليات
⑴ نقاء عالي وبنية نانوية
طوّر فريق من معهد شنغهاي لتكنولوجيا المعلومات والأنظمة الدقيقة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم مؤخرًا مواد عازلة بوابة من الألومينا أحادية البلورة. تتميز هذه المواد بقدرتها على منع تسرب التيار بفعالية حتى عند سُمك نانومتر واحد فقط، مما يوفر حلاً جديدًا للرقائق منخفضة الطاقة. إضافةً إلى ذلك، تتميز سيراميكات الألومينا النانوية (حجم الحبيبات <200 نانومتر)، المُحضّرة بطريقة السول-جيل، بمتانة انثناء تبلغ 350 ميجا باسكال، أي أعلى بنسبة 50% من المواد التقليدية.
⑵ التصميم المركب والوظيفي
مقاومة التآكل البلازمي:تساعد سيراميكات الإتريوم والألومينا المركبة، الممزوجة بعناصر أرضية نادرة ذات إنتروبيا عالية، على إطالة عمر خدمة مكونات معدات النقش بما يزيد عن 10 مرات.
التكامل الذكي:على سبيل المثال، قامت شركة جيفينج تكنولوجي بإدخال الجرافين في سيراميك الألومينا، مما أدى إلى زيادة التوصيل الحراري إلى 200 وات/(م·ك)، مما يجعله مناسبًا لوحدات تبديد الحرارة في محطات قاعدة الجيل الخامس.
3. آفاق السوق وعملية التوطين
⑴ نمو السوق العالمية
في عام ٢٠٢٣، بلغ حجم السوق العالمية لمكونات سيراميك الألومينا لأشباه الموصلات ٧.٢ مليار دولار أمريكي، وهو ما يمثل ٤٥٪ من إجمالي مكونات السيراميك الدقيقة. ونظرًا للطلب المتزايد على الذكاء الاصطناعي وتقنية الجيل الخامس (5G) وغيرها من المجالات، من المتوقع أن يتجاوز حجم السوق ١٠ مليارات يوان صيني بحلول عام ٢٠٢٥، مع توقعات بارتفاع حصة الصين في السوق من ٣٠٪ إلى ٣٥٪.
⑵ اختراقات التوطين
تجاوز معدل الاكتفاء الذاتي في الصين من سيراميك الألومينا عالي النقاء (بدرجة نقاء ≥99.9%) 80%. وتعمل شركات مثل شركة يونشينغ للسيراميك الصناعي على توسيع طاقتها الإنتاجية، وتخطط لإنتاج سنوي يبلغ 300 طن من المسحوق عالي النقاء. وعلى مستوى السياسات، أدرج دليل تطوير صناعة المواد الجديدة سيراميك الألومينا عالي الأداء كتوجه بحثي رئيسي، بهدف تحقيق معدل توطين يتجاوز 85% للمعدات الرئيسية بحلول عام 2026.
4. الاتجاهات المستقبلية: التصنيع الأخضر والسيناريوهات الناشئة
العمليات منخفضة الكربون:تقلل تقنية الحرق المشترك منخفض الحرارة (شركة النقل طويل الأمد) من استهلاك الطاقة بنسبة 25%، بينما تعمل تقنية التلبيد بالموجات الدقيقة على خفض انبعاثات الكربون بنسبة 30%.
التطبيقات الناشئة:توجد إمكانات هائلة في سيناريوهات مثل أختام خلايا وقود الهيدروجين، والأجزاء الخزفية المطبوعة ثلاثية الأبعاد (بدقة 0.1 مم)، ولوحات حاملة الخلايا الكهروضوئية غير المتجانسة.
