أعلنت شركة Hangzhou Garen Semiconductor الصينية أنها أنشأت أول خط إنتاج ضخم في العالم متوافق مع تصنيع رقائق أكسيد الغاليوم أحادية النمو البلوري (Homoepitaxial) بقياسي 6 و8 بوصات، في إنجاز تقول الشركة إنه قد يسرّع الاعتماد التجاري للجيل الجديد من أشباه الموصلات عالية القدرة.
وأكدت الشركة أنها بدأت بالفعل تسليم رقائق أكسيد الغاليوم أحادية النمو البلوري بقياس 6 بوصات واتجاه بلوري (100) إلى عدد من كبرى شركات تصنيع الرقائق، معتبرةً ذلك بداية مرحلة الإنتاج التجاري المستقر والتوريد بكميات كبيرة.
مادة واعدة لإلكترونيات الجيل المقبل
يحظى أكسيد الغاليوم باهتمام متزايد لاستخدامه في العديد من التطبيقات المتقدمة، من بينها:
- السيارات الكهربائية.
- شبكات نقل الطاقة ذات الجهد العالي.
- أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية.
- أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتقدمة عالية التردد.
ويتميز أكسيد الغاليوم بفجوة نطاق فائقة الاتساع (Ultra-Wide Bandgap)، ما يسمح للمكونات الإلكترونية المصنوعة منه بتحمل جهود كهربائية ودرجات حرارة أعلى مقارنة بأشباه الموصلات المعتمدة على السيليكون، وهو ما يجعله أحد أبرز المرشحين لإلكترونيات القدرة في المستقبل.
وإذا أثبتت تقنيات التصنيع الجديدة نجاحها على المستوى التجاري، فإن إنتاج رقائق أكبر حجمًا قد يسرّع استخدام هذه المادة على نطاق صناعي واسع.
تحديات إنتاج الرقائق الكبيرة
أوضحت الشركة أن معظم رقائق أكسيد الغاليوم المتوافرة تجاريًا حاليًا يتراوح قطرها بين 2 و4 بوصات فقط، وهو ما يحد من إمكانية تصنيع أجهزة إلكترونية متقدمة بكميات كبيرة.
وأكدت أن خط الإنتاج الجديد يتجاوز هذه العقبة عبر الجمع بين تقنية خاصة لنمو البلورات الأحادية وتقنية محسنة للترسيب الكيميائي للبخار باستخدام المركبات العضوية المعدنية (MOCVD) لإنتاج الطبقات البلورية.
تقنيات جديدة لخفض التكلفة
بحسب الشركة، تتيح تقنية نمو البلورات إنتاج بلورات أكسيد الغاليوم فائقة السماكة، بينما تساعد تقنية الركائز فائقة الرقة على زيادة إنتاج الركائز بمعدل يتراوح بين 3 و4 مرات مقارنة بطرق التصنيع التقليدية.
وأضافت أن أسلوب التصنيع الجديد يقلل أيضا من استهلاك معدن الإيريديوم، مما يخفض تكلفة إنتاج الركائز بأكثر من 80% لكل رقاقة، وهو ما ينعكس على تقليل تكلفة تصنيع المكونات الإلكترونية.
جودة تصنيع مرتفعة
وأظهرت بيانات التأهيل التي نشرتها الشركة أن الرقائق أحادية النمو البلوري بقياس 6 بوصات تمتلك طبقات بلورية يزيد سمكها على 10 ميكرومترات، مع تفاوت في السماكة يقل عن 1%.
وترى الشركة أن هذا المستوى من التجانس قد يرفع معدلات الإنتاج ويحسن جودة تصنيع أجهزة إلكترونيات القدرة المصممة للعمل في ظروف الجهد العالي والترددات المرتفعة ودرجات الحرارة العالية.
سلسلة تصنيع متكاملة
أكدت شركة Hangzhou Garen Semiconductor أنها أنشأت سلسلة تصنيع متكاملة تشمل جميع مراحل الإنتاج، بدءا من نمو البلورات الأحادية، مرورًا بمعالجة الركائز، وصولا إلى عمليات النمو البلوري المتجانس.
وأضافت أن خط الإنتاج قادر على تصنيع رقائق بقياسي 6 و8 بوصات مع الحفاظ على جودة مستقرة في عمليات الإنتاج الكمي.
أوضحت الشركة أنها وقعت اتفاقيات توريد طويلة الأجل مع عدد من شركات تصنيع الرقائق داخل الصين، كما بدأت شركات أجنبية ومؤسسات بحثية في تقديم طلبات شراء، في مؤشر على تزايد الاهتمام بهذه التقنية.
الرقائق الأكبر تعني تكلفة أقل
تُعد زيادة حجم الرقائق أحد أهم العوامل التي تسهم في خفض تكلفة تصنيع أشباه الموصلات، إذ يمكن للرقاقة بقياس 8 بوصات إنتاج عدد من الشرائح الإلكترونية يزيد بنحو أربعة أضعاف مقارنة برقاقة بقياس 4 بوصات، ما يحسن كفاءة الإنتاج ويخفض تكلفة الوحدة الواحدة.
ورغم ذلك، لا يزال إنتاج رقائق أكسيد الغاليوم كبيرة الحجم مع الحفاظ على جودة موحدة يمثل أحد أكبر التحديات الصناعية، إلا أن نجاح الشركات في توسيع نطاق الإنتاج قد يجعل هذه المادة خيارًا عمليًا في تطبيقات إلكترونيات القدرة التجارية خلال السنوات المقبلة.