تحويل التكنولوجيا في هندسة الرقائق

يتزايد السباق نحو تطوير أشباه الموصلات. وفي مواجهة نقص العمالة، وتأخيرات سلسلة التوريد، وندرة المواد، يسارع مصنعو الرقائق إلى تطوير منتجات أشباه الموصلات الجديدة والمحسنة.

من عام 2019 إلى عام 2022، ارتفعت تكاليف التصنيع بنسبة 7% وارتفعت أسعار الواردات بنسبة 5.7%. وقد تمنح التقنيات المبتكرة الشركات وسيلة للتغلب على الطلب المتزايد والضغوط اللوجستية التي تؤثر على نتائجها المالية.

4 تقنيات من المقرر أن تغير شكل هندسة أشباه الموصلات

1. مادة مركبة ناعمة ذاتية الشفاء ومتغيرة الشكل

تمكن باحثون من جامعة كارنيجي ميلون من ابتكار مادة مركبة جديدة لينة تسمى "Thubber" تجمع بين الإيلاستومرات السائلة وقطرات صغيرة من سبيكة الغاليوم والإنديوم. وتتميز هذه المادة بموصلية كهربائية وحرارية عالية، حيث تعمل في درجات حرارة تتراوح بين -80 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، على غرار المطاط السيليكوني السائل. وتولد مادة Thubber حرارة داخلية عند تطبيق تيار كهربائي عليها، مما يجعل مصادر الحرارة الخارجية غير ضرورية. كما يمكن تشكيلها في أغشية رقيقة فائقة المرونة، مما يتغلب على التحديات التي يفرضها الشحم الحراري أو ألواح الألومنيوم.

مسح مقطعي محوسب نانوي لـ "thubber"، يظهر قطرات معدنية سائلة صغيرة داخل مادة المطاط. المصدر: جامعة كارنيجي ميلون

2. أنابيب الكربون النانوية ملفوفة ببوليمر يشبه الشريط

تمكن باحثون من جامعة ديوك من تطوير طريقة لإنتاج أشباه الموصلات القائمة على الكربون باستخدام أسطوانات مجهرية من ذرات الكربون، أقوى من الفولاذ وأرق من شعرة الإنسان. ويعالج هذا الاكتشاف القيود السابقة حيث لا يمكن إيقاف تشغيل مثل هذه الأسطوانات، مما يعوق تطبيقاتها الإلكترونية. وقد حل الفريق هذه المشكلة عن طريق لف بوليمرات خاصة حول أنابيب نانوية معدنية، وتحويلها من موصلات إلى أشباه موصلات.

3. ركائز زجاجية لتغليف أشباه الموصلات

يتميز الزجاج بأسعاره المعقولة وخصائصه الحرارية الممتازة وخصائصه الفيزيائية المشابهة للسيليكون. فهو يحتفظ بشكله بمرور الوقت مع الحد الأدنى من الانحناء أو التدهور، مما يعزز متانة وكفاءة الإلكترونيات.

تعد الركائز الزجاجية بأداء إشارة متفوق مقارنة بالركائز العضوية الحالية، مما يدفع إلى زيادة اعتمادها في تغليف أشباه الموصلات المتقدمة. وهي مناسبة تمامًا للتطبيقات الناشئة التي تتطلب وصلات كثيفة وعالية الأداء في الإلكترونيات من الجيل التالي.

4. ترانزستور تأثير المجال الكهربي ثنائي الأبعاد

يسارع مصنعو الرقائق إلى تسخير الذكاء الاصطناعي لصناعة الرقائق الدقيقة، لكنهم يواجهون تحديات بسبب طبيعتها التي تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة. ويقدم ظهور الترانزستور ثنائي الأبعاد ذي التأثير الحقلي الكهروضوئي، والذي يستخدم أكسيد الهفنيوم وكبريتيد القصدير، خصائص كهربائية واعدة. فهو يعمل بشكل أسرع بكثير من المشابك العصبية البشرية، مع الحد الأدنى من استهلاك الطاقة، مما يمهد الطريق لشبكات عصبية اصطناعية عالية الدقة ومنخفضة الطاقة للغاية على المستوى النانوي.