في مجال اختبار أشباه الموصلات، يلعب اختيار مادة منصة الاختبار دورًا حاسمًا في دقة الاختبار واستقرار المعدات. وبالمقارنة مع مواد الحديد الزهر التقليدية، يُعد الجرانيت الخيار الأمثل لمنصات اختبار أشباه الموصلات بفضل أدائه المتميز.
مقاومة ممتازة للتآكل تضمن تشغيلًا مستقرًا على المدى الطويل
خلال عملية اختبار أشباه الموصلات، تُستخدم غالبًا مواد كيميائية متنوعة، مثل محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) المستخدم في تطوير المقاوم الضوئي، ومواد شديدة التآكل مثل حمض الهيدروفلوريك (HF) وحمض النيتريك (HNO₃) في عملية الحفر. يتكون الحديد الزهر بشكل أساسي من عناصر الحديد. في مثل هذه البيئة الكيميائية، تزداد احتمالية حدوث تفاعلات الأكسدة والاختزال. تفقد ذرات الحديد إلكتروناتها وتخضع لتفاعلات إزاحة مع المواد الحمضية في المحلول، مما يتسبب في تآكل سريع للسطح، وتكوين الصدأ والانخفاضات، وإتلاف استواء المنصة ودقتها البعدية.
في المقابل، يمنح التركيب المعدني للجرانيت مقاومةً استثنائيةً للتآكل. يتميز مكونه الرئيسي، الكوارتز (SiO₂)، بخصائص كيميائية مستقرة للغاية، ونادرًا ما يتفاعل مع الأحماض والقواعد الشائعة. كما أن المعادن، مثل الفلسبار، خاملة في البيئات الكيميائية العامة. وقد أظهرت العديد من التجارب أن مقاومة الجرانيت للتآكل الكيميائي في نفس البيئة الكيميائية المُحاكاة للكشف عن أشباه الموصلات أعلى بخمسة عشر مرة من مقاومة الحديد الزهر. هذا يعني أن استخدام منصات الجرانيت يُمكن أن يُقلل بشكل كبير من تكرار وتكلفة صيانة المعدات الناتجة عن التآكل، ويُطيل عمرها الافتراضي، ويضمن استقرار دقة الكشف على المدى الطويل.
استقرار عالي للغاية، يلبي متطلبات دقة الكشف على مستوى النانومتر
يتطلب اختبار أشباه الموصلات متطلبات عالية للغاية لاستقرار المنصة، ويتطلب قياسًا دقيقًا لخصائص الشريحة على المقياس النانوي. معامل التمدد الحراري للحديد الزهر مرتفع نسبيًا، حوالي 10-12 ×10⁻⁶/℃. ستؤدي الحرارة الناتجة عن تشغيل جهاز الكشف أو تقلبات درجة الحرارة المحيطة إلى تمدد وانكماش حراري كبيرين لمنصة الحديد الزهر، مما يؤدي إلى انحراف موضعي بين مسبار الكشف والرقاقة، مما يؤثر على دقة القياس.
يبلغ معامل التمدد الحراري للجرانيت 0.6-5×10⁻⁶/℃ فقط، وهو جزء بسيط أو أقل من معامل التمدد الحراري للحديد الزهر. يتميز ببنية كثيفة، وقد تم التخلص من الإجهاد الداخلي بشكل أساسي من خلال الشيخوخة الطبيعية طويلة الأمد، ويتأثر بشكل طفيف بتغيرات درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يتميز الجرانيت بصلابة عالية، حيث تبلغ صلابته ضعف صلابة الحديد الزهر (أي ما يعادل HRC > 51)، مما يُمكّنه من مقاومة الصدمات والاهتزازات الخارجية بفعالية، والحفاظ على استقامة المنصة. على سبيل المثال، في الكشف عن دوائر الرقائق عالية الدقة، يمكن لمنصة الجرانيت التحكم في خطأ الاستواء ضمن ±0.5 ميكرومتر/متر، مما يضمن استمرار قدرة معدات الكشف على تحقيق دقة كشف نانوية في البيئات المعقدة.
خاصية مضادة للمغناطيسية رائعة، مما يخلق بيئة كشف نقية
تتميز المكونات الإلكترونية وأجهزة الاستشعار في معدات اختبار أشباه الموصلات بحساسية عالية للتداخل الكهرومغناطيسي. يتمتع الحديد الزهر بمغناطيسية معينة. في البيئة الكهرومغناطيسية، يُولّد مجالًا مغناطيسيًا مُستحثًا، مما يتداخل مع الإشارات الكهرومغناطيسية لمعدات الكشف، مما يؤدي إلى تشوه الإشارة وبيانات كشف غير طبيعية.
من ناحية أخرى، يُعد الجرانيت مادة مضادة للمغناطيسية، ونادرًا ما يستقطب بالمجالات المغناطيسية الخارجية. توجد الإلكترونات الداخلية في أزواج داخل الروابط الكيميائية، وبنيته مستقرة، ولا تتأثر بالقوى الكهرومغناطيسية الخارجية. في بيئة مجال مغناطيسي قوي يبلغ 10 ملي تسلا، تكون شدة المجال المغناطيسي المستحث على سطح الجرانيت أقل من 0.001 ملي تسلا، بينما تصل شدة المجال المغناطيسي المستحث على سطح الحديد الزهر إلى أكثر من 8 ملي تسلا. تُمكّن هذه الميزة منصة الجرانيت من خلق بيئة كهرومغناطيسية نقية لمعدات الكشف، وهي مناسبة بشكل خاص للسيناريوهات ذات المتطلبات الصارمة للضوضاء الكهرومغناطيسية، مثل كشف الرقائق الكمومية وكشف الدوائر التناظرية عالية الدقة، مما يعزز بشكل فعال موثوقية واتساق نتائج الكشف.
في بناء منصات اختبار أشباه الموصلات، تفوق الجرانيت بشكل كبير على مواد الحديد الزهر بفضل مزاياه المهمة، مثل مقاومة التآكل والاستقرار ومقاومة المغناطيسية. ومع تطور تكنولوجيا أشباه الموصلات نحو دقة أعلى، سيلعب الجرانيت دورًا متزايد الأهمية في ضمان أداء معدات الاختبار ودفع عجلة تقدم صناعة أشباه الموصلات.
وقت النشر: ١٥ مايو ٢٠٢٥