خلال مرحلة الأكسدة، تتشكل طبقة أكسيد (SiO₂) على سطح الرقاقة. تُعد الرقاقة المادة الأهم في معالجة أشباه الموصلات. تحمي طبقة الأكسيد سطح الرقاقة من الشوائب، والخطوة التالية هي تصميم دارة أشباه الموصلات.

كيف تبدو الدائرة في شريحة أشباه الموصلات؟ دعونا نتعلم معا!

تحتوي رقائق أشباه الموصلات الدقيقة على آلاف وملايين المكونات الإلكترونية (الثنائيات، والترانزستورات، والمكثفات، والمقاومات). كيف تُصنع هذه الدوائر المتكاملة من أشباه الموصلات؟ دعونا أولاً نلقي نظرة على تاريخ تطور أشباه الموصلات.

الترانزستورات: حيث بدأت الثورة الإلكترونية

في عام 1947، قام الباحثون في مختبرات بيل، وهي منشأة الأبحاث المركزية لأكبر شركة اتصالات في الولايات المتحدة، وهي شركة الهاتف والتلغراف الأمريكية (AT&T)، باختراع الترانزستور. كان هذا الاختراع يسمى في البداية "مضخم الصوت" ثم أعيد تسميته فيما بعد بالترانزستور.

سرعان ما أصبحت الترانزستورات المكونات الأساسية للمنتجات الإلكترونية. ومع التقدم التكنولوجي، بدأت هذه المنتجات تكتسب وظائف أكثر فأكثر. أدى ذلك إلى نمو هائل في عدد المكونات التي تحتاج إلى ربط، بدءًا من الترانزستورات والمقاومات وصولًا إلى الثنائيات والمكثفات. كما أصبحت نقاط التلامس هذه سببًا لمعظم أعطال المنتجات.

في عام 1958، قام المهندس جاك كيلبي من شركة Texas Instruments (TI) بتطوير حل. سيتم تصغير المكونات الإلكترونية المعقدة ثم طباعتها كدوائر على سطح صغير. سيتم تكديس هذه الدوائر فوق بعضها البعض، مما يؤدي إلى ولادة دوائر متكاملة (ICs).

الدوائر المتكاملة (ICs): ثورة في الإلكترونيات

تترابط الترانزستورات والمقاومات والثنائيات والمكثفات، التي تشكل الدوائر المتكاملة شبه الموصلة (ICs)، مع بعضها البعض لحساب وتخزين الإشارات الكهربائية.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على وظيفة كل فئة من فئات المكونات. تعمل الترانزستورات كمفاتيح لفتح وإغلاق مصدر الطاقة، بينما تُجمّع المكثفات الشحنات وتخزنها. تُنظّم المقاومات التيار، بينما تحافظ الثنائيات على اتساق الإشارة.

يتم تصنيع الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات من خلال دمج جميع مكونات الدائرة في أنماط معقدة ومتعددة الطبقات. من المستحيل رسم هذه الدوائر المعقدة يدويًا، لذلك يتم استخدام طريقة مشابهة لتطوير الصور الفوتوغرافية.

حفز تطوير الدوائر المتكاملة تقدم صناعة أشباه الموصلات. كان الانتقال من توصيل المكونات الفردية يدويًا بالدوائر المتكاملة يعني عوامل شكل منتج أصغر واستهلاكًا أقل للطاقة، مع تحقيق معالجة أسرع للبيانات. إن استخدام تكنولوجيا الطباعة الحجرية الضوئية يعني أن الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات كانت موثوقة ومفيدة للإنتاج على نطاق واسع.

في ستينيات القرن الماضي، طوّر المهندس الكوري الأمريكي الراحل في مختبرات بيل، الدكتور داون كانغ، ومارتن أتالا، ترانزستور التأثير الحقلي المصنوع من أشباه الموصلات المعدنية والأكسيدية (MOS-FET). ومن هنا، بدأت الدوائر المتكاملة تتألق.

حل MOS-FET القيود المفروضة على الترانزستورات التقليدية ثنائية القطب، والتي كان من الصعب تصنيعها وتستهلك الكثير من الطاقة.

في 60 عامًا، تطورت أشباه الموصلات من الترانزستورات إلى الدوائر المتكاملة وMOS-FETs. مزيد من الابتكار في المستقبل أمر مثير ومنتظر. 

في المقالة التالية، سنقدم كيفية رسم هذه الدوائر المصممة بشكل معقد على الرقاقات باستخدام عمليات النقش.