انخفضت التكاليف إلى واحد بالمائة! هذا الرقاقة المحلية حققت تقدمًا هامًا

سؤال AI · كيف تمكن فريق هوهويونغ من التغلب على مشكلة عدم تطابق شبكة السيليكون والجرمانيوم؟

في 30 مارس، علم مراسل من جامعة الإلكترونيات والتكنولوجيا في شيان أن فريق الأستاذ هوهويونغ في الجامعة نجح في تطوير شريحة ثنائية التوصيل للانفجار الضوئي الأحادي (SPAD) تعتمد على تقنية السيليكون والجرمانيوم، مما خفض بشكل كبير تكلفة تصنيع تقنية الكشف عن الأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة. هذا الاختراق يجعل من الممكن أن تدخل هذه الشرائح، التي كانت تكلف آلاف الدولارات لكل قطعة، مجالات مثل الهواتف الذكية، والليدار الليزري في السيارات، بتكلفة تصل إلى واحد بالمئة.

تتمتع تقنية الأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة بقدرة على اختراق الضباب والدخان، وتوفير صور واضحة في الظلام، كما يمكنها التعرف على خصائص المواد المختلفة. وتتمتع بآفاق واسعة في التصوير الليلي للهواتف الذكية، والليدار الليزري في السيارات، والكشف غير المدمر في الصناعة. لكن، لطالما كانت الحلول السائدة تعتمد على مادة الإنديوم غاليوم آرسينيد، التي تتميز بأداء ممتاز، لكنها مقيدة باستخدام قاعدة الفوسفيد الإنديوم المكلفة، مما يصعب التوافق مع عملية السيليكون CMOS (الترانزستور ثنائي أكسيد السيليكون المتكامل)، وتكلفتها العالية التي تتراوح بين مئات وآلاف الدولارات لكل قطعة.

اختار فريق هوهويونغ مسارًا تقنيًا يتوافق بشكل كبير مع سلسلة صناعة أشباه الموصلات الحالية — وهو السيليكون والجرمانيوم. استخدموا منصة النمو الخارجي للسيليكون والجرمانيوم لإنشاء المادة، ثم استغلوا منصة عملية السيليكون CMOS القياسية لإنتاج أجهزة الكشف، ووسعوا نطاق الاستجابة ليشمل نطاق الأشعة تحت الحمراء القصيرة. وقال وانغ لي مينغ: “هذا يعني أننا نستخدم تكلفة تصنيع شرائح الهواتف المحمولة لنصنع كاشفات الأشعة تحت الحمراء القصيرة التي كانت تُعد سابقًا ‘ثمنها باهظًا جدًا’.”

خط إنتاج خاص بسيليكون والجرمانيوم. الصورة مقدمة من المقابلة

ومع ذلك، يوجد تفاوت في ترتيب الذرات بين السيليكون والجرمانيوم بنسبة 4.2%، حيث يؤدي هذا الاختلاف إلى عيوب في المادة وتسرب التيار في الكاشف، مما جعل هذه التقنية تواجه صعوبة في الخروج من المختبر على مدى أكثر من عشرين عامًا. وللتغلب على هذه المشكلة، عمل الفريق على عدة مراحل بشكل متزامن: تصميم طبقات تلطيف متدرجة متعددة مع تقنية النمو عند درجات حرارة منخفضة لتقليل عدم التطابق على مستوى الذرات؛ استخدام تقنية التلدين في الموقع وتقنيات التثبيط للحد من التسرب الكهربائي؛ ومن خلال تصميم هيكل SPAD مبتكر لتحسين توزيع المجال الكهربائي، مما يجعل الإشارة أوضح ويقلل الضوضاء.

اليوم، استطاع الفريق بناء سلسلة تطوير ذاتية تغطي “تصميم الجهاز — النمو الخارجي للمادة — عملية التصنيع — توافق الدوائر — التحقق من النظام”. ومن المتوقع أن يكتمل خط الإنتاج الخاص بسيليكون والجرمانيوم بحلول نهاية عام 2026، مما يوفر دعمًا سريعًا للتحقق من المنتجات المستقبلية وإمكانية الإنتاج الموجه.

المصدر: صحيفة العلوم والتكنولوجيا