السليكون فائق النقاء
السليكون فائق النقاء (إنگليزية: Metallurgical Grade Silicon)، هو سليكون بنسبة نقاء 99% يُستخدم في صناعة أشباه الموصلات. ويُنتج باستخدام طريقة تشوخرالسكي لنمو البلورات.[1][2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
رقائق السليكون
السليكون هو عنصر كيميائي وشبه موصل له أهمية اقتصادية في جميع أنحاء العالم بسبب استخداماته الصناعية في تكرير الصلب، وصب الألمنيوم، والعمليات الكيميائية، وربما كما هو معروف على نطاق واسع، في إلكترونيات أشباه الموصلات. رقائق السليكون هي شرائح رقيقة من أشباه الموصلات تستخدم في تصنيع الدوائر المتكاملة، وتصنيع الخلايا الشمسية. عام 2020، بلغ الطلب العالمي على رقائق اليليكون حوالي 12.4 مليار بوصة مربعة.
التصنيع
سليكون أشباه الموصلات عالي النقاء (أجزاء قليلة فقط من المليون من الشوائب) يذوب في بوتقة عند درجة حرارة 1.425 °م، عادة يكون مصنوع من الكوارتز. يمكن إضافة ذرات الشوائب المنشطة مثل البورون أو الفوسفور إلى السليكون المصهور بكميات دقيقة إلى منشط اليليكون، وبالتالي تغييره إلى سليكون النوع-پي أو النوع إن، بخصائص إلكترونية مختلفة. تُغمس نواة التبلور المركبة على قضيب موجه بدقة في السيليكون المصهور. يُسحب قضيب نواة البلورة لأعلى ببطء وبشكل دائري في آن واحد. من خلال التحكم الدقيق في تدرجات درجة الحرارة، ومعدل السحب وسرعة الدوران، يمكن استخراج سبيكة أسطوانية كبيرة أحادية البلورة من المصهور. يمكن تجنب حدوث عدم استقرار غير مرغوب فيه في الذوبان من خلال فحص وتصور مجالات درجة الحرارة والسرعة أثناء عملية نمو البلورات.[3] تُجرى هذه العملية عادة في جو خامل، مثل الأرگون، في غرفة خاملة، مثل الكوارتز.
الاستخدامات الرئيسية
تُستخدم رقائق السليكون في مجموعة متنوعة من المنتجات، بما في ذلك الهواتف المحمولة/الذكية، وأجهزة الحاسوب المحمولة واللوحية، والمنتجات الصناعية، وغيرها من المنتجات الإلكترونية. استحوذت الهواتف المحمولة/الذكية على أكبر طلب بشكل عام. عام 2018، بلغ الطلب على رقائق السليكون للهواتف المحمولة والهواتف الذكية 21.9 مليار سم مربع. وتبعتها أجهزة الحاسوب المحمولة واللوحية وخوادم الحاسوب بمقدار 11.3 مليار سنتيمتر مربع.
الإنتاج
الصين هي أكبر منتج للسليكون في العالم، بحجم إنتاج يقدر بستة ملايين طن متري عام 2021. ثاني أكبر منتج لهذا المعدن في العالم هي روسيا، التي أنتجت 580 ألف طن متري في نفس العام. يقدر إجمالي الإنتاج العالمي للسليكون عام 2021 بحوالي 8.5 مليون طن متري.[4]
القائمة التالية لأكبر البلدان المنتجة للسليكون عام 2021:[5]
أزمة الرقائق
مقالة مفصلة: أزمة الرقائق الإلكترونية
يعد السليكون أحد أكثر العناصر شيوعًا على وجه الأرض، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الأكسجين. في الواقع، هذا أحد أسباب كونه المادة الأكثر شيوعًا لصنع الرقائق. نظرًا لأنه يمكن العثور عليها في قشرة الأرض، يمكن أيضًا استخراجه من جميع أنحاء العالم. في حين أن مشكلات سلسلة التوريد جعلت من الصعب أحيانًا على الأشخاص الحصول على رقائق السليكون التي كانوا يتطلعون لشرائها، فإن النقص لا يرجع إلى السليكون نفسه.
تضافرت عدة عوامل رئيسية للتسبب في نقص رقائق السليكون الذي ظهر بدءاً عام 2020. أولاً، كان لجائحة كوڤيد-19 تأثيرها السلبي على سلسلة التوريد، وفي بعض الحالات أُجبر الشركات على الإغلاق أو اتخاذ تدابير أخرى أدت إلى إبطاء الإنتاج.
نظرًا لوجود مشكلات في جانب التصنيع وسلسلة التوريد، كان هناك أيضًا ارتفاع في الطلب على الرقائق، والذي يمكن إرجاعه جزئيًا على الأقل إلى مقدار الوقت الذي يقضيه الأشخاص في المنزل. كانت هناك أيضًا مشكلة محددة لا علاقة لها بكوڤيد-19. أدى الجفاف في تايوان إلى انخفاض كبير في قدرة المنطقة على إنتاج السليكون، لأن إنتاجه يعتمد على كميات كبيرة من المياه التي لم تكن متوفرة في المنطقة.
حُلت المشكلات المتعلقة بجانب العرض لرقائق السليكون إلى حد كبير، حيث وضع المستثمرون خططًا لزيادة القدرة التصنيعية. ومع ذلك، تستغرق هذه الخطط ما لا يقل عن 18-24 شهرًا لتدخل حيز التنفيذ، بالنظر إلى المدة التي يستغرقها بدء منشأة التصنيع. يعني هذا أن النقص سيستمر حتى عام 2022 إذا استمر الطلب في الزيادة عند مستواه الحالي. الخبراء منقسمون حول ما إذا كان هذا سيحدث. إذا توقفت مستويات الطلب، حتى في مناطق معينة فقط، سيكون من الأسهل بكثير الحصول على منتجات السليكون.
انظر أيضاً
- ثاني أكسيد السليكون
- صناعة أشباه الموصلات
- الرقائق الإلكترونية
- طريقة تشوخرالسكي
- قائمة البلدان حسب إنتاج السليكون
المصادر
- ^ "The Silicon Supply Chain". waferworld. 2021-10-26.
- ^ "How Silicon Wafers Are Made?". universitywafer.com.
- ^ Aleksic, Jalena; Zielke, Paul; Szymczyk, Janusz A.; et al. (2002). "Temperature and Flow Visualization in a Simulation of the Czochralski Process Using Temperature-Sensitive Liquid Crystals". Ann. N.Y. Acad. Sci. 972 (1): 158–163. Bibcode:2002NYASA.972..158A. doi:10.1111/j.1749-6632.2002.tb04567.x. PMID 12496012. S2CID 2212684.
- ^ "Major countries in silicon production worldwide in 2021". statista.com. Retrieved 2022-08-31.
- ^ "The Silicon Supply Chain". waferworld.com. 2021-10-26. Retrieved 2022-08-31.