طریقه جدیده لطحن الماس تجعل إنتاج رقائق الیاقوت أسرع وأکثر أمانا

وکاله آریا للأنباء - قام مهندسون فی معهد أبحاث وتطویر أشباه الموصلات بجامعه ریتشموند بتحسین عملیه تصنیع الیاقوت أحادی البلوره باستخدام أدوات ماسیه ملحومه بأحجام حبیبات مختلفه. 25.07.2026, سبوتنیک عربی

تزیل هذه العملیه الجدیده الماده أسرع بعده مرات من الطحن التقلیدی، وتقلل من تلف الطبقات السطحیه، ویمکنها تقصیر مرحله التلمیع النهائیه المکلفه اللازمه لإنتاج رقائق لمصابیح LED، وثنائیات اللیزر، وإلکترونیات المیکروویف.ما أهمیه الیاقوت لصناعه أشباه الموصلات؟یُعد الیاقوت أحادی البلوره ماده ذات أهمیه استراتیجیه، حیث یُستخدم کرکیزه یبنی علیها المصنّعون هیاکل أشباه موصلات متطوره.الرکیزه هی رقاقه رقیقه داعمه تُشکّل علیها الطبقات الفعّاله للجهاز الإلکترونی أو البصری، ویجب أن یکون سطحها مستویًا وناعمًا للغایه، لأنّه حتى العیوب المجهریه قد تؤثر على جوده وموثوقیه وأداء الطبقات المُرَسَّبه فوقها.یتمتع الیاقوت بخصائص فیزیائیه ممتازه، ولکنه فی الوقت نفسه صعب المعالجه للغایه، حیث تبلغ صلابته تسعه على مقیاس موس - أی أقل بقلیل من صلابه الماس - ولکنه یبقى هشًا بما یکفی لتکوّن الشقوق عند تعرّضه لقوى غیر مناسبه.لماذا یُلحق الطحن التقلیدی الضرر بالماده؟یستخدم الطحن التقلیدی للیاقوت عادهً ماده "کاشطه حره"، وهی جزیئات ماس ​​سائبه مُعلّقه فی سائل وتُحرَّک على سطح الرقاقه. على الرغم من أن هذه الجزیئات تُزیل الماده، إلا أن اصطداماتها المتکرره قد تُلحق الضرر بما هو أسفل السطح المرئی، وبحسب الباحثین، قد تُخلّف عملیات المعالجه التقلیدیه طبقهً تحت سطحیه متشققه بعمق یتراوح بین 80 و120 میکرومترًا، فضلًا عن خشونه سطحیه ملحوظه.لذا، یجب إزاله الطبقه المتضرره عبر عملیه تلمیع دقیقه طویله ومکلفه، وکلما ازداد عمق الشقوق، زادت کمیه المواد والوقت والمواد الکاشطه اللازمه قبل أن تصبح الرقاقه مناسبه للإلکترونیات الدقیقه.الماس المُلصق یُغیّر طریقه إزاله الیاقوتاستبدل مهندسو معهد أبحاث الطاقه المتجدده جزیئات الکشط السائبه بأداه من الماس المُلصق. فی هذا التصمیم، تُثبّت حبیبات الماس بإحکام داخل مصفوفه داعمه مُصممه خصیصًا، بدلًا من أن تتحرک بحریه فی سائل.یُغیّر تثبیت الحبیبات طریقه عمل الأداه على الیاقوت، بدلاً من تولید قوى صدمیه موجهه بشکل أساسی إلى داخل الماده، تعمل حبیبات الماس المدمجه على تعزیز القص المتحکم به والقطع المجهری عبر السطح. هذا التمییز مهم، فالقوه الموجهه بعمق داخل بلوره هشه قد تُسبب تشققات، بینما یُمکن للقطع الجانبی المتحکم به إزاله طبقه سطحیه رقیقه مع الحد من الضرر أسفلها.حبیبات الماس المختلفه تؤدی مهامًا مختلفهلا یُمکن لأداه تجلیخ واحده أن تُوفر أسرع إزاله للماده وأکثر سطح نهائی نعومه فی آن واحد. تقطع حبیبات الماس الکبیره بسرعه ولکنها تترک عادهً آثارًا أعمق، بینما تُنتج الحبیبات الدقیقه سطحًا نهائیًا أکثر نعومه ولکن ببطء.لذلک، قیّم الباحثون أدوات تحتوی على أحجام مختلفه من حبیبات الماس ومواد لاصقه متنوعه.فی التجلیخ الخشن، کانت أفضل النتائج من نصیب أداه مُثبته حراریًا ذات حبیبات کبیره نسبیًا. أزالت هذه التقنیه الیاقوت أسرع بنحو 6.5 مرات من الطرق التقلیدیه، مما یجعلها مناسبه لتقریب الرقاقه بسرعه إلى السماکه المطلوبه.عملیه ثلاثیه المراحل توازن بین السرعه والدقهتستخدم دوره التصنیع المقترحه ثلاث مراحل طحن، حیث یتناقص حجم حبیبات الماس تدریجیًا فی کل مرحله، تزیل المرحله الأولى الماده بسرعه، بینما تعمل المراحل اللاحقه على إزاله العلامات والأضرار التی خلفتها الأداه السابقه تدریجیًا. یتیح هذا التسلسل للمصنعین الجمع بین إنتاجیه الطحن الخشن ودقه التشطیب الدقیق.تُشیر خشونه السطح إلى ارتفاع النتوءات والودیان المجهریه المتبقیه بعد عملیه التصنیع. قیمه 0.07 میکرومتر تُعادل 70 نانومترًا، وهی أصغر بکثیر من سُمک شعره الإنسان، وتُوفر سطحًا أولیًا أفضل بکثیر للتلمیع النهائی وتصنیع أشباه الموصلات.أهمیه تقلیل الطبقه التالفهلا یکفی سطح علوی أملس إذا بقیت شقوق تحته، یُمکن أن تنتشر العیوب تحت السطحیه عند تسخین الرقاقه أو طلائها أو حفرها أو معالجتها میکانیکیًا خلال مراحل الإنتاج اللاحقه. لذا، یُمکن أن یُحسّن تقلیل هذه الطبقه التالفه من قوه مکونات الیاقوت الرقیقه، ویُقلل من خطر الکسر، ویزید من نسبه الرقاقات التی تُکمل عملیه التصنیع بنجاح.قد تُساهم هذه التقنیه أیضًا فی تقصیر مده التلمیع النهائی نظرًا لانخفاض کمیه المواد المعیبه التی یجب إزالتها، وبالنسبه للصناعه، قد یعنی هذا انخفاض تکالیف الإنتاج، وتقلیل استهلاک المواد الکاشطه، وتقصیر أوقات المعالجه، وتقلیل عدد الرقاقات المرفوضه.أین یُمکن استخدام هذه التقنیه؟صُممت هذه الطریقه للشرکات المُصنّعه لرکائز أشباه الموصلات، والمکونات البصریه الدقیقه، والأجهزه المبنیه على رقائق الیاقوت.یُمکن أن یُساهم تحسین عملیات تصنیع الیاقوت فی دعم إنتاج:تُظهر النتائج الحالیه تحسّنًا فی عملیه التصنیع، ولکن سیتطلب الأمر مزیدًا من التقییم الصناعی لتحدید عمر الأداه على المدى الطویل، وتکلفه الإنتاج، والأداء على المعدات التجاریه واسعه النطاق.