حل واعد من رقائق فوسفيد الإنديوم باستخدام الغاليوم أرسينيد

طوّر معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية ISE بالتعاون مع شركة III/V-Reclaim عملية إنتاج رقائق InP على ركائز GaAs بقطر 150 مم، مع إمكانية التوسّع مستقبلاً إلى رقائق بقطر 300 مم دون أية عوائق تقنية متوقعة.

يمكن أن تُستخدم هذه الرقاقات الجديدة كبديل فعّال لرقاقات فوسفيد الإنديوم التقليدية في مجموعة واسعة من التطبيقات، مع توفير مسار قابل للتوسّع نحو خفض التكاليف. وقد طوّر فريق البحث تقنية لترسيب طبقة رقيقة وعالية الجودة من فوسفيد الإنديوم (InP) على ركائز الغاليوم أرسينيد (GaAs). وبعد إجراء معالجة سطحية متقدمة، تصبح هذه الرقاقات جاهزة للترسيب البلوري، والذي يسمح للعملاء بناء هياكل من الفئة III-V مباشرة عليها وإنتاج أجهزة أشباه موصلات عالية الأداء تعتمد على InP.

أوضح كارمين بيليغرينو، مدير المشروع في Fraunhofer ISE، أن هذه التقنية تتيح للشركات إنتاج مكونات إلكترونية عالية الكفاءة بأسعار أقل، مع الحفاظ على الأداء الفائق. وأضاف: "تمكنّا من التغلب على مشكلة العيوب البنيوية التي تظهر عادة أثناء ترسيب طبقات InP على GaAs، وذلك عبر استخدام طبقات انتقالية ميتامورفية ومعالجة نهائية دقيقة بالتلميع الكيميائي-الميكانيكي".

ترسيب فوسفيد الإنديوم (InP) على ركائز زرنيخيد الغاليوم (GaAs) يُعدّ تحديًا تقنيًا كبيرًا، إذ غالبًا ما تنشأ عيوب أثناء عملية النمو البلوري قد تؤثر سلبًا على كفاءة أجهزة أشباه الموصلات الناتجة. إلا أن فريق العلماء نجح في تجاوز هذه العقبة من خلال دمج سلسلة من "الطبقات العازلة المتدرجة"، متبوعة بخطوة صقل كيميائي - ميكانيكي دقيقة للرقاقة المزروعة بالكامل. والنتيجة: رقاقات فائقة اللمعان، ذات خشونة سطحية متناهية الصغر وكثافة عيوب تقل عن 5×106 سم⁻².

وفي إطار التحقق من كفاءة هذه التقنية، أجرى الباحثون اختبارات مقارنة شاملة بين رقاقات InP-on-GaAs الجديدة وركائز InP التقليدية. ويؤكد الدكتور فرانك ديمروث، رئيس قسم الخلايا الكهروضوئية III-V في معهد فراونهوفر ISE، أن "النتائج مبشّرة للغاية، إذ حققت الخلايا الكهروضوئية المصنعة على رقائقنا المطوّرة جهد دائرة مفتوحة يعادل نظيراتها القائمة على رقاقات InP المعتمدة، مع أداء متجانس على كامل سطح الرقاقة بقياس 6 بوصات، ما يمهّد لإنتاج موثوق وعالي المردود".

في إطار سلسلة من التجارب التقنية المتقدمة، تمكن فريق البحث من تصنيع رقاقات InP-on-GaAs بأقطار تبلغ 4 و6 بوصات، دون وجود أي عوائق تقنية تذكر للانتقال المستقبلي إلى حجم 8 بوصات. في المقابل، لا تزال ركائز فوسفيد الإنديوم التقليدية متوفرة غالبًا بأحجام تتراوح بين 2 و4 بوصات، بينما لم يتم طرح نسخة الـ6 بوصات إلا مؤخرًا. ويعود ذلك إلى أن ركائز زرنيخيد الغاليوم تُعد أكثر صلابة، كما أن أحجامها الأكبر - حتى 8 بوصات - معتمدة وراسخة منذ سنوات في قطاع تصنيع أشباه الموصلات. إضافة إلى ذلك، فإن المتانة الهيكلية لزرنيخيد الغاليوم تتيح إنتاج رقاقات أكثر نحافة، ما يساهم في تقليل كمية المواد المستخدمة، وبالتالي خفض التكاليف بشكل ملحوظ.

ويعلق كارمين بيليجرينو، مدير المشروع، بقوله: "تستفيد تقنيتنا بطبيعة الحال من المتانة والانتشار الواسع لزرنيخيد الغاليوم كقاعدة. فتكاليف إنتاج الركائز الجديدة أقل بكثير من نظيراتها المصنوعة من فوسفيد الإنديوم التقليدي. وتشير الحسابات الأولية إلى إمكانية توفير تصل إلى 80٪ في الإنتاج على نطاق واسع. كما يساعدنا هذا النهج في تجاوز مشكلات نقص إمدادات فوسفيد الإنديوم في السوق".