تُعد رقائق السيليكون لأشباه الموصلات بمثابة اللبنات الأساسية لصناعة الإلكترونيات، وتشكل الركيزة الأساسية لما يقرب من 90% من جميع الرقائق المنتجة في جميع أنحاء العالم. توفر هذه الأقراص الرقيقة فائقة النقاء من السيليكون البلوري الأساس المادي الذي تُبنى عليه الدوائر المتكاملة وأجهزة أشباه الموصلات، مما يجعلها لا غنى عنها للتكنولوجيا الحديثة.

تتضمن عملية تصنيع رقائق السيليكون تحويل المواد الخام إلى ركائز مصممة هندسيًا بدرجة عالية من خلال عمليات متطورة بما في ذلك التنقية ونمو البلورات والمعالجة الدقيقة، مما يؤدي إلى منتجات تحدد بشكل مباشر أداء وإنتاجية أجهزة أشباه الموصلات النهائية.

تمثل عملية إنتاج رقائق السيليكون لأشباه الموصلات واحدة من أدق عمليات التصنيع في الصناعة الحديثة. تبدأ بتنقية السيليكون الخام إلى سيليكون متعدد البلورات من الدرجة الإلكترونية، مما يتطلب مستويات نقاء استثنائية تصل إلى 99.999999999% (11N) للتطبيقات المتقدمة.

تشمل خطوات التصنيع الهامة ما يلي:

• نمو البلورات: استخدام طرق مثل عملية تشوكرالسكي لإنتاج سبائك السيليكون أحادية البلورة ذات اتجاهات بلورية محددة

• تقطيع الرقائق: التقطيع الدقيق للسبائك إلى رقائق رقيقة باستخدام معدات متخصصة مثل مناشير الأسلاك الماسية

• معالجة السطح: الطحن والتلميع والحفر الكيميائي لتحقيق تسطح سطحي على المستوى الذري

• التنظيف والفحص: مراقبة الجودة الصارمة للقضاء على الملوثات والعيوب

تركز المنافسة التقنية في تصنيع الرقائق المتقدمة في المقام الأول على النقاء والتوحيد. حقق القادة الدوليون اتساقًا ملحوظًا في معايير مثل تقلبات محتوى الأكسجين (التي يتم الحفاظ عليها أقل من <5ppma)، بينما لا يزال المصنعون المحليون يواجهون تحديات في تحقيق توحيد مماثل في المعايير الهامة مثل سمك الطبقة الظهارية لرقائق 12 بوصة، حيث يجب الحفاظ على الانحرافات أقل من 1% للتطبيقات المتطورة.

يتم تصنيف رقائق السيليكون بشكل أساسي حسب القطر، حيث يخدم كل حجم قطاعات سوقية وتطبيقات تكنولوجية متميزة:

• التطبيقات الأساسية: أشباه الموصلات للطاقة (الثنائيات، الثايرستورات)، والإلكترونيات الاستهلاكية ذات متطلبات العملية الأقل صرامة، ودوائر التحكم الأساسية للتطبيقات الصناعية

• الوضع في السوق: يتم التخلص منها تدريجيًا للتطبيقات السائدة ولكنها تحتفظ باستخدامات متخصصة في أجهزة منفصلة معينة

• التطبيقات الأساسية:

  • إلكترونيات السيارات (أنظمة توليد القوة، والتحكم في الهيكل، ومكونات ADAS)

  • الأتمتة الصناعية (أجهزة الاستشعار، وأجهزة التحكم)

  • أجهزة الطاقة (MOSFETs، وIGBTs)

  • برامج تشغيل الشاشات، ومستشعرات بصمات الأصابع، والدوائر التناظرية

• اتجاهات السوق: استمرار الطلب من قطاعات السيارات والصناعة، مع ظهور مرافق إنتاج جديدة لتلبية احتياجات السوق المحددة

• التطبيقات الأساسية:

  • رقائق المنطق المتقدمة (وحدات المعالجة المركزية، ووحدات معالجة الرسومات، ومعالجات الهواتف الذكية)

  • رقائق الذاكرة (DRAM، وNAND Flash)

  • الذكاء الاصطناعي، والحوسبة عالية الأداء، والبنية التحتية السحابية

  • مستشعرات الصور المتقدمة والمعالجات المتخصصة

• اتجاهات السوق: شريحة النمو الأعلى مدفوعة بالطلب على القدرة الحاسوبية، مع قيام الشركات المصنعة الكبرى بتوسيع القدرة الإنتاجية على مستوى العالم

يشهد سوق رقائق السيليكون لأشباه الموصلات تباينًا هيكليًا عبر القطاعات المختلفة. في حين أن سوق الرقائق مقاس 12 بوصة لا يزال يشهد نموًا قويًا مدفوعًا بتطبيقات المنطق والذاكرة المتقدمة، فإن قطاعات الرقائق مقاس 6 بوصات والأصغر حجمًا تواجه ضغوط التكيف بسبب تراجع الطلب على الإلكترونيات الاستهلاكية.

تشمل التطورات الرئيسية في السوق ما يلي:

• توسيع القدرات: تستثمر الشركات المصنعة العالمية الرائدة بشكل كبير في مرافق إنتاج الرقائق مقاس 12 بوصة، ومن المتوقع أن تبدأ المصانع الجديدة في العمل بحلول عام 2025

• العوامل الجيوسياسية: تؤثر اعتبارات سلسلة التوريد على قرارات موقع التصنيع، مع زيادة تنويع الاستثمار عبر المناطق

• خرائط طريق التكنولوجيا: التقدم المستمر نحو أقطار أكبر ورقائق ظهارية أكثر تطوراً لتلبية متطلبات عقدة أشباه الموصلات المتطورة

من المتوقع أن يصل سوق رقائق السيليكون الظهارية العالمية إلى $10.9 مليار دولار بحلول عام 2025، مما يعكس الأهمية الحاسمة لهذه الركائز المتقدمة لأجهزة أشباه الموصلات من الجيل التالي.

أحرزت صناعة رقائق السيليكون لأشباه الموصلات في الصين تقدمًا ملحوظًا، لا سيما في تكنولوجيا الرقائق مقاس 8 بوصات حيث تقترب القدرات المحلية بشكل متزايد من المعايير الدولية. أظهرت البلاد القدرة على إنشاء مرافق تصنيع متقدمة بسرعة، حيث حققت بعض المشاريع جاهزية الإنتاج في غضون 16 شهرًا من التدشين.

ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات تكنولوجية في قطاع الرقائق الأكثر تقدمًا مقاس 12 بوصة، حيث تمثل المعايير بما في ذلك النقاء والمواصفات الهندسية (السماكة، والتسطح، والانحناء، والالتواء)، وعدد الجسيمات السطحية، وبقايا المعادن، وتوحيد المنشطات تحديات كبيرة.

تستمر مسار التطور المستقبلي لرقائق السيليكون لأشباه الموصلات في التأكيد على أقطار أكبر، ونقاء أعلى، ومواصفات متخصصة بشكل متزايد لدعم التقنيات الناشئة بما في ذلك الذكاء الاصطناعي، والمركبات الكهربائية، والبنية التحتية للاتصالات من الجيل التالي. يضمن هذا التقدم أن تحافظ رقائق السيليكون على دورها الأساسي في النظام البيئي للإلكترونيات العالمي في المستقبل المنظور.

الجدول: تطبيقات رقائق السيليكون لأشباه الموصلات حسب الحجم