يؤدي الهيدروجين دورًا حيويًا في انتعاش صناعة الرقائق الإلكترونية لدى الولايات المتحدة، ويمكنه تعزيز سلاسل التوريد وحماية الأمن القومي.

وتقدّر وزارة الطاقة الأميركية أن الولايات المتحدة تنتج ما يقرب من 10 ملايين طن متري من الهيدروجين سنويًا، حسب تقرير طالعته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وأوضحت الوزارة أنه يمكن استغلال الهيدروجين في قطاعات متعددة للحد من الانبعاثات وتحقيق الحياد الكربوني في العمليات الكيميائية والصناعية الأخرى، وأنظمة الطاقة النظيفة المتكاملة، والنقل.

وتشمل أسواق الهيدروجين الناشئة داخل هذه القطاعات مراكز البيانات والمواني وتصنيع الصلب والشاحنات المتوسطة والثقيلة.

علاقة الهيدروجين بصناعة الرقائق الإلكترونية

على الرغم من أن علاقة الهيدروجين بصناعة الرقائق الإلكترونية قد لا تبدو وثيقة، فإن أهميتها تزداد وسط استمرار ظهور تقنيات إنتاج متقدمة.

ويؤدي الهيدروجين دورًا مهمًا في تصنيع الرقائق، خصوصًا في أثناء العمليات مثل التلدين والنقش والترسيب. وتتطلّب هذه الخطوات بيئة فائقة التطور، وغالبًا ما يجري تحقيقها باستعمال غازات متخصصة مثل الهيدروجين.

وتُظهر البيانات الأخيرة أن قطاع الرقائق الإلكترونية سيُسهم بصفة كبيرة في زيادة الطلب على الغازات الصناعية، بما في ذلك الهيدروجين.

وفقًا لتقرير السوق، فإن الطلب على الغازات المرتبطة بالرقائق الإلكترونية قد يتضاعف تقريبًا بحلول عام 2032، بما يتماشى مع التوسع السريع للصناعة.

ولا يقتصر هذا الاتجاه على الولايات المتحدة؛ لأنه يمثّل تحولًا عالميًا نحو التكنولوجيا المتقدمة والمتوافقة مع الطاقة النظيفة.

وتعمل شركات مثل "كورنينغ" Corning و"غلوبال فاوندريز" GlobalFoundries على توسيع منشآتها، ودمج التصنيع المعتمد على الهيدروجين لتلبية الطلب.

وتُسهم هذه التطورات في تسريع الجداول الزمنية، إذ من المتوقع أن تكون بعض المنشآت جاهزة للعمل في غضون بضع سنوات.

الاستفادة من وفرة الهيدروجين

يشكّل الهيدروجين نحو 75% من كتلة المادة الطبيعية في الكون، ويوجد على شكل غاز في ظل الظروف القياسية.

وتخلق هذه الوفرة من العرض فرصًا في العديد من التطبيقات، بما في ذلك تصنيع الرقائق الإلكترونية، حيث يتوفر الهيدروجين بكميات كبيرة في العديد من أجزاء النظام البيئي.

وتتضمّن خطوات الرقائق الإلكترونية الرئيسة في المصنع الذي يستهلك الهيدروجين عادةً ما يلي:

أولًا، النمو الدقيق لطبقات السيليكون، إذ يعمل الهيدروجين بوصفه عامل اختزال كيميائيًا في نمو الطبقة.

ثانيًا، التلدين (إصلاح السيليكون من زراعة المنشطات عبر الحرارة العالية)، لأن الهيدروجين ينقل الحرارة ويزيل طبقات الأكسيد غير المرغوب فيها.

ثالثًا، الترسيب (وضع أغشية رقيقة على سطح الرقاقة)، إذ يُدمج الهيدروجين في الأغشية الرقيقة لزيادة المقاومة.

رابعًا، زرع الأيونات (تطعيم طبقات الرقائق الإلكترونية لتمكين وظائف الجهاز)، لأن الهيدروجين يمنع نقل التنغستن في مصدر الأيونات، ما يزيد من استقرار الأداة وعمرها الافتراضي.

خامسًا، الطباعة بالأشعة فوق البنفسجية (طباعة أنماط الأجهزة الدقيقة على رقاقة)، حيث ينظّف الهيدروجين القصدير المتبقي، الذي يُستعمل لتوليد إشعاع الأشعة فوق البنفسجية وقد يترسب داخل النظام.

احتمالية التلوث

تصاحب هذه العمليات احتمالية التلوث؛ حيث يُعد ضمان نقاء غاز الهيدروجين أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج العملية، ويؤدي علم الأسطح دورًا رئيسًا في تنقية الهيدروجين، وفق معلومات اطلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وتشمل التقنيات القائمة على الأسطح المستهلكة لتنقية الهيدروجين لاستعماله في تصنيع الرقائق الإلكترونية: الامتصاص والتبريد العميق والتصفية.

في المقابل، تستعمل تقنية مهمة أخرى عنصر البلاديوم (Pd)، ونظرًا إلى أن هذا المعدن نافذ للهيدروجين، ولكن ليس للذرات أو الجزيئات الأخرى، فإن أغشية البلاديوم هي تقنية التنقية الانتقائية الوحيدة القابلة للتطبيق بنسبة 100% للهيدروجين.

استعمالات الرقائق الإلكترونية

تدخل الرقائق الإلكترونية المنتجة في تصنيع السيارات والهواتف الجوالة والأجهزة المنزلية.

ويمكن للتقنيات المتقدمة القادمة من مرافق التصنيع المحلية في الولايات المتحدة أن تنتج رقائق أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، ما يقلل من التأثير البيئي للإلكترونيات على مدار دورة حياتها.

ويسلّط ربط الهيدروجين بصناعة الرقائق الإلكترونية الضوء على دعم عمليات تصنيع أنظف وأذكى.

ويهدف التقدم في تصنيع الرقائق الإلكترونية إلى تعزيز القدرات التقنية، ومعالجة المخاوف الإستراتيجية مثل تقليل الاعتماد على سلاسل التوريد الأجنبية.

ومن خلال تعزيز شبكات الإنتاج المحلية، تسعى المبادرة إلى تعزيز الأمن الوطني وتعزيز مرونة سلسلة التوريد.

ويؤكد هذا التحول الإستراتيجي نحو الاستفادة من الهيدروجين في تصنيع الرقائق الإلكترونية الديناميكيات المتطورة لتطبيقات الطاقة في القطاعات عالية التقنية، ما يبرز المزايا التكنولوجية الفورية والرؤية الإستراتيجية المطلوبة للتطورات المستقبلية.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر: