في الآونة الأخيرة، ومع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا، اتسع نطاق تطبيق تقنية قاد في مجال الإضاءة والعرض. وباعتبارها المكون الأساسي لتقنية قاد، حظيت عملية تصنيع رقائق قاد وخصائص أدائها باهتمام كبير.
الهدف الرئيسي من تصنيع رقائق قاد هو إنشاء قطب تلامس منخفض الأومية فعال وموثوق، وضمان انخفاض فرق الجهد بين المواد القابلة للتلامس، وتوفير وسادة ربط سلكية مناسبة، مع تعظيم كفاءة إخراج الضوء. تعتمد عملية الطلاء في الغالب على التبخير الفراغي. في بيئة عالية الفراغ (4 باسكال)، تُصهر المادة بالتسخين بالمقاومة أو التسخين بقصف شعاع الإلكترونات. ثم، تحت ضغط منخفض، تتحول المادة إلى بخار معدني وترسب على سطح المادة شبه الموصلة. عادةً، تُستخدم سبائك أوبي وAuZn وسبائك أخرى لمعادن التلامس من النوع P، بينما تُستخدم سبائك أوجيني غالبًا لمعادن التلامس من الجانب N. يجب إخضاع طبقة السبائك المتكونة من الطلاء لعملية الطباعة الضوئية للكشف عن أكبر قدر ممكن من منطقة انبعاث الضوء، بحيث تلبي طبقة السبائك المتبقية متطلبات أقطاب التلامس منخفضة الأومية ووسادات ربط الأسلاك. بعد اكتمال عملية الطباعة الضوئية، تبدأ عملية السبائك، والتي تُجرى عادةً تحت حماية الهيدروجين أو النيتروجين. يُحدد وقت ودرجة حرارة السبائك بناءً على عوامل مثل خصائص مادة أشباه الموصلات وشكل فرن السبائك. في حال استخدام عملية أقطاب الرقاقة، مثل عملية التزجيج الأزرق والأخضر، يلزم إضافة عمليات أكثر تعقيدًا مثل نمو غشاء التخميل وحفر البلازما.
في عملية تصنيع رقائق قاد، تؤثر الروابط المتعددة بشكل كبير على أدائها الكهروضوئي. عمومًا، بعد اكتمال إنتاج طبقة قاد، تكتمل الخصائص الكهربائية الرئيسية. على الرغم من أن تصنيع الرقاقة لن يغير من جوهرها، إلا أن الظروف غير المناسبة أثناء عمليتي الطلاء والسبائك ستؤدي إلى بعض العيوب الكهربائية. على سبيل المثال، إذا كانت درجة حرارة السبائك مرتفعة أو منخفضة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى ضعف التلامس الأومي، وهو السبب الرئيسي لانخفاض الجهد الأمامي العالي (في اف) في تصنيع الرقاقة. بعد القطع، تتآكل حافة الرقاقة للمساعدة في تحسين التسرب العكسي للرقاقة. ويرجع ذلك إلى أنه بعد قطع شفرة عجلة الطحن الماسية، ستبقى كمية كبيرة من مسحوق الشوائب على حافة الرقاقة. إذا التصقت هذه الشوائب بوصلة رقم PN لرقاقة قاد، فمن السهل أن تسبب تسربًا أو حتى تلفًا. بالإضافة إلى ذلك، إذا لم يتم تجريد المقاوم الضوئي من سطح الرقاقة بشكل صحيح، فسيؤدي ذلك إلى مشاكل مثل صعوبة لحام الأسلاك على الجانب الأمامي واللحام البارد، وسيؤدي إلى انخفاض الجهد العالي على الجانب الخلفي. في عملية إنتاج الرقائق، يمكن تحسين شدة الضوء بشكل فعال عن طريق تقشير السطح وتقسيمه إلى هيكل شبه منحرف مقلوب.
تُقسّم رقائق قاد إلى رقائق منخفضة الطاقة، ومتوسطة الطاقة، وعالية الطاقة حسب الطاقة، ويمكن تقسيمها إلى فئات إضاءة أحادية الأنبوب، ورقمية، ونقطية، وزخرفية حسب احتياجات العملاء. يعتمد الحجم المحدد للرقاقة على مستوى الإنتاج الفعلي لمختلف مصنعي الرقائق، ولا يوجد معيار موحد. طالما أن العملية تلبي المعيار، يمكن للرقائق الأصغر زيادة إنتاج الوحدة وخفض التكاليف، ولن يتغير الأداء الكهروضوئي بشكل أساسي. يرتبط تيار تشغيل الشريحة بكثافة التيار المتدفق عبر الشريحة. كلما صغر حجم الشريحة، قلّ تيار التشغيل، وكلما كبرت الشريحة، زاد تيار التشغيل، وتكون كثافة تيار الوحدة متشابهة بشكل أساسي. بالنظر إلى أن تبديد الحرارة يمثل مشكلة رئيسية في التيار العالي، فإن الكفاءة الضوئية للرقائق عالية الطاقة أقل من كفاءة التيار المنخفض. من ناحية أخرى، بسبب زيادة مساحة الشريحة وانخفاض مقاومة الجسم، سينخفض جهد التوصيل الأمامي.
تبلغ مساحة رقائق قاد عالية الطاقة الشائعة الاستخدام لإنتاج الضوء الأبيض في السوق حوالي 40 مليون. وتُسمى هذه الرقاقة عادةً برقاقة ذات طاقة كهربائية تزيد عن 1 واط. وبما أن كفاءة الكم عادةً ما تكون أقل من 20%، فإن معظم الطاقة الكهربائية تُحوّل إلى طاقة حرارية، لذا فإن تبديد الحرارة في هذه الرقاقات أمر بالغ الأهمية، مما يتطلب مساحة أكبر.
تختلف عملية الرقاقة ومعدات المعالجة المستخدمة في تصنيع مواد نيتريد الغاليوم ذات الطبقات الفوقية اختلافًا كبيرًا عن تلك المستخدمة في فجوة وGaAs وInGaAlP. تستخدم ركائز رقاقات قاد العادية الحمراء والصفراء، والرقاقات الحمراء والصفراء عالية السطوع رباعية العناصر، مواد شبه موصلة مركبة مثل فجوة وGaAs. يمكن عادةً تحويلها إلى ركائز من النوع N، والتي تُعالج ضوئيًا باستخدام العمليات الرطبة، ثم تُقطع إلى شرائح باستخدام شفرات عجلة ماسية. تستخدم رقاقة نيتريد الغاليوم ذات اللون الأزرق المخضر ركيزة من الياقوت. نظرًا لعزلها، لا يمكن استخدامها كقطب واحد من قاد. من الضروري صنع قطبين P/N على السطح الفوقي في نفس الوقت من خلال عملية حفر جاف، كما تتطلب بعض عمليات التخميل. نظرًا لصلابته، يصعب تقطيع الياقوت إلى شرائح باستخدام شفرات عجلة ماسية، وتكون عملية تقطيعه أكثر تعقيدًا من عملية تقطيع مصابيح قاد المصنوعة من مواد فجوة وGaAs.
تتميز رقائق الأقطاب الشفافة بتركيبات وخصائص فريدة. يجب أن يتمتع ما يسمى بالقطب الشفاف بخاصيتين: التوصيل ونقل الضوء. يُستخدم أكسيد قصدير الإنديوم (منظمة التجارة الدولية) حاليًا على نطاق واسع في عملية إنتاج البلورات السائلة، ولكن لا يمكن استخدامه كوسادة لحام. عند تصنيعه، يجب أولًا وضع قطب أومي على سطح الشريحة، ثم تغطيته بطبقة من أكسيد قصدير الإنديوم، ثم وضع وسادة لحام على سطح أكسيد قصدير الإنديوم. بهذه الطريقة، يمكن توزيع التيار الهابط من السلك بالتساوي على كل قطب تلامس أومي عبر طبقة أكسيد قصدير الإنديوم. في الوقت نفسه، يكون معامل انكسار أكسيد قصدير الإنديوم بين معامل انكسار الهواء والمادة الفوقية، مما يزيد من زاوية خرج الضوء ويزيد من التدفق الضوئي.
مع تطور تقنية قاد شبه الموصلة، أصبح استخدام الإضاءة، وخاصةً قاد للضوء الأبيض، مجالًا رائجًا، إلا أن تقنية الرقاقة والتغليف الرئيسية لا تزال بحاجة إلى تحسين. يتجه مستقبل الرقاقات نحو طاقة عالية وكفاءة إضاءة عالية ومقاومة حرارية أقل. وتعني زيادة الطاقة زيادة التيار المستخدم في الرقاقة. والطريقة الأكثر فعالية هي زيادة حجم الرقاقة. يبلغ حجم الرقاقة عالية الطاقة الشائعة حاليًا حوالي 1 مم × 1 مم، ويبلغ التيار المستخدم حوالي 350 مللي أمبير. ونتيجةً لزيادة التيار المستخدم، ازدادت مشكلة تبديد الحرارة. وقد حلّ قلب الرقاقة هذه المشكلة بشكل أساسي.
غالبًا ما تستخدم مصابيح قاد الزرقاء ركائز Al2O3، ذات الصلابة العالية والموصلية الحرارية والكهربائية المنخفضة. عند استخدام هيكل موجب، لن تقتصر المشاكل على مقاومة الكهرباء الساكنة فحسب، بل سيُصبح تبديد الحرارة أيضًا مشكلة كبيرة في ظل ظروف التيار العالي. في الوقت نفسه، نظرًا لأن القطب الأمامي متجه لأعلى، فإنه سيحجب جزءًا من الضوء ويقلل من كفاءة الإضاءة. يمكن لمصابيح قاد الزرقاء عالية الطاقة الحصول على خرج ضوء أكثر كفاءة من خلال تقنية انعكاس الشريحة مقارنةً بتقنية التغليف التقليدية. تتمثل عملية تصنيع هيكل انعكاس الشريحة الشائعة في: أولاً، تحضير شريحة قاد زرقاء كبيرة الحجم بأقطاب كهربائية مناسبة للحام الأيوتكتيكي، وفي الوقت نفسه، تحضير ركيزة سيليكون أكبر قليلاً من شريحة قاد الزرقاء، وصنع طبقة موصلة ذهبية وطبقة من سلك الرصاص (وصلة لحام كروية سلكية ذهبية بالموجات فوق الصوتية) للحام الأيوتكتيكي عليها. بعد ذلك، تُستخدم معدات اللحام الأيوتكتيكي للحام شريحة قاد الزرقاء عالية الطاقة بركيزة السيليكون. في هذا الهيكل، تكون الطبقة الطلائية على تماس مباشر مع ركيزة السيليكون، وتكون مقاومتها الحرارية أقل بكثير من مقاومة ركيزة الياقوت، مما يُحل مشكلة تبديد الحرارة بفعالية. بعد قلب الركيزة، تتجه ركيزة الياقوت لأعلى لتصبح سطحًا باعثًا للضوء. وبفضل شفافيتها، تُحل أيضًا مشكلة انبعاث الضوء.
قال خبراء الصناعة إنه مع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، ستستمر تقنية شريحة قاد في الابتكار، ومن المتوقع أن تحقق مصابيح قاد المستقبلية اختراقات أكبر في الكفاءة العالية والعمر الطويل، مما يجلب المزيد من الراحة لحياة الناس.