توجد دائماً أكثر من طريقة لحل المشكلة البصرية في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، والخيارات ليست متساوية الجودة في كل شيء. تقارن هذه المقالة مرشحات الأشعة تحت الحمراء بالمواد والعمليات ومناهج التصميم التي تنافسها، وفق المعايير المهمة تجارياً: الأداء، والمتانة، وتكلفة الوحدة، ووقت التسليم.
مرشحات الأشعة تحت الحمراء في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية
في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، يُترجم ذلك إلى مجموعة محددة من المتطلبات لا إلى تفضيل عام للجودة. داخل مصنع الرقائق، يكون المكوّن البصري خطر تلوث بقدر ما هو قطعة بصرية. فيجب أن تُصنع نوافذ الكوارتز والرقائق وبصريات الفحص من مادة مؤهَّلة بمحتوى معدني مضبوط، وأن تُنظَّف وفق مواصفات الجزيئات، وأن تُوثَّق بما يكفي لاجتياز تدقيق. والنفاذية في فوق البنفسجية العميقة والتجانس هما ما يحدد الأداء البصري.
اختيار الركيزة والمادة
الركيزة تحدد النفاذية والسماكة والمتانة. فـ B270 وبوروسيليكات D263T هما الحاملان القياسيان لنوافذ الكاميرات والمستشعرات: صافيان ومستقران أبعادياً ورقيقان بما يكفي للتلصيق أو للتركيب خلف عدسة. ويُستخدم الزجاج الأزرق الماصّ حيث يجب إزالة القريبة من تحت الحمراء دون طلاء يعتمد على الزاوية، ويمكن أيضاً دمجه بطبقة ثنائية اللون لزيادة حدّة الحافة. ويدخل الياقوت عندما يجب أن تقاوم النافذة التآكل - كالأجهزة المحمولة باليد والأدوات الخارجية - كما تجلب صلابته نطاق نفاذية أوسع يصل إلى نحو 4.5 ميكرومتر. وفي أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، تُحدَّد الركيزة عادةً مع الطول الموجي لبداية القطع، لأن الاثنين يتفاعلان: فحافة ثنائية اللون مرسَّبة على ركيزة لها امتصاص ذاتي في القريبة من تحت الحمراء ستقرأ أزرق أكثر من المكدس نفسه على زجاج صافٍ.
ما الذي يحدد التكلفة ووقت التسليم
عدد الطبقات هو رافعة التكلفة الأساسية. فمكدس قطع بسيط للأشعة تحت الحمراء دورة حجرة معتادة؛ أما إضافة طبقة مضادة للانعكاس عريضة النطاق على السطح الثاني، أو طبقة خارجية كارهة للماء، أو تضييق الانتقال من 30 nm إلى 10 nm، فيضيف كل منها زمن حجرة ويزيد الحساسية لخطأ سماكة الطبقة ويخفض نسبة الإنتاجية، لذا ترتفع الأسعار أسرع مما يوحي عدد الطبقات. وصنف الركيزة وسماكتها أقل أهمية من المتوقع، باستثناء الياقوت الذي يكون أغلى مادياً في كل النواحي. والحجم هو الرافعة الثانية: فالقطع التي تتسع بارتياح داخل المنطقة المنتظمة في الحجرة تكلف للوحدة أقل بكثير من القطع التي يجب وضعها عند الحافة حيث تتدهور انتظامية السماكة. وفي أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، يأتي التوفير الحقيقي الأرخص عادةً من تخفيف مواصفة الزاوية لا من تغيير المادة.
التفاوتات التي تهم فعلاً
يُحدَّد مرشح الأشعة تحت الحمراء بمنحناه، لذا فالتفاوتات المهمة طيفية. فالقطعة التجارية المعتادة تضبط الطول الموجي لبداية القطع عند زائد أو ناقص خمسة نانومترات والنفاذية في المرئي في حدود بضعة بالمئة من القيمة الاسمية؛ أما قطع التصوير الدقيقة فتضيّق الطول الموجي إلى نانومترين وتقيّد أيضاً ميل الانتقال. وكل هذه الأرقام لا معنى لها إلا عند زاوية سقوط معلنة، وزاوية القبول تنتمي إلى الرسم بجوار التفاوت الطيفي. وتتبع التفاوتات الميكانيكية طريقة التثبيت: السماكة عند زائد أو ناقص 0.02 mm لنافذة تُركَّب بالضغط، والمحيط عند زائد أو ناقص 0.05 mm، وشطف على كل حافة. وفي أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، أكثر ما يُنسى في المواصفات هو التغير المسموح به في اللون عبر الفتحة، وهو ما يلاحظه المستخدم فعلاً عندما تنتج عدسة واسعة إطاراً أخضر.
كيف يقارن بالبدائل المتاحة
البدائل المباشرة للمرشح المطلي للأشعة تحت الحمراء هي الزجاج الأزرق الماصّ، وصبغة ماصّة على فيلم بوليمري، وإزالة النطاق برمجياً. فميزة الزجاج الماصّ أنه مستقل عن الزاوية ومتين لكنه يضيف سماكة ووزناً وانحرافاً لونياً. والأفلام رخيصة ورقيقة، وتناسب الوحدات الاستهلاكية، لكنها تتدهور تحت الأشعة فوق البنفسجية والحرارة ولا يمكن استخدامها عند تدفق مرتفع. أما التصحيح البرمجي فيقلل تسرب القريبة من تحت الحمراء دون أي مكوّن على الإطلاق، لكنه لا يستعيد معلومات لم يفصلها المستشعر أصلاً، ويفشل تماماً في الأنظمة أحادية القناة أو أحادية اللون. وبالنسبة إلى الأدوات والرؤية الآلية والتصوير الخارجي في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، يبقى المرشح ثنائي اللون على ركيزة زجاجية رقيقة أفضل توليفة من حدّة الحافة والنفاذية وعمر الخدمة.
المتطلبات الخاصة بـ أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية
في أشباه الموصلات والليثوغرافيا الضوئية، يُترجم ذلك إلى مجموعة محددة من المتطلبات لا إلى تفضيل عام للجودة. داخل مصنع الرقائق، يكون المكوّن البصري خطر تلوث بقدر ما هو قطعة بصرية. فيجب أن تُصنع نوافذ الكوارتز والرقائق وبصريات الفحص من مادة مؤهَّلة بمحتوى معدني مضبوط، وأن تُنظَّف وفق مواصفات الجزيئات، وأن تُوثَّق بما يكفي لاجتياز تدقيق. والنفاذية في فوق البنفسجية العميقة والتجانس هما ما يحدد الأداء البصري.
- نفاذية في فوق البنفسجية العميقة مع محتوى OH مضبوط
- نظافة جزيئية مقيسة لكل وحدة مساحة
- تجانس وانكسار مزدوج منخفض
- تتبع كامل للمواد بما في ذلك المحتوى المعدني
معايير SEMI لمناولة الرقائق والنظافة، وISO 10110 للرسومات البصرية، ومواصفات مواد خاصة بكل مصنع رقائق.
بيانات الاختيار في لمحة
| المعامل | القيمة المعتادة | ملاحظات |
|---|---|---|
| بداية القطع للأشعة تحت الحمراء | 630 - 700 nm | مضبوط على استجابة المستشعر |
| النفاذية في المرئي | T ≥ 90 %، R ≤ 1 % | متوسط 420 - 620 nm |
| حجب القريبة من تحت الحمراء | OD2 - OD4 (1 % - 0.01 %) | 700 - 1100 nm |
| حدّة الحافة | انتقال 10 - 30 nm | تصاميم ثنائية اللون |
| زاوية السقوط | 0 - 30 deg محددة | النطاق المار ينزاح نحو الأزرق مع الزاوية |
| تفاوت الطول الموجي | ± 5 nm قياسي، ± 2 nm دقة عالية | يُقاس عند زاوية السقوط المعلنة |
| الركيزة | B270، D263T، زجاج أزرق، ياقوت | الخيار الماصّ يزيل القريبة من تحت الحمراء دون انزياح زاويّ |
| السماكة | 0.3 - 3 mm | 0.55 - 1.1 mm معتاد لنوافذ الكاميرات |
| الظروف البيئية | اختبارات الرطوبة ورذاذ الملح والتآكل | MIL-C-48497 / MIL-PRF-13830B |
الأسئلة الشائعة
إلى أي حد يمكن تضييق تفاوت الطول الموجي؟
زائد أو ناقص خمسة نانومترات أمر روتيني، وزائد أو ناقص نانومترين ممكن التحقيق في قطع التصوير الدقيقة. وأضيق من ذلك يتطلب عادةً فرز القطع بالقياس، وهو ما يرفع التكلفة بشدة.
أي طول موجي لبداية القطع أختار؟
تحتاج معظم مستشعرات السيليكون بداية قطع بين 650 و680 nm، قبل أن ترتفع استجابتها للقريبة من تحت الحمراء. وإذا كان في التطبيق أيضاً مصدر إضاءة عند 850 nm قريب، فضيّق الحجب إلى OD3 وتأكد من موضع الحافة مقابل طول موجة المصدر.
لماذا تظهر صورتي خضراء عند الأركان؟
هذا هو الانزياح الزاويّ. فالحافة ثنائية اللون تتحرك نحو أطوال موجية أقصر مع زيادة زاوية السقوط، فتفقد الأشعة خارج المحور الضوء الأزرق وتتغير ألوان أطراف الإطار. والحلول هي انتقال أوسع، أو عنصر ماصّ، أو تقريب المرشح من حاجب الفتحة.
هل تحتاج عرض سعر لـ مرشحات الأشعة تحت الحمراء؟
أرسل رسمك أو مواصفاتك المستهدفة أو متطلبات الطلاء، وسيرد عليك مهندس بصريات خلال 24 ساعة بالسعر ووقت التسليم.
اطلب عرض سعر راسل مهندساً بالبريد