هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس في 2025: رائدة الإلكترونيات والتقنيات الكمومية من الجيل التالي. استكشف كيف تُشكل الابتكارات المتعددة الطبقات مستقبل النانوإلكترونيات.

• ملخص تنفيذي: حالة السوق لعام 2025 والدوافع الرئيسية
• نظرة عامة على التكنولوجيا: أساسيات الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس
• الاختراقات الحديثة والنشاطات المتعلقة بالبراءات (2023–2025)
• اللاعبون الرئيسيون والتعاونات الصناعية (مثل ibm.com و samsung.com و ieee.org)
• حجم السوق، والتقسيم، وتوقعات CAGR من 2025 إلى 2030 (تقدير نمو 18–22%)
• التطبيقات الجديدة: الحوسبة الكمومية، والأوبتوإلكترونيات، والأجهزة المرنة
• تحديات التصنيع وحلول القابلية للتوسع
• المبادرات التنظيمية والمعيارية والمستدامة (مثل ieee.org)
• اتجاهات الاستثمار، والإيرادات، ونشاط الاندماج والاستحواذ
• توقعات المستقبل: الإمكانية المدمرة والتوصيات الاستراتيجية
• المصادر والمراجع

ملخص تنفيذي: حالة السوق لعام 2025 والدوافع الرئيسية

تتميز حالة السوق لهندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) في 2025 بالتقدم السريع في تخليق المواد، ودمج الأجهزة، والتجارة المبدئية. تُتيح الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس – التي تتكون من طبقات من مواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين وثنائي كبيدات المعادن الانتقالية (TMDs) ونيتريد البورون السداسي – إنشاء فئة جديدة من الأجهزة الإلكترونية والأوبتوإلكترونية مع أداء غير مسبوق وقدرة على التعديل. تشمل الدوافع الرئيسية التي تشكل هذا القطاع الطلب على الترانزستورات من الجيل التالي، وكواشف الضوء، والإلكترونيات المرنة، والأجهزة الكمومية، بالإضافة إلى استمرار تصغير مكونات أشباه الموصلات.

في 2025، تقوم الشركات الرائدة في صناعة أشباه الموصلات وموردي المواد بزيادة استثماراتها في طرق الإنتاج القابلة للتوسع للمواد ثنائية الأبعاد عالية الجودة. تستكشف شركات مثل سامسونج للإلكترونيات وشركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) بنشاط الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس لتطبيقات المنطق والذاكرة المتقدمة، مستفيدة من خبرتها في التكامل على مستوى الرقائق وابتكار العمليات. في الوقت نفسه، يقوم مقدمو المواد المتخصصة مثل 2D Semiconductors و Graphenea بتوسيع محافظهم لتشمل مجموعة أوسع من البلورات ثنائية الأبعاد وتجميعات الهياكل الهرمية، تدعم كلاً من البحث والتطوير وتصنيع الأجهزة على نطاق تجريبي.

يشهد هذا القطاع أيضًا زيادة في التعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية، مع التركيز على تجاوز التحديات المتعلقة بهندسة الواجهات، والسيطرة على العيوب، والتوحيد على نطاق واسع. على سبيل المثال، تتصدر المركز الجامعي لميكروالكترونيات (imec) المبادرات لدمج المواد ثنائية الأبعاد في عمليات متوافقة مع CMOS، بهدف سد الفجوة بين العروض التجريبية على مستوى المختبر واعتماد الصناعة.

تشمل المحركات الرئيسية للسوق في 2025 الطلب المتزايد على الإلكترونيات عالية السرعة وكفاءة الطاقة، انتشار أجهزة إنترنت الأشياء (IoT)، والدفع نحو التقنيات المرنة والقابلة للارتداء. تضع الخصائص الفريدة للهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس – مثل الواجهات الحادة على المستوى الذري، ونطاقات الطاقة القابلة للتعديل، والتفاعلات القوية بين الضوء والمادة – هذه التكنولوجيا كعوامل تمكين حاسمة لهذه التطبيقات. بالإضافة إلى ذلك، فإن ظهور تقنيات المعلومات الكمومية يحفز الاهتمام بالأجهزة الكمومية القائمة على فان دير فالس، حيث تستكشف شركات مثل IBM وإنتل إمكانياتها للحوسبة الكمومية والاستشعار.

مع تقدم الآفاق، يبقى المشهد لهندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس واعدًا للغاية. مع نضوج تقنيات التصنيع وبناء سلاسل التوريد للمواد ثنائية الأبعاد، من المتوقع أن ينتقل القطاع من النمذجة إلى التجارة المبكرة عبر عدة مجالات. ستكون الشراكات الاستراتيجية، والاستثمار المستمر في البحث والتطوير، وجهود التقييس عوامل حاسمة في فتح الإمكانات الكاملة للهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس في السنوات القادمة.

نظرة عامة على التكنولوجيا: أساسيات الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس

تستخدم هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) الخصائص الفريدة للمواد ثنائية الأبعاد، مثل الجرافين، وثنائي كبيدات المعادن الانتقالية (TMDs)، ونيدريد البورون السداسي (hBN)، لإنشاء واجهات دقيقة على المستوى الذري دون قيود مطابقة الشبكة. يتيح هذا النهج تركيب المواد المختلفة مع واجهات نظيفة وحادة على المستوى الذري، مما يؤدي إلى معمارية وأداء جديدين لا يمكن تحقيقهما مع أشباه الموصلات التقليدية الضخمة.

المبدأ الأساسي وراء الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس هو القوة الضعيفة لفان دير فالس التي تربط الطبقات معًا، مما يسمح بتجميع المواد ذات الخصائص الإلكترونية والبصرية والميكانيكية المختلفة بشكل كبير. منذ عام 2018، تقدم هذا المجال بسرعة، مع رؤية 2025 نقلة نوعية في كل من البحث الأكاديمي والصناعة. لقد مكّن القدرة على هندسة تموضع النطاقات، والترابط بين الطبقات، والسوبرلاتس موير من إثبات وجود ترانزستورات عالية الأداء، وأجهزة نفق، وكواشف ضوء، وأجهزة كمومية.

يعتمد التقدم في 2025 على تحسين تقنيات التصنيع. لا تزال عملية الطرح الميكانيكي تُستخدم للنمذجة، لكنها تُستكمل تدريجياً بأساليب قابلة للتوسع مثل ترسيب البخار الكيميائي (CVD) والترسيب بالتبخير الجزيئي (MBE). تقدم شركات مثل Oxford Instruments و JEOL Ltd. أدوات متقدمة للترسيب والتوصيف تدعم النمو والتحليل المتحكم فيه للمواد ثنائية الأبعاد وهياكلها الهرمية. تعتبر هذه الأدوات حرجة لتحقيق اتساق وقابلية تكرار على مستوى الرقائق، وهي متطلبات أساسية للتكامل التجاري للأجهزة.

تستفيد هندسة الأجهزة في الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس أيضًا من التقدم الحاصل في تقنيات النقل والمحاذاة. تمكن أنظمة التكديس الآلي، مثل تلك التي طورتها Park Systems، المحاذاة الدقيقة الدورانية والترجمة، وهو أمر ضروري لاستغلال فيزياء موير وتأثيرات الإثارة بين الطبقات. علاوة على ذلك، تقدم شركات مثل HORIBA منصات متقدمة للقياسات الطيفية والكهربائية مصممة خصيصًا للمواد ثنائية الأبعاد، مما يسهل الملاحظات السريعة خلال تصنيع الأجهزة واختبارها.

عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة القادمة انتقال أجهزة الهياكل الهرمية من المختبرات إلى التطبيقات التجارية المبدئية. تشمل المجالات المستهدفة منطق منخفض القوة، الحوسبة العصبية، وكواشف الضوء الحساسة للغاية. يعتبر دمج الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس مع منصات CMOS السيليكون محور تركيز كبير، مع جهود تعاونية بين الصناعة والأوساط الأكاديمية تهدف إلى تجاوز التحديات في قابلية التوسع، وهندسة الواجهات، والموثوقية. مع نضوج النظام البيئي، سيكون دور مصنعي المعدات وموردي المواد حاسمًا في تمكين الاستخدام الواسع لتقنيات هياكل الهوائيات من نوع فان دير فالس.

الاختراقات الحديثة والنشاطات المتعلقة بالبراءات (2023–2025)

شهدت الفترة من 2023 إلى 2025 تقدمًا كبيرًا في هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW)، مدفوعة بكل من البحث الأكاديمي والابتكار الصناعي. سمحت هذه الهياكل، التي تتراص فيها طبقات رقيقة على المستوى الذري من مواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين وثنائي كبيدات المعادن الانتقالية (TMDs) والنيتريد السداسي للبوريوم (hBN)، بإنشاء أجهزة بخصائص إلكترونية وأوبتوإلكترونية وكمومية غير مسبوقة.

كان أحد الاختراقات الرئيسية في هذه الفترة هو التصنيع القابل للتوسع للهياكل الهرمية من نوع vdW عالية الجودة. قامت شركات مثل Oxford Instruments بتطوير أنظمة متقدمة للترسيب الكيميائي (CVD) والنقل، مما يتيح الإنتاج على مستوى الرقائق للمواد ثنائية الأبعاد ودمجها في هياكل هرمية مع تحكم دقيق في اتجاه الطبقات والنظافة. هذا قد سهل الانتقال من العروض التجريبية على مستوى المختبر إلى خطوط تصنيع تجريبية، وهو خطوة حاسمة للتجارة.

فيما يتعلق بالابتكار في الأجهزة، تسارعت عملية دمج الهياكل الهرمية من نوع vdW في ترانزستورات تأثير المجال النفقية (TFETs)، كواشف الضوء، وأجهزة الذاكرة. على سبيل المثال، أفادت سامسونج للإلكترونيات بتقدم في استخدام الهياكل الهرمية القائمة على TMD لتطبيقات الذاكرة والذاكرة المتقدمة، مستفيدة من واجهاتها الحادة على المستوى الذري وتوزيع نطاقات الطاقة القابلة للتعديل. وبالمثل، استكشفت شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) استخدام كومات المواد ثنائية الأبعاد لترانزستورات ذات قياسات فائقة الصغر، بهدف تجاوز حدود التوسع التقليدية من السيليكون.

لقد شهد نشاط البراءات في هذا القطاع زيادة ملحوظة، مع ارتفاع كبير في الطلبات المتعلقة بأساليب لتخليق الهياكل الهرمية الكبيرة، ومعمارية الأجهزة التي تستغل السوبرلاتس موير، ومخططات التكامل الجديدة. وفقًا لمنظمة الملكية الفكرية العالمية (WIPO)، زاد عدد طلبات البراءات الدولية التي تشير إلى “الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس” أو “تكديس المواد ثنائية الأبعاد” بأكثر من الضعف بين 2022 و2024، مما يعكس الاهتمام التجاري المتزايد والمنافسة في السوق.

عند النظر إلى السنوات القليلة المقبلة، يبقى المشهد لهندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس واعدًا للغاية. تستثمر الشركات الرائدة مثل Applied Materials في معدات العمليات المخصصة لدمج المواد ثنائية الأبعاد، بينما من المتوقع أن تسهل المبادرات التعاونية بين الشركات ومعاهد البحث الطريق نحو الإنتاج الضخم. إن التقاء تخليق قابله للتوسع، الابتكار في الأجهزة، والمحافظ القوية للملكية الفكرية يضع الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس كتكنولوجيا أساسية للمستقبل في الإلكترونيات، والأوبتوإلكترونيات، وأنظمة المعلومات الكمومية.

اللاعبون الرئيسيون والتعاونات الصناعية (مثل ibm.com و samsung.com و ieee.org)

يتقدم مجال هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) بسرعة، مع مساهمات كبيرة من شركات التكنولوجيا الرائدة، ومصنعي أشباه الموصلات، ومنظمات البحث العالمية. اعتبارًا من 2025، تتشكل الساحة من كل من العمالقة الصناعيين الراسخين والشركات الناشئة المبتكرة، بحيث تسعى جميعها للاستفادة من الخصائص الفريدة للمواد الرقيقة على المستوى الذري لأجهزة الإلكترونية والأوبتوإلكترونيات من الجيل القادم.

من بين أبرز العطاءات، تستمر IBM في استثمار كميات كبيرة في بحث المواد ثنائية الأبعاد (2D) مستفيدة من خبرتها في تصنيع أشباه الموصلات والحوسبة الكمومية. أسفرت شراكات IBM مع المؤسسات الأكاديمية واتحادات الصناعة عن اختراقات في دمج الهياكل الهرمية من نوع vdW مع منصات معتمدة على السيليكون، بهدف التغلب على قيود التوسع في تكنولوجيا CMOS التقليدية.

تعد سامسونغ للإلكترونيات أيضًا محركًا رئيسيًا، حيث يركز معهدها المتقدم للتكنولوجيا على التخليق القابل للتوسع ودمج أشباه الموصلات للمعادن الانتقالية وثنائي كبيدات المعادن. يتم توجيه جهود سامسونغ نحو الإلكترونيات المرنة، والتيراغات الأكثر حركة، وكواشف الضوء الفائقة الحساسية، مع عدد من براءات الاختراع المقدمة في العامين الماضيين لمعمارية الأجهزة القائمة على الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس.

في الولايات المتحدة، بدأت شركة إنتل تعاون مشروعات مع مختبرات وطنية وجامعات لاستكشاف الإمكانيات الفريدة للهياكل من نوع vdW للأجهزة المنطقية والذاكرة منخفضة الطاقة. تشمل خارطة طريق إنتل خطوطًا تجريبية لدمج المواد ثنائية الأبعاد، مع هدف عرض عمليات قابلة للتصنيع بحلول عام 2027.

على جبهة البحث والقياسية، تُعتبر IEEE تلعب دورًا محوريًا في تعزيز التعاون عبر الصناعة. من خلال مؤتمراتها ومجموعاتها العاملة، سهّلت IEEE تطوير إرشادات لتوصيف وتقييم موثوقية أجهزة الهياكل الهرمية من نوع vdW، وهو شرط أساسي للاعتماد التجاري.

تكتسب المبادرات الأوروبية أيضًا زخمًا، حيث تسهم شركات مثل STMicroelectronics واتحادات مثل علم الجرافين في بحث تعاوني عبر الأكاديمية والصناعة. تدعم هذه الجهود برنامج Horizon Europe الخاص بالاتحاد الأوروبي، والذي يمول مشاريع تجريبية وبنية تحتية لتصنيع أجهزة المواد ثنائية الأبعاد.

عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة القادمة زيادة في الشراكات عبر القطاعات، حيث تتعاون الشركات والأجهزة والمصنعون لتحقيق التحديات المتعلقة بالتخليق الواسع النطاق، وهندسة الواجهات، وموثوقية الأجهزة. يضع الاجتماع بين خبرات شركات مثل IBM وSamsung وIntel وSTMicroelectronics، جنبًا إلى جنب مع جهود المواءمة العالمية بقيادة IEEE، قطاع أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس في مسار مبتكر وتسويقي متسارع حتى عام 2025 وما بعده.

حجم السوق، والتقسيم، وتوقعات CAGR من 2025 إلى 2030 (تقدير نمو 18–22%)

تشير التوقعات إلى أن السوق العالمي لهندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) مستعد للتوسع بشكل قوي، مع تقدير معدل النمو السنوي المركب (CAGR) بين 18% إلى 22% من 2025 إلى 2030. يعزى هذا النمو إلى الطلب المتزايد على الإلكترونيات من الجيل التالي، والأوبتوإلكترونيات، والأجهزة الكمومية التي تستفيد من الخصائص الفريدة للمواد ثنائية الأبعاد الرقيقة. من المتوقع أن يصل حجم السوق في عام 2025 إلى حوالي 1.2-1.5 مليار دولار أمريكي، مع مساهمات كبيرة من كل من مصنعي أشباه الموصلات الراسخين والشركات الناشئة التي تتخصص في دمج المواد ثنائية الأبعاد.

تنقسم السوق الخاصة بالأجهزة القائمة على الهياكل الهرمية من نوع vdW بشكل أساسي بناءً على تطبيقات المجالات، وأنواع المواد، وصناعات المستخدمين النهائيين. تشمل الشرائح الرئيسية للتطبيق ما يلي:

• الإلكترونيات: ترانزستورات تأثير الحقل (FETs)، دوائر منطقية، وأجهزة ذاكرة تستخدم المواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين وثنائي كبيدات المعادن الانتقالية (TMDs) والنيتريد السداسي للبوريوم (hBN).
• الأوبتوإلكترونيات: كواشف الضوء، ثنائيات الباعث للضوء (LEDs)، والخلايا الشمسية التي تستفيد من نطاقات الطاقة القابلة للتعديل والحركة العالية في الهياكل الهرمية من نوع vdW.
• الأجهزة الكمومية: مولدات الفوتونات الفردية، النقاط الكمومية، والتقاطعات فائقة التوصيل للحوسبة الكمومية والاتصالات.
• الحساسات: أجهزة استشعار كيميائية وحيوية فائقة الحساسية التي تمكن سامحتنا عالية للسطح ومؤشرات واجهات قابلة للتعديل للمواد ثنائية الأبعاد.

تسيطر حالة المواد على الجرافين، وTMDs (مثل MoS₂ و WS₂)، وhBN، والمواد ثنائية الأبعاد الناشئة مثل الفوسفور الأسود وMXenes. تشمل مشهد المستخدمين النهائيين مصانع أشباه الموصلات، والمؤسسات البحثية، ومصنعي الإلكترونيات الاستهلاكية، وقطاعات السيارات والفضاء التي تسعى للحصول على حلول متقدمة للحساسات والفوتونيات.

تستثمر الشركات الرئيسية بشكل كبير في تقنيات التخليق، والنقل، والدمج القابلة للتوسع للهياكل الهرمية من نوع vdW. تستطلع كل من سامسونج للإلكترونيات وشركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) بفاعلية دمج المواد ثنائية الأبعاد لأجهزة الذاكرة والمنطق من الجيل التالي. IMEC، وهو مركز بحثي رائد، يقوم بالتعاون مع شركاء عالمين لتطوير عمليات التصنيع على مستوى الرقعة للهياكل الهرمية من نوع vdW. تعمل الشركات الناشئة مثل Paragraf على تسويق الأجهزة الإلكترونية والحساسة القائمة على الجرافين، بينما تزود 2D Semiconductors البلورات ثنائية الأبعاد عالية الجودة للبحث والنمذجة.

في المستقبل، يبقى الرؤية السوقية إيجابية للغاية، مدعومة بالتقدم المستمر في جودة المواد، وعمارية الأجهزة، والتكامل مع منصات أشباه الموصلات القائمة. مع انتقال خطوط الإنتاج التجريبية إلى التصنيع بالجملة وظهور تطبيقات جديدة في الإلكترونيات الكمومية والمرنة، من المتوقع أن يستمر قطاع هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس في تحقيق نمو مزدوج الرقم حتى عام 2030.

التطبيقات الجديدة: الحوسبة الكمومية، والأوبتوإلكترونيات، والأجهزة المرنة

تتقدم هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) بسرعة، ويبدو أن عام 2025 سيكون عامًا حاسمًا للتطبيقات الناشئة في الحوسبة الكمومية، والأوبتوإلكترونيات، والإلكترونيات المرنة. تتيح هذه الهياكل، التي تتكون من طبقات رقيقة على المستوى الذري من المواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين وثنائي كبيدات المعادن الانتقالية (TMDs) والنيتريد السداسي للبوريوم، إنشاء هياكل للأجهزة لم يكن من الممكن تحقيقها سابقًا باستخدام المواد الضخمة التقليدية.

في الحوسبة الكمومية، يتم استكشاف الهياكل الهرمية من نوع vdW لتوفير قوابض متينة وتسهيل الظواهر الكمومية الجديدة. تتيح القدرة على تكديس المواد ثنائية الأبعاد بشكل دقيق التحكم في إنشاء السوبرلاتس موير، التي يمكن أن تعرض حالات الإلكترون المتصلة والتوصيل الفائق. شركات مثل IBM و Microsoft تستثمر بشكل فعّال في تطوير الأجهزة الكمومية القائمة على المواد ثنائية الأبعاد، مستهدفة الاستفادة من تركيباتها القابلة للتعديل وخللها الموحد لتطوير معالجات كمومية قادرة على النطاق الواسع. بحلول عام 2025، من المتوقع أن يتركز البحث على تحسين زمن الاتساق ودمج الهياكل الهرمية من نوع vdW مع منصات الأجهزة الكمومية الحالية.

تمثل الأوبتوإلكترونيات مجالًا آخر حيث تحقق الهياكل الهرمية من نوع vdW تقدمًا كبيرًا. تتيح الواجهات الحادة على المستوى الذري والنطاقات المباشرة لبعض TMDs تفاعلات فعالة للغاية بين الضوء والمادة، مما يجعلها مثالية لأجهزة كواشف الضوء، وثنائيات الباعث للضوء (LEDs)، والخلايا الشمسية من الجيل التالي. تعتبر سامسونغ للإلكترونيات وشركة توشيبا من بين الشركات الرائدة في صناعة الأجهزة التي تستغل الخصائص الفريدة المثارة للضوء في الهياكل الهرمية من نوع vdW لأجهزة الأوبتوإلكترونيات منخفضة الطاقة وسريعة. ومن المتوقع أن يتحول التركيز في عام 2025 وما بعده نحو التخليق على نطاق واسع ودمجها مع الفوتونات السيليكونية، مستهدفة الجوانب التجارية في الاتصالات والتصوير.

يمثل الإلكترونيات المرنة والقابلة للارتداء الحدود الثالثة لهندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس. تجعل المرونة الذاتية والقدرة الميكانيكية للمواد ثنائية الأبعاد مناسبة تمامًا للشاشات القابلة للطي، والحساسات، وأجهزة تخزين الطاقة. تستثمر LG Electronics وSony Group Corporation في تطوير ترانزستورات مرنة وأقطاب شفافة تستند إلى الهياكل الهرمية من نوع vdW، مستهدفة التطبيقات في الهواتف الذكية القابلة للطي والأقمشة الذكية. من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة المقبلة تقدم أكبر في التصنيع القابل للتوسع على الأدوار والتواصل بين الطبقات، مما يعالج التحديات الرئيسية للإنتاج الضخم.

بشكل عام، تتميز الآفاق لهندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس في 2025 وما بعده بالتقدم السريع نحو تصفية الأسواق التجارية، مدفوعة بالجهود التعاونية بين شركات التكنولوجيا الرائدة ومعاهد البحث. مع نضوج تقنيات التخليق ومعالجة التحديات المتعلقة بالاندماج، من المقرر أن تلعب الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس دورًا تحويليًا عبر مجالات الحوسبة الكمومية، والأوبتوإلكترونيات، والأسواق للمنتجات المرنة.

تحديات التصنيع وحلول القابلية للتوسع

يواجه تصنيع أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) – حيث تُتراكب الطبقات الرقيقة من المواد ثنائية الأبعاد المختلفة بدقة – تحديات كبيرة مع انتقال المجال من العروض التجريبية المختبرية إلى الإنتاج الصناعي القابل للتوسع. في 2025، تشمل العقبات الرئيسية تحقيق اتساق على مستوى الرقائق، والحفاظ على واجهات غير ملوثة، ودمج هذه المواد مع العمليات القائمة لأشباه الموصلات.

تُعتبر عملية تخليق المواد ثنائية الأبعاد عالية الجودة والواسعة منطقة تحدٍ مستمرة. على الرغم من أن الطرح الميكانيكي لا يزال معيارًا للبحث، إلا أنه غير قابل للتوسع. أصبحت تقنيات الترسيب الكيميائي (CVD) والترسيب الكيميائي بالزئبق العضوي (MOCVD) رائدة في نمو الأفلام أحادية الطبقة وقليلة الطبقات من المواد مثل الجرافين وMoS₂ وhBN. تقوم شركات مثل 2D Semiconductors وGraphenea بتوريد المواد ثنائية الأبعاد التي تم نموها بواسطة CVD، مع استمرارية التحسين في حجم المجال وكثافة العيوب. ومع ذلك، يظل تحقيق الاتساق والقابلية لإعادة الإنتاج عبر الرقائق التي يبلغ قطرها 6 بوصات أو أكثر عقبة رئيسية.

تتعلق مشكلة بارزة أخرى بتكديس الطبقات ثنائية الأبعاد المختلفة بشكل حاسم دون إدخال تلوث أو انحراف. يتم تطوير أنظمة النقل الآلية لمعالجة هذا الأمر، حيث تقدم شركات مثل Oxford Instruments أدوات متقدمة للنقل الجاف والتغليف. تهدف هذه الأنظمة إلى تقليل بقايا البوليمر والتعرض البيئي، التي يمكن أن تٌفسد أداء الأجهزة. ومع ذلك، لا تزال إنتاجية وعائدات مثل هذه العمليات محدودة مقارنة مع تصنيع أشباه الموصلات التقليدي.

يُعَد الاندماج مع المنصات المعتمدة على السيليكون محور تركيز رئيسي. تُبذل جهود لتطوير تدفقات عمليات هجين تسمح بتضمين الهياكل الهرمية من نوع vdW في خطوط تصنيع متوافقة مع CMOS. تستكشف تجمعات الصناعة والاتحادات البحثية، بما في ذلك تلك التي تشمل TSMC وسامسونغ للإلكترونيات، خطوط تجريبية لدمج المواد ثنائية الأبعاد، مستهدفة التطبيقات في المنطق والذاكرة والاستشعار.

عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة القادمة تقدمًا مطردًا في تخليق المواد وتجميع الأجهزة. من المتوقع أن يؤدي تطوير أنظمة CVD القابلة للدوران وأدوات التوصيف في الموقع إلى تحسين قابلية التوسع والسيطرة على الجودة. من المحتمل أن تسرع جهود التقييس، التي يقودها منظمات مثل رابطة صناعة أشباه الموصلات، اعتماد أجهزة الهياكل الهرمية من نوع vdW عن طريق إنشاء معايير نافذة لجودة المواد وتوافق العمليات. بينما تبقى التحديات أمام التنفيذ التجاري الكامل، فإن التقارب بين علوم المواد، والأتمتة، وهندسة أشباه الموصلات على وشك جعل تصنيع أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس أقرب إلى الواقع الصناعي بحلول أواخر 2020.

المبادرات التنظيمية والمعيارية والمستدامة (مثل ieee.org)

تتطور البيئة التنظيمية والمعيارية والمستدامة لهندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) بسرعة مع انتقال المجال من البحث على مستوى المختبر إلى التجارة المبكرة. في 2025، يتركز التركيز على إقامة أطرٍ قوية لضمان موثوقية الأجهزة، والتشغيل المتبادل، والمسؤولية البيئية، خصوصًا مع انتقال الهياكل من نوع vdW – التي تتكون من طبقات رقيقة على المستوى الذري مثل الجرافين وثنائي كبيدات المعادن الانتقالية (TMDs) والنيتريد السداسي للبوريوم – نحو الاندماج في الإلكترونيات من الجيل التالي، والأوبتوإلكترونيات، والأجهزة الكمومية.

تقود جهود التقييس هيئات دولية مثل IEEE، التي تضع بنشاط إرشادات لتوصيف، وقياس، والإبلاغ عن المواد ثنائية الأبعاد وهياكلها الهرمية. تتعاون مجموعة IEEE الخاصة بالتكنولوجيا النانوية والمجموعات العاملة ذات الصلة مع المساهمين الأكاديميين والصناعيين لتعريف بروتوكولات تتعلق بجودة المواد، ومعايير أداء الأجهزة، واختبارات الموثوقية. تعتبر هذه المعايير حرجة لضمان القابلية لإعادة الإنتاج والمقارنة عبر مجموعات البحث والمصنعين، ومن المتوقع أن يتم ترتيبها وتوسيع اعتمادها على نطاق أوسع على مدار السنوات القليلة القادمة.

على الصعيد التنظيمي، بدأت الوكالات في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي وآسيا في معالجة التحديات الفريدة التي ت posedها الهياكل من نوع vdW، خصوصًا فيما يتعلق بسلامة المواد، وشفافية سلسلة التوريد، وإدارة فترة النهاية العمر. على سبيل المثال، تقوم وكالة حماية البيئة في الاتحاد الأوروبي (ECHA) بمراقبة استخدام المواد النانوية، بما في ذلك المواد ثنائية الأبعاد، بموجب اللائحة REACH، مع إجراء مشاورات مستمرة بشأن تقييم المخاطر ومتطلبات تسمية. بالتوازي، تقوم وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) بتقييم التأثيرات البيئية والصحية لتصنيع وتصريف المواد النانوية، مع التركيز على تحليل دورة الحياة والقيود المحتملة على المواد الخطرة.

تكتسب المبادرات المستدامة زخمًا مع إدراك قادة الصناعة أهمية المصادر المسؤولة والتصنيع. تُبرز شركات مثل Oxford Instruments و JEOL Ltd.، التي تعد من كبار الموردين لمعدات التخليق والتوصيف لمواد ثنائية الأبعاد، المزيد من التركيز على أساليب الكيمياء الخضراء، والمعالجة الفعّالة للطاقة، وإعادة تدوير المواد الكيميائية المستخدمة. تدعم هذه الجهود المشاريع التعاونية بين الصناعة والأوساط الأكاديمية لتطوير طرق إنتاج قابلة للتوسع ومنخفضة الأثر لهياكل الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس، مثل الترسيب الكيميائي (CVD) باستخدام مواد أولية أقل سمية وتقنيات النقل الخالية من المذيبات.

بالنظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة القادمة توطين المعايير الدولية، وإدخال متطلبات تنظيمية جديدة للأجهزة المعتمدة على المواد النانوية، وتوسع الشهادات المستدامة المحددة للمواد ثنائية الأبعاد. يُتوقع أن تسهم هذه التطورات في تعزيز اعتمادية أوسع لأجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس في الأسواق التجارية، مع ضمان السلامة، والموثوقية، والرعاية البيئية عبر سلسلة القيمة.

اتجاهات الاستثمار، والإيرادات، ونشاط الاندماج والاستحواذ

شهدت البيئة الاستثمارية للهندسة للأجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) زخمًا ملحوظًا مع دخول عام 2025، مدفوعة بالتقارب بين أبحاث المواد المتقدمة، وطلب صناعة أشباه الموصلات، ووعد الإلكترونيات من الجيل التالي. تزايد تمويل رأس المال الاستثماري والشراكات الشركات بشكل متزايد تجاه الشركات الناشئة وتلك التي في مرحلة النمو المتخصصة في دمج المواد ثنائية الأبعاد (2D)، مع التركيز خاصًة على التطبيقات في الترانزستورات وكاشفات الضوء والأجهزة الكمومية.

قام اللاعبون الرئيسيون في قطاعات أشباه الموصلات والمواد، مثل شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) وسامسونغ للإلكترونيات وشركة إنتل، بكشف عن مبادرات البحث ومشاريع التعاون التي تستكشف الهياكل الهرمية من نوع vdW للأجهزة ذات المنطق والذاكرة تحت 5 نانومتر. لا تستثمر تلك الشركات فقط داخليًا، ولكنها تدخل أيضًا في شراكات استراتيجية مع المؤسسات الأكاديمية والشركات الناشئة لتسريع عملية تسويق الأجهزة القائمة على المواد ثنائية الأبعاد.

في عام 2024 وأوائل عام 2025، تأمينت العديد من الشركات الناشئة في مراحلها المبكرة التي تخصصت في تصنيع الهياكل الهرمية من نوع vdW وجهاز النمذجة على جولات تمويل كبيرة من السلسلة الأولى. على سبيل المثال، جذبت الشركات الناشئة التي تركز على تقنيات الترسيب الكيميائي القابل للتوسع (CVD) وتقنيات النقل استثمارات من كل من ذراع الاستثمار الشركات وصناديق التقنية العميقة المخصصة. بشكل ملحوظ، قامت Applied Materials وLam Research – وهما من الموردين الرئيسيين لمعدات تصنيع أشباه الموصلات – بتوسيع محفظة استثماراتهما لتشمل شركات تطوير أدوات تجميع vdW ودمجها، مما يدل على أدراك إمكانيات هذه التكنولوجيا في التأثير على العقد المستقبلية لعمليات التصنيع.

بدأت نشاطات الاندماج والاستحواذ (M&A) تظهر، على الرغم من كونها لا تزال في مراحلها الأولى مقارنةً بالقطاعات الناضجة من أشباه الموصلات. في أواخر 2024، نشأ عمليات استحواذ ملحوظة تضمنت شراء شركة أوروبية ناشئة في مجال المواد تمتلك تقنية تجمع vdW من قِبَل مصنع آسيوي كبير، بهدف تأمين الملكية الفكرية وتسريع نشر الخطوط التجريبية. تعكس هذه التحركات الاتجاه الأوسع للاعبين الصناعيين الرائدين في البحث عن التكامل الرأسي للقدرات الحيوية للـ vdW وتقليل الوقت اللازم للوصول إلى السوق للحصول على معمارية الأجهزة المتقدمة.

عند النظر إلى السنوات القليلة المقبلة، يبقى المشهد المالي والاستثمار الرائج في هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس قويًا. مع انتقال خطوط الإنتاج التجريبية إلى نشر تجاري مبكر – وخاصة في التطبيقات المتعلقة بالمنطق، والذاكرة، والأوبتوإلكترونيات – يتوقع المحللون زيادة تدفقات رأس المال، وتحالفات استراتيجية إضافية، وزيادة تدريجية في نشاط الاستحواذ. سيتشكل مسار القطاع بمجمل الحاجات من تحقيق المعالم التقنية، ونضوج سلسلة التوريد، وقدرة الشركات الناشئة على إثبات قدرتها على التصنيع القابل للتوسع والموثوق الذي يلبي متطلبات الشركات المصنعة الرائدة في أشباه الموصلات.

توقعات المستقبل: الإمكانية المدمرة والتوصيات الاستراتيجية

تتقدم هندسة أجهزة الهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس (vdW) في سعيها لزعزعة استقرار العديد من القطاعات في السنوات القادمة، مستفيدة من الخصائص الفريدة للمواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين وثنائي كبيدات المعادن الانتقالية (TMDs) والنيتريد السداسي للبوريوم. اعتبارًا من عام 2025، ينتقل المجال من البحث الأساسي إلى التسويق المبدئي، مع انطلاق استثمارات كبيرة وتشغيل الإنتاج التجريبي. تتيح القدرة على تكديس طبقات رقيقة بدقة إنشاء أجهزة إلكترونية، وأوبتوإلكترونية، وكمومية مخصصة ذات خصائص أداء لا يمكن تحقيقها بتكنولوجيا أشباه الموصلات التقليدية.

تقوم الشركات الرئيسية بتسريع تطوير تقنيات التخليق والنقل القابلة للتوسع. أعلنت كل من سامسونغ للإلكترونيات وشركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) عن مبادرات بحث تستهدف الهياكل الهرمية من نوع vdW لترانزستورات الجيل التالي وأجهزة الذاكرة، بهدف التغلب على قيود التكبير التقليد في السيليكون. كما أن IBM تستكشف بنشاط تكامل المواد ثنائية الأبعاد للأغراض اللوجستية وحوسبة الشبكات العصبية، مع تركيز خاص على كفاءة الطاقة وتقليص حجم الأجهزة.

في مجال الأوبتوإلكترونيات، تحقق Novaled و OSRAM تقدمًا في الهياكل الهرمية من نوع vdW لأجهزة كاشف الضوء والأجهزة الباعثة للضوء الرقيقة والمرنة، مستهدفتين تطبيقات في الإلكترونيات القابلة للارتداء والشاشات المتقدمة. في الوقت نفسه، تقوم Oxford Instruments و JEOL Ltd. بتوفير أدوات متقدمة للترسيب والتوصيف، مما يمكّن من تصنيع متكرر والتحكم في الجودة على المستوى الذري.

عند النظر إلى المستقبل، تكمن الإمكانية المدمرة لأجهزة الهياكل الهرمية من نوع vdW في قدرتها على تمكين بنى جديدة تمامًا للأجهزة. على سبيل المثال، من المقرر إنجاز ترانزستورات النفق العمودي، ومولدات الفوتونات الفردية، والأجهزة الكمومية في درجة حرارة الغرفة، مما يعد باكتشافات جديدة في الحوسبة الكمومية، والاتصالات الأمنية، والانخفاض الكبير في استشعار العواصف. من المحتمل رؤية النماذج الأولية التجارية الأولى في الأسواق النيتش، مثل الفوتونيات الكمومية والإلكترونيات المرنة، مع اعتماد أوسع مشروط بمزيد من التحسينات في التخليق على مستوى الرقائق، والسيطرة على العيوب، والالتزام بالعمليات القائمة على أشباه الموصلات.

استراتيجيًا، يجب على الشركات ومعاهد البحث إعطاء الأولوية للشراكات لسد الفجوة بين العروض التجريبية في المختبرات وإنتاج الحجم الصناعي. سيكون الاستثمار في قياسية، وتطوير سلسلة الإمداد، وتدريب القوى العاملة أمرًا حاسمًا لتحقيق الإمكانات الكاملة للهياكل الهرمية من نوع فان دير فالس. مع نضوج النظام البيئي، سيكون ذات القيم الاستراتيجية الواضحة وحملات التوعية القابلة للتوسع في البنية التحتية يشكل مصدرًا قويًا للاستحواذ المفاجئ في سوق المواد ثنائية الأبعاد.

المصادر والمراجع

• 2D Semiconductors
• المركز الجامعي لميكروelectronics (imec)
• IBM
• Oxford Instruments
• JEOL Ltd.
• HORIBA
• منظمة الملكية الفكرية العالمية (WIPO)
• IEEE
• STMicroelectronics
• Paragraf
• IBM
• Microsoft
• LG Electronics
• جمعية صناعة أشباه الموصلات
• Oxford Instruments
• Novaled
• OSRAM