সিলিকন কার্বাইডের প্রযুক্তিগত বাধা কি?Ⅱ

স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা সহ উচ্চ-মানের সিলিকন কার্বাইড ওয়েফার স্থিরভাবে ভর-উৎপাদনের প্রযুক্তিগত অসুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে:
1) যেহেতু 2000 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে একটি উচ্চ-তাপমাত্রা সিল করা পরিবেশে স্ফটিক বৃদ্ধি করা প্রয়োজন, তাই তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনীয়তা অত্যন্ত বেশি;
2) যেহেতু সিলিকন কার্বাইডের 200 টিরও বেশি স্ফটিক কাঠামো রয়েছে, তবে একক-ক্রিস্টাল সিলিকন কার্বাইডের মাত্র কয়েকটি কাঠামো প্রয়োজনীয় সেমিকন্ডাক্টর উপাদান, তাই সিলিকন-থেকে-কার্বন অনুপাত, বৃদ্ধির তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট, এবং স্ফটিক বৃদ্ধির সময় সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন। স্ফটিক বৃদ্ধির প্রক্রিয়া। যেমন গতি এবং বায়ু প্রবাহ চাপ হিসাবে পরামিতি;
3) বাষ্প ফেজ সংক্রমণ পদ্ধতির অধীনে, সিলিকন কার্বাইড স্ফটিক বৃদ্ধির ব্যাস সম্প্রসারণ প্রযুক্তি অত্যন্ত কঠিন;
4) সিলিকন কার্বাইডের কঠোরতা হীরার কাছাকাছি, এবং কাটা, গ্রাইন্ডিং এবং পলিশিং কৌশলগুলি কঠিন।

SiC epitaxial wafers: সাধারণত রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) পদ্ধতি দ্বারা নির্মিত। বিভিন্ন ডোপিং প্রকার অনুসারে, এগুলি এন-টাইপ এবং পি-টাইপ এপিটাক্সিয়াল ওয়েফারগুলিতে বিভক্ত। গার্হস্থ্য হান্টিয়ান তিয়ানচেং এবং ডংগুয়ান তিয়ানইউ ইতিমধ্যেই 4-ইঞ্চি/6-ইঞ্চি SiC এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার সরবরাহ করতে পারে। SiC epitaxy-এর জন্য, উচ্চ-ভোল্টেজ ক্ষেত্রে নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, এবং SiC epitaxy-এর গুণমান SiC ডিভাইসগুলিতে বেশি প্রভাব ফেলে। অধিকন্তু, এপিটাক্সিয়াল সরঞ্জামগুলি শিল্পের চারটি শীর্ষস্থানীয় কোম্পানি দ্বারা একচেটিয়াভাবে পরিচালিত হয়: অ্যাক্সিট্রন, এলপিই, টেল এবং নুফ্লেয়ার।

সিলিকন কার্বাইড এপিটাক্সিয়ালওয়েফার বলতে একটি সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারকে বোঝায় যেখানে নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা সহ একটি একক ক্রিস্টাল ফিল্ম (এপিটাক্সিয়াল স্তর) এবং মূল সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটে সাবস্ট্রেট ক্রিস্টালের মতোই জন্মায়। এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রধানত CVD (রাসায়নিক বাষ্প জমা, ) সরঞ্জাম বা MBE (মলিকুলার বিম এপিটাক্সি) সরঞ্জাম ব্যবহার করে। যেহেতু সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলি সরাসরি এপিটাক্সিয়াল স্তরে তৈরি করা হয়, তাই এপিটাক্সিয়াল স্তরের গুণমান সরাসরি ডিভাইসের কার্যকারিতা এবং ফলনকে প্রভাবিত করে। ডিভাইসের ভোল্টেজ সহ্য করার কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি অব্যাহত থাকায়, সংশ্লিষ্ট এপিটাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব আরও ঘন হয়ে ওঠে এবং নিয়ন্ত্রণ আরও কঠিন হয়ে পড়ে। সাধারণত, যখন ভোল্টেজ প্রায় 600V হয়, প্রয়োজনীয় এপিটাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব প্রায় 6 মাইক্রন হয়; যখন ভোল্টেজ 1200-1700V এর মধ্যে হয়, প্রয়োজনীয় এপিটাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব 10-15 মাইক্রনে পৌঁছায়। যদি ভোল্টেজ 10,000 ভোল্টের বেশি পৌঁছায়, 100 মাইক্রনের বেশি একটি এপিটাক্সিয়াল স্তর পুরুত্বের প্রয়োজন হতে পারে। এপিটাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব ক্রমাগত বাড়তে থাকায়, পুরুত্ব এবং প্রতিরোধক অভিন্নতা এবং ত্রুটির ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণ করা ক্রমশ কঠিন হয়ে পড়ে।

SiC ডিভাইস: আন্তর্জাতিকভাবে, 600~1700V SiC SBD এবং MOSFET শিল্পায়ন করা হয়েছে। মূলধারার পণ্যগুলি 1200V এর নীচে ভোল্টেজ স্তরে কাজ করে এবং প্রাথমিকভাবে TO প্যাকেজিং গ্রহণ করে। মূল্যের পরিপ্রেক্ষিতে, আন্তর্জাতিক বাজারে SiC পণ্যগুলির দাম তাদের Si প্রতিপক্ষের তুলনায় প্রায় 5-6 গুণ বেশি। যাইহোক, দাম বার্ষিক 10% হারে কমছে। পরবর্তী 2-3 বছরে আপস্ট্রিম উপকরণ এবং ডিভাইস উত্পাদন সম্প্রসারণের সাথে, বাজারে সরবরাহ বৃদ্ধি পাবে, যা আরও মূল্য হ্রাসের দিকে পরিচালিত করবে। এটা প্রত্যাশিত যে যখন দাম Si পণ্যের তুলনায় 2-3 গুণে পৌঁছাবে, সিস্টেমের খরচ হ্রাস এবং উন্নত কর্মক্ষমতা দ্বারা আনা সুবিধাগুলি SiC-কে ধীরে ধীরে Si ডিভাইসগুলির বাজার স্থান দখল করতে চালিত করবে।
ঐতিহ্যগত প্যাকেজিং সিলিকন-ভিত্তিক সাবস্ট্রেটের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়, যখন তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলির জন্য সম্পূর্ণ নতুন ডিজাইনের প্রয়োজন হয়। প্রশস্ত-ব্যান্ডগ্যাপ পাওয়ার ডিভাইসগুলির জন্য ঐতিহ্যগত সিলিকন-ভিত্তিক প্যাকেজিং কাঠামো ব্যবহার করে ফ্রিকোয়েন্সি, তাপ ব্যবস্থাপনা এবং নির্ভরযোগ্যতা সম্পর্কিত নতুন সমস্যা এবং চ্যালেঞ্জগুলি প্রবর্তন করতে পারে। SiC পাওয়ার ডিভাইসগুলি পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স এবং ইন্ডাকট্যান্সের জন্য আরও সংবেদনশীল। Si ডিভাইসের তুলনায়, SiC পাওয়ার চিপগুলির দ্রুত স্যুইচিং গতি রয়েছে, যা ওভারশুট, দোলন, বর্ধিত সুইচিং ক্ষতি এবং এমনকি ডিভাইসের ত্রুটির কারণ হতে পারে। অতিরিক্তভাবে, SiC পাওয়ার ডিভাইসগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করে, আরও উন্নত তাপ ব্যবস্থাপনা কৌশল প্রয়োজন।

ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর পাওয়ার প্যাকেজিংয়ের ক্ষেত্রে বিভিন্ন ধরণের বিভিন্ন কাঠামো তৈরি করা হয়েছে। ঐতিহ্যগত Si-ভিত্তিক পাওয়ার মডিউল প্যাকেজিং আর উপযুক্ত নয়। উচ্চ পরজীবী পরামিতি এবং ঐতিহ্যগত Si-ভিত্তিক পাওয়ার মডিউল প্যাকেজিংয়ের দুর্বল তাপ অপচয় দক্ষতার সমস্যা সমাধানের জন্য, SiC পাওয়ার মডিউল প্যাকেজিং তার কাঠামোতে তারবিহীন আন্তঃসংযোগ এবং ডাবল-সাইড কুলিং প্রযুক্তি গ্রহণ করে, এবং আরও ভাল তাপ সহ সাবস্ট্রেট উপকরণ গ্রহণ করে। পরিবাহিতা, এবং ডিকপলিং ক্যাপাসিটর, তাপমাত্রা/বর্তমান সেন্সর এবং ড্রাইভ সার্কিটগুলিকে একত্রিত করার চেষ্টা করেছিল মডিউল গঠন, এবং বিভিন্ন মডিউল প্যাকেজিং প্রযুক্তির বিভিন্ন বিকাশ করেছে। তাছাড়া, SiC ডিভাইস তৈরিতে উচ্চ প্রযুক্তিগত বাধা রয়েছে এবং উৎপাদন খরচ বেশি।

সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলি সিভিডির মাধ্যমে একটি সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটে এপিটাক্সিয়াল স্তর জমা করে উত্পাদিত হয়। প্রক্রিয়াটির মধ্যে রয়েছে পরিষ্কার, অক্সিডেশন, ফটোলিথোগ্রাফি, এচিং, ফটোরেসিস্টের স্ট্রিপিং, আয়ন ইমপ্লান্টেশন, সিলিকন নাইট্রাইডের রাসায়নিক বাষ্প জমা, পলিশিং, স্পুটারিং এবং পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের ধাপগুলি SiC একক ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটের উপর ডিভাইসের কাঠামো তৈরি করার জন্য। প্রধান ধরনের SiC পাওয়ার ডিভাইসের মধ্যে রয়েছে SiC ডায়োড, SiC ট্রানজিস্টর এবং SiC পাওয়ার মডিউল। ধীর আপস্ট্রিম উপাদান উত্পাদন গতি এবং কম ফলন হারের মতো কারণগুলির কারণে, সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলির উত্পাদন খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি।

উপরন্তু, সিলিকন কার্বাইড ডিভাইস উত্পাদন কিছু প্রযুক্তিগত অসুবিধা আছে:
1) সিলিকন কার্বাইড উপাদানগুলির বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ একটি নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া বিকাশ করা প্রয়োজন৷ উদাহরণস্বরূপ: SiC এর একটি উচ্চ গলনাঙ্ক রয়েছে, যা ঐতিহ্যবাহী তাপীয় বিস্তারকে অকার্যকর করে তোলে। আয়ন ইমপ্লান্টেশন ডোপিং পদ্ধতি ব্যবহার করা এবং তাপমাত্রা, গরম করার হার, সময়কাল এবং গ্যাস প্রবাহের মতো পরামিতিগুলি সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন; SiC রাসায়নিক দ্রাবক নিষ্ক্রিয়. ড্রাই এচিং এর মতো পদ্ধতি ব্যবহার করা উচিত এবং মুখোশের উপকরণ, গ্যাসের মিশ্রণ, সাইডওয়ালের ঢাল নিয়ন্ত্রণ, এচিং রেট, সাইডওয়াল রুক্ষতা ইত্যাদি অপ্টিমাইজ করা এবং উন্নত করা উচিত;
2) সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারে ধাতব ইলেক্ট্রোড তৈরির জন্য 10-5Ω2 এর নিচে যোগাযোগ প্রতিরোধের প্রয়োজন। ইলেক্ট্রোড উপাদান যা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে, Ni এবং Al, 100°C এর উপরে দুর্বল তাপীয় স্থিতিশীলতা আছে, কিন্তু Al/Ni এর তাপীয় স্থিতিশীলতা আরও ভাল। /W/Au যৌগিক ইলেক্ট্রোড উপাদানের যোগাযোগের নির্দিষ্ট প্রতিরোধ ক্ষমতা 10-3Ω2 বেশি;
3) SiC-এর উচ্চ কাটিং পরিধান রয়েছে, এবং SiC-এর কঠোরতা হীরার পরেই দ্বিতীয়, যা কাটিং, গ্রাইন্ডিং, পলিশিং এবং অন্যান্য প্রযুক্তির জন্য উচ্চতর প্রয়োজনীয়তাকে এগিয়ে রাখে।
অধিকন্তু, ট্রেঞ্চ সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলি তৈরি করা আরও কঠিন। বিভিন্ন ডিভাইসের কাঠামো অনুযায়ী, সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলিকে প্রধানত প্ল্যানার ডিভাইস এবং ট্রেঞ্চ ডিভাইসে ভাগ করা যায়। প্ল্যানার সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলির ভাল ইউনিট সামঞ্জস্য এবং সহজ উত্পাদন প্রক্রিয়া রয়েছে, তবে JFET প্রভাবের প্রবণ এবং উচ্চ পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স এবং অন-স্টেট প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। প্ল্যানার ডিভাইসগুলির সাথে তুলনা করে, ট্রেঞ্চ সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলির ইউনিটের সামঞ্জস্য কম থাকে এবং আরও জটিল উত্পাদন প্রক্রিয়া থাকে। যাইহোক, পরিখার কাঠামোটি ডিভাইস ইউনিটের ঘনত্ব বাড়ানোর জন্য সহায়ক এবং JFET প্রভাব তৈরি করার সম্ভাবনা কম, যা চ্যানেলের গতিশীলতার সমস্যা সমাধানের জন্য উপকারী। এটির চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে যেমন ছোট অন-প্রতিরোধ, ছোট পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স এবং কম সুইচিং শক্তি খরচ। এটির উল্লেখযোগ্য খরচ এবং কর্মক্ষমতা সুবিধা রয়েছে এবং এটি সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলির বিকাশের মূলধারার দিক হয়ে উঠেছে। Rohm অফিসিয়াল ওয়েবসাইট অনুসারে, ROHM Gen3 স্ট্রাকচার (Gen1 Trench structure) Gen2 (Plannar2) চিপ এরিয়ার মাত্র 75%, এবং একই চিপ সাইজের অধীনে ROHM Gen3 স্ট্রাকচারের অন-রেজিস্ট্যান্স 50% কমে গেছে।

সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেট, এপিটাক্সি, ফ্রন্ট-এন্ড, R&D খরচ এবং অন্যান্যগুলি যথাক্রমে 47%, 23%, 19%, 6% এবং 5% সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলির উত্পাদন খরচের জন্য দায়ী।

অবশেষে, আমরা সিলিকন কার্বাইড শিল্প শৃঙ্খলে সাবস্ট্রেটগুলির প্রযুক্তিগত বাধাগুলি ভেঙে দেওয়ার দিকে মনোনিবেশ করব।

সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের উৎপাদন প্রক্রিয়া সিলিকন-ভিত্তিক সাবস্ট্রেটের মতই, কিন্তু আরও কঠিন।
সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের উত্পাদন প্রক্রিয়ার মধ্যে সাধারণত কাঁচামাল সংশ্লেষণ, স্ফটিক বৃদ্ধি, ইনগট প্রসেসিং, ইনগট কাটা, ওয়েফার গ্রাইন্ডিং, পলিশিং, পরিষ্কার এবং অন্যান্য লিঙ্ক অন্তর্ভুক্ত থাকে।
স্ফটিক বৃদ্ধির পর্যায়টি সমগ্র প্রক্রিয়ার মূল, এবং এই ধাপটি সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে।

সিলিকন কার্বাইড উপাদান স্বাভাবিক অবস্থায় তরল পর্যায়ে বৃদ্ধি করা কঠিন। বর্তমানে বাজারে জনপ্রিয় বাষ্প ফেজ বৃদ্ধির পদ্ধতিটির বৃদ্ধির তাপমাত্রা 2300 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে এবং বৃদ্ধির তাপমাত্রার সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। পুরো অপারেশন প্রক্রিয়াটি পর্যবেক্ষণ করা প্রায় কঠিন। একটি সামান্য ত্রুটি পণ্য স্ক্র্যাপিং হতে হবে. তুলনায়, সিলিকন উপকরণগুলির জন্য শুধুমাত্র 1600℃ প্রয়োজন, যা অনেক কম। সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটগুলি প্রস্তুত করাও ধীর স্ফটিক বৃদ্ধি এবং উচ্চ স্ফটিক ফর্মের প্রয়োজনীয়তার মতো সমস্যার সম্মুখীন হয়। সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারের বৃদ্ধি প্রায় 7 থেকে 10 দিন সময় নেয়, যখন সিলিকন রড টানতে সময় লাগে মাত্র আড়াই দিন। অধিকন্তু, সিলিকন কার্বাইড এমন একটি উপাদান যার কঠোরতা হীরার পরেই দ্বিতীয়। এটি কাটা, গ্রাইন্ডিং এবং পলিশ করার সময় অনেক কিছু হারাবে এবং আউটপুট অনুপাত মাত্র 60%।

আমরা জানি যে প্রবণতা হল সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের আকার বৃদ্ধি করা, আকার যতই বাড়তে থাকে, ব্যাস সম্প্রসারণ প্রযুক্তির প্রয়োজনীয়তাগুলি উচ্চতর এবং উচ্চতর হয়ে উঠছে। স্ফটিকগুলির পুনরাবৃত্তিমূলক বৃদ্ধি অর্জনের জন্য এটির জন্য বিভিন্ন প্রযুক্তিগত নিয়ন্ত্রণ উপাদানগুলির সংমিশ্রণ প্রয়োজন।