સિલિકોન કાર્બાઇડ માટે તકનીકી અવરોધો શું છે?

સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની પ્રથમ પેઢી પરંપરાગત સિલિકોન (Si) અને જર્મેનિયમ (Ge) દ્વારા રજૂ થાય છે, જે સંકલિત સર્કિટ ઉત્પાદન માટેનો આધાર છે. તેઓ લો-વોલ્ટેજ, લો-ફ્રિકવન્સી અને લો-પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને ડિટેક્ટરમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. 90% થી વધુ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનો સિલિકોન-આધારિત સામગ્રીથી બનેલા છે;
સેકન્ડ જનરેશન સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs), ઇન્ડિયમ ફોસ્ફાઇડ (InP) અને ગેલિયમ ફોસ્ફાઇડ (GaP) દ્વારા રજૂ થાય છે. સિલિકોન-આધારિત ઉપકરણોની તુલનામાં, તેઓ ઉચ્ચ-આવર્તન અને હાઇ-સ્પીડ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો ધરાવે છે અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સના ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ;
સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની ત્રીજી પેઢી સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC), ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (GaN), ઝિંક ઓક્સાઇડ (ZnO), ડાયમંડ (C), અને એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ (AlN) જેવી ઉભરતી સામગ્રી દ્વારા રજૂ થાય છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના વિકાસ માટે મહત્વપૂર્ણ મૂળભૂત સામગ્રી છે. સિલિકોન કાર્બાઈડ પાવર ડિવાઈસ પાવર ઈલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, લઘુત્તમીકરણ અને હળવા વજનની જરૂરિયાતોને તેમની ઉત્તમ હાઈ-વોલ્ટેજ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર, ઓછી નુકશાન અને અન્ય ગુણધર્મો સાથે અસરકારક રીતે પૂરી કરી શકે છે.

તેના શ્રેષ્ઠ ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે: ઉચ્ચ બેન્ડ ગેપ (ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર અને ઉચ્ચ પાવર ઘનતાને અનુરૂપ), ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા અને ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, તે ભવિષ્યમાં સેમિકન્ડક્ટર ચિપ્સ બનાવવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી મૂળભૂત સામગ્રી બનવાની અપેક્ષા છે. . ખાસ કરીને નવા ઉર્જા વાહનો, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન, રેલ ટ્રાન્ઝિટ, સ્માર્ટ ગ્રીડ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં તેના સ્પષ્ટ ફાયદા છે.

SiC ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને ત્રણ મુખ્ય પગલાઓમાં વિભાજિત કરવામાં આવી છે: SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ, એપિટેક્સિયલ સ્તર વૃદ્ધિ અને ઉપકરણ ઉત્પાદન, જે ઔદ્યોગિક સાંકળની ચાર મુખ્ય લિંક્સને અનુરૂપ છે:સબસ્ટ્રેટ, એપિટાક્સી, ઉપકરણો અને મોડ્યુલો.

સબસ્ટ્રેટના ઉત્પાદનની મુખ્યપ્રવાહની પદ્ધતિ પ્રથમ ઉચ્ચ-તાપમાન શૂન્યાવકાશ વાતાવરણમાં પાવડરને ઉત્કૃષ્ટ કરવા માટે ભૌતિક બાષ્પ સબલિમેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે અને તાપમાન ક્ષેત્રના નિયંત્રણ દ્વારા બીજ ક્રિસ્ટલની સપાટી પર સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકો ઉગાડે છે. સબસ્ટ્રેટ તરીકે સિલિકોન કાર્બાઇડ વેફરનો ઉપયોગ કરીને, રાસાયણિક વરાળનો ઉપયોગ વેફર પર સિંગલ ક્રિસ્ટલના સ્તરને એપિટેક્સિયલ વેફર બનાવવા માટે જમા કરવા માટે થાય છે. તેમાંથી, વાહક સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ પર સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તર ઉગાડીને પાવર ડિવાઇસ બનાવી શકાય છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, ફોટોવોલ્ટેઇક્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં થાય છે; અર્ધ-ઇન્સ્યુલેટીંગ પર ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તર ઉગાડવુંસિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ5G કોમ્યુનિકેશન્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ડિવાઇસમાં વધુ બનાવી શકાય છે.

હમણાં માટે, સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉદ્યોગ સાંકળમાં સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ્સમાં સૌથી વધુ તકનીકી અવરોધો છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટનું ઉત્પાદન કરવું સૌથી મુશ્કેલ છે.

SiC ના ઉત્પાદનની અડચણ સંપૂર્ણપણે હલ થઈ નથી, અને કાચા માલના ક્રિસ્ટલ થાંભલાઓની ગુણવત્તા અસ્થિર છે અને ઉપજની સમસ્યા છે, જે SiC ઉપકરણોની ઊંચી કિંમત તરફ દોરી જાય છે. સિલિકોન સામગ્રીને ક્રિસ્ટલ સળિયામાં વધવા માટે સરેરાશ 3 દિવસનો સમય લાગે છે, પરંતુ સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ સળિયા માટે તે એક અઠવાડિયા લે છે. સામાન્ય સિલિકોન ક્રિસ્ટલ સળિયા 200cm લાંબુ વધી શકે છે, પરંતુ સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ સળિયા માત્ર 2cm લાંબુ વધી શકે છે. તદુપરાંત, SiC પોતે એક સખત અને બરડ સામગ્રી છે, અને પરંપરાગત યાંત્રિક કટીંગ વેફર ડાઈસિંગનો ઉપયોગ કરતી વખતે તેમાંથી બનેલી વેફર્સ એજ ચિપિંગની સંભાવના ધરાવે છે, જે ઉત્પાદનની ઉપજ અને વિશ્વસનીયતાને અસર કરે છે. SiC સબસ્ટ્રેટ્સ પરંપરાગત સિલિકોન ઇંગોટ્સથી ખૂબ જ અલગ હોય છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડને હેન્ડલ કરવા માટે સાધનો, પ્રક્રિયાઓ, પ્રક્રિયાથી માંડીને કાપવા સુધીની દરેક વસ્તુ વિકસાવવાની જરૂર છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉદ્યોગ સાંકળ મુખ્યત્વે ચાર મુખ્ય લિંક્સમાં વિભાજિત છે: સબસ્ટ્રેટ, એપિટેક્સી, ઉપકરણો અને એપ્લિકેશન. સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી એ ઉદ્યોગ સાંકળનો પાયો છે, એપિટેક્સિયલ સામગ્રી એ ઉપકરણ ઉત્પાદનની ચાવી છે, ઉપકરણો ઉદ્યોગ સાંકળનો મુખ્ય ભાગ છે, અને એપ્લિકેશનો ઔદ્યોગિક વિકાસ માટે પ્રેરક બળ છે. અપસ્ટ્રીમ ઉદ્યોગ કાચા માલનો ઉપયોગ ભૌતિક બાષ્પ સબલિમેશન પદ્ધતિઓ અને અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી બનાવવા માટે કરે છે, અને પછી રાસાયણિક વરાળ જમા કરવાની પદ્ધતિઓ અને એપિટેક્સિયલ સામગ્રીને ઉગાડવા માટે અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે. મિડસ્ટ્રીમ ઈન્ડસ્ટ્રી રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ડિવાઈસ, પાવર ડિવાઈસ અને અન્ય ડિવાઈસ બનાવવા માટે અપસ્ટ્રીમ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે, જે આખરે ડાઉનસ્ટ્રીમ 5G કોમ્યુનિકેશન્સમાં વપરાય છે. , ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, રેલ ટ્રાન્ઝિટ, વગેરે. તેમાંથી, સબસ્ટ્રેટ અને એપિટેક્સી ઉદ્યોગ સાંકળના ખર્ચમાં 60% હિસ્સો ધરાવે છે અને તે ઉદ્યોગ સાંકળનું મુખ્ય મૂલ્ય છે.

SiC સબસ્ટ્રેટ: SiC સ્ફટિકો સામાન્ય રીતે Lely પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે. આંતરરાષ્ટ્રીય મુખ્યપ્રવાહના ઉત્પાદનો 4 ઇંચથી 6 ઇંચમાં સંક્રમિત થઈ રહ્યા છે, અને 8-ઇંચ વાહક સબસ્ટ્રેટ ઉત્પાદનો વિકસાવવામાં આવ્યા છે. ઘરેલું સબસ્ટ્રેટ મુખ્યત્વે 4 ઇંચ છે. હાલની 6-ઇંચ સિલિકોન વેફર ઉત્પાદન લાઇનને અપગ્રેડ કરી શકાય છે અને SiC ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, તેથી 6-ઇંચ SiC સબસ્ટ્રેટનો ઉચ્ચ બજાર હિસ્સો લાંબા સમય સુધી જાળવી રાખવામાં આવશે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ પ્રક્રિયા જટિલ અને ઉત્પાદન મુશ્કેલ છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ એક સંયોજન સેમિકન્ડક્ટર સિંગલ ક્રિસ્ટલ સામગ્રી છે જે બે તત્વોથી બનેલું છે: કાર્બન અને સિલિકોન. હાલમાં, ઉદ્યોગ મુખ્યત્વે સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડરને સંશ્લેષણ કરવા માટે કાચા માલ તરીકે ઉચ્ચ શુદ્ધતા કાર્બન પાવડર અને ઉચ્ચ શુદ્ધતા સિલિકોન પાવડરનો ઉપયોગ કરે છે. વિશિષ્ટ તાપમાન ક્ષેત્ર હેઠળ, પરિપક્વ ભૌતિક વરાળ ટ્રાન્સમિશન પદ્ધતિ (PVT પદ્ધતિ) નો ઉપયોગ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ ભઠ્ઠીમાં વિવિધ કદના સિલિકોન કાર્બાઇડને ઉગાડવા માટે થાય છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ બનાવવા માટે ક્રિસ્ટલ ઇન્ગોટને અંતે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, કાપવામાં આવે છે, ગ્રાઉન્ડ કરવામાં આવે છે, પોલિશ્ડ કરવામાં આવે છે, સાફ કરવામાં આવે છે અને અન્ય બહુવિધ પ્રક્રિયાઓ કરવામાં આવે છે.