സിലിക്കൺ കാർബൈഡിന് സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

അർദ്ധചാലക സാമഗ്രികളുടെ ആദ്യ തലമുറയെ പരമ്പരാഗത സിലിക്കൺ (Si), ജെർമേനിയം (Ge) എന്നിവ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, അവ ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ട് നിർമ്മാണത്തിൻ്റെ അടിസ്ഥാനമാണ്. ലോ-വോൾട്ടേജ്, ലോ-ഫ്രീക്വൻസി, ലോ-പവർ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളിലും ഡിറ്റക്ടറുകളിലും അവ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. 90% അർദ്ധചാലക ഉൽപ്പന്നങ്ങളും സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത വസ്തുക്കളാൽ നിർമ്മിച്ചതാണ്;
രണ്ടാം തലമുറ അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളെ ഗാലിയം ആർസെനൈഡ് (GaAs), ഇൻഡിയം ഫോസ്ഫൈഡ് (InP), ഗാലിയം ഫോസ്ഫൈഡ് (GaP) എന്നിവ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. സിലിക്കൺ അധിഷ്‌ഠിത ഉപകരണങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, അവയ്ക്ക് ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ളതും ഉയർന്ന വേഗതയുള്ളതുമായ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളുണ്ട്, അവ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ്, മൈക്രോ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് മേഖലകളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. ;
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC), ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് (GaN), സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് (ZnO), ഡയമണ്ട് (C), അലുമിനിയം നൈട്രൈഡ് (AlN) തുടങ്ങിയ ഉയർന്നുവരുന്ന വസ്തുക്കളാൽ മൂന്നാം തലമുറ അർദ്ധചാലക പദാർത്ഥങ്ങളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്മൂന്നാം തലമുറ അർദ്ധചാലക വ്യവസായത്തിൻ്റെ വികസനത്തിന് ഒരു പ്രധാന അടിസ്ഥാന വസ്തുവാണ്. മികച്ച ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പ്രതിരോധം, ഉയർന്ന താപനില പ്രതിരോധം, കുറഞ്ഞ നഷ്ടം, മറ്റ് ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പവർ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് പവർ ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റങ്ങളുടെ ഉയർന്ന ദക്ഷത, മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ, ഭാരം കുറഞ്ഞ ആവശ്യകതകൾ എന്നിവ ഫലപ്രദമായി നിറവേറ്റാൻ കഴിയും.

ഉയർന്ന ഭൌതിക ഗുണങ്ങൾ കാരണം: ഉയർന്ന ബാൻഡ് വിടവ് (ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൌൺ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡിനും ഉയർന്ന പവർ ഡെൻസിറ്റിക്കും അനുസരിച്ച്), ഉയർന്ന വൈദ്യുതചാലകത, ഉയർന്ന താപ ചാലകത എന്നിവ ഭാവിയിൽ അർദ്ധചാലക ചിപ്പുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ഏറ്റവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന വസ്തുവായി മാറുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. . പ്രത്യേകിച്ച് പുതിയ ഊർജ വാഹനങ്ങൾ, ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പവർ ഉൽപ്പാദനം, റെയിൽ ഗതാഗതം, സ്മാർട്ട് ഗ്രിഡുകൾ, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ ഇതിന് വ്യക്തമായ ഗുണങ്ങളുണ്ട്.

SiC ഉൽപ്പാദന പ്രക്രിയയെ മൂന്ന് പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: SiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയർ വളർച്ച, ഉപകരണ നിർമ്മാണം, ഇത് വ്യാവസായിക ശൃംഖലയുടെ നാല് പ്രധാന ലിങ്കുകളുമായി യോജിക്കുന്നു:അടിവസ്ത്രം, എപ്പിറ്റാക്സി, ഉപകരണങ്ങളും മൊഡ്യൂളുകളും.

സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ നിർമ്മാണത്തിൻ്റെ മുഖ്യധാരാ രീതി ആദ്യം ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വാക്വം പരിതസ്ഥിതിയിൽ പൊടിയെ സപ്ലിമേറ്റ് ചെയ്യുന്നതിനും താപനില ഫീൽഡിൻ്റെ നിയന്ത്രണത്തിലൂടെ വിത്ത് ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പരലുകൾ വളർത്തുന്നതിനും ഫിസിക്കൽ നീരാവി സപ്ലൈമേഷൻ രീതി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വേഫർ ഒരു അടിവസ്ത്രമായി ഉപയോഗിച്ച്, ഒരു എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് വേഫറിൽ ഒരൊറ്റ ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ ഒരു പാളി നിക്ഷേപിക്കാൻ കെമിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപം ഉപയോഗിക്കുന്നു. അവയിൽ, ഒരു ചാലക സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർത്തുന്നത് വൈദ്യുത ഉപകരണങ്ങളാക്കി മാറ്റാം, അവ പ്രധാനമായും ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ, ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക്സ്, മറ്റ് ഫീൽഡുകൾ എന്നിവയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു; ഒരു സെമി-ഇൻസുലേറ്റിംഗിൽ ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളരുന്നുസിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അടിവസ്ത്രം5G ആശയവിനിമയങ്ങളിലും മറ്റ് മേഖലകളിലും ഉപയോഗിക്കുന്ന റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങളാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും.

ഇപ്പോൾ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വ്യവസായ ശൃംഖലയിൽ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്ക് ഏറ്റവും ഉയർന്ന സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ ഏറ്റവും ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

SiC യുടെ ഉൽപ്പാദന തടസ്സം പൂർണ്ണമായും പരിഹരിച്ചിട്ടില്ല, കൂടാതെ അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ ക്രിസ്റ്റൽ തൂണുകളുടെ ഗുണനിലവാരം അസ്ഥിരമാണ്, കൂടാതെ ഒരു വിളവ് പ്രശ്നമുണ്ട്, ഇത് SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ ഉയർന്ന വിലയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയൽ ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ വടിയായി വളരുന്നതിന് ശരാശരി 3 ദിവസം മാത്രമേ എടുക്കൂ, എന്നാൽ ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വടിക്ക് ഒരാഴ്ച എടുക്കും. ഒരു പൊതു സിലിക്കൺ ക്രിസ്റ്റൽ വടിക്ക് 200 സെൻ്റീമീറ്റർ നീളമുണ്ടാകും, എന്നാൽ ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വടിക്ക് 2 സെൻ്റീമീറ്റർ നീളമേ വളരൂ. കൂടാതെ, SiC തന്നെ കഠിനവും പൊട്ടുന്നതുമായ മെറ്റീരിയലാണ്, പരമ്പരാഗത മെക്കാനിക്കൽ കട്ടിംഗ് വേഫർ ഡൈസിംഗ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ അതിൽ നിർമ്മിച്ച വേഫറുകൾ എഡ്ജ് ചിപ്പിംഗിന് സാധ്യതയുണ്ട്, ഇത് ഉൽപ്പന്ന വിളവിനെയും വിശ്വാസ്യതയെയും ബാധിക്കുന്നു. SiC അടിവസ്ത്രങ്ങൾ പരമ്പരാഗത സിലിക്കൺ ഇൻഗോട്ടുകളിൽ നിന്ന് വളരെ വ്യത്യസ്തമാണ്, കൂടാതെ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനായി ഉപകരണങ്ങൾ, പ്രോസസ്സുകൾ, പ്രോസസ്സിംഗ്, കട്ടിംഗ് വരെയുള്ള എല്ലാം വികസിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്.

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വ്യവസായ ശൃംഖലയെ പ്രധാനമായും നാല് പ്രധാന ലിങ്കുകളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്, എപ്പിടാക്‌സി, ഉപകരണങ്ങൾ, ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ. സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾ വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ അടിത്തറയാണ്, എപ്പിടാക്‌സിയൽ മെറ്റീരിയലുകളാണ് ഉപകരണ നിർമ്മാണത്തിൻ്റെ താക്കോൽ, ഉപകരണങ്ങൾ വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ കാതലാണ്, വ്യാവസായിക വികസനത്തിനുള്ള പ്രേരകശക്തിയാണ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ. ഭൗതിക നീരാവി സപ്ലൈമേഷൻ രീതികളിലൂടെയും മറ്റ് രീതികളിലൂടെയും അടിവസ്ത്ര പദാർത്ഥങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് അപ്‌സ്ട്രീം വ്യവസായം അസംസ്കൃത വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, തുടർന്ന് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വസ്തുക്കൾ വളർത്തുന്നതിന് രാസ നീരാവി നിക്ഷേപ രീതികളും മറ്റ് രീതികളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങൾ, പവർ ഉപകരണങ്ങൾ, മറ്റ് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കാൻ മിഡ്‌സ്ട്രീം വ്യവസായം അപ്‌സ്ട്രീം മെറ്റീരിയലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അവ ആത്യന്തികമായി ഡൗൺസ്ട്രീം 5G ആശയവിനിമയങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. , ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ, റെയിൽ ഗതാഗതം മുതലായവ. അവയിൽ, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും എപ്പിടാക്‌സിയും വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ വിലയുടെ 60% വരും, വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ പ്രധാന മൂല്യവുമാണ്.

SiC അടിവസ്ത്രം: SiC പരലുകൾ സാധാരണയായി Lely രീതി ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്. അന്താരാഷ്ട്ര മുഖ്യധാരാ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ 4 ഇഞ്ചിൽ നിന്ന് 6 ഇഞ്ചിലേക്ക് മാറുന്നു, കൂടാതെ 8 ഇഞ്ച് ചാലക സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. ഗാർഹിക അടിവസ്ത്രങ്ങൾ പ്രധാനമായും 4 ഇഞ്ച് ആണ്. നിലവിലുള്ള 6-ഇഞ്ച് സിലിക്കൺ വേഫർ പ്രൊഡക്ഷൻ ലൈനുകൾ നവീകരിക്കാനും രൂപാന്തരപ്പെടുത്തി SiC ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാനും കഴിയുമെന്നതിനാൽ, 6-ഇഞ്ച് SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ ഉയർന്ന വിപണി വിഹിതം ദീർഘകാലത്തേക്ക് നിലനിർത്തപ്പെടും.

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് പ്രക്രിയ സങ്കീർണ്ണവും ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ പ്രയാസവുമാണ്. സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഒരു സംയുക്ത അർദ്ധചാലക സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയലാണ്: കാർബണും സിലിക്കണും. നിലവിൽ, വ്യവസായം പ്രധാനമായും സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പൊടി സമന്വയിപ്പിക്കുന്നതിന് അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളായി ഉയർന്ന ശുദ്ധിയുള്ള കാർബൺ പൊടിയും ഉയർന്ന ശുദ്ധിയുള്ള സിലിക്കൺ പൊടിയും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു പ്രത്യേക താപനില ഫീൽഡിന് കീഴിൽ, ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ചൂളയിൽ വ്യത്യസ്ത വലുപ്പത്തിലുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വളർത്താൻ മുതിർന്ന ഫിസിക്കൽ നീരാവി ട്രാൻസ്മിഷൻ രീതി (PVT രീതി) ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി ക്രിസ്റ്റൽ ഇൻഗോട്ട് ഒടുവിൽ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയും മുറിക്കുകയും പൊടിക്കുകയും പോളിഷ് ചെയ്യുകയും വൃത്തിയാക്കുകയും മറ്റ് ഒന്നിലധികം പ്രക്രിയകൾ നടത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.