सिलिकॉन कार्बाइडचे तांत्रिक अडथळे कोणते आहेत?

सेमीकंडक्टर सामग्रीची पहिली पिढी पारंपारिक सिलिकॉन (Si) आणि जर्मेनियम (Ge) द्वारे दर्शविली जाते, जे एकात्मिक सर्किट उत्पादनासाठी आधार आहेत. ते कमी-व्होल्टेज, कमी-फ्रिक्वेंसी आणि लो-पॉवर ट्रान्झिस्टर आणि डिटेक्टरमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. 90% पेक्षा जास्त सेमीकंडक्टर उत्पादने सिलिकॉन-आधारित सामग्रीपासून बनलेली असतात;
दुसऱ्या पिढीतील अर्धसंवाहक पदार्थ गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs), इंडियम फॉस्फाइड (InP) आणि गॅलियम फॉस्फाइड (GaP) द्वारे दर्शविले जातात. सिलिकॉन-आधारित उपकरणांच्या तुलनेत, त्यांच्याकडे उच्च-वारंवारता आणि उच्च-गती ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आहेत आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. ;
सेमीकंडक्टर सामग्रीची तिसरी पिढी सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), गॅलियम नायट्राइड (GaN), झिंक ऑक्साइड (ZnO), डायमंड (C), आणि ॲल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) सारख्या उदयोन्मुख सामग्रीद्वारे दर्शविली जाते.

सिलिकॉन कार्बाइडतिसऱ्या पिढीतील सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या विकासासाठी एक महत्त्वाची मूलभूत सामग्री आहे. सिलिकॉन कार्बाइड पॉवर उपकरणे त्यांच्या उत्कृष्ट उच्च-व्होल्टेज प्रतिकार, उच्च तापमान प्रतिकार, कमी नुकसान आणि इतर गुणधर्मांसह उच्च कार्यक्षमता, लघुकरण आणि पॉवर इलेक्ट्रॉनिक सिस्टमच्या हलक्या गरजा प्रभावीपणे पूर्ण करू शकतात.

त्याच्या उत्कृष्ट भौतिक गुणधर्मांमुळे: उच्च बँड गॅप (उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड आणि उच्च पॉवर घनतेशी संबंधित), उच्च विद्युत चालकता आणि उच्च थर्मल चालकता, भविष्यात सेमीकंडक्टर चिप्स बनवण्यासाठी सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाणारी मूलभूत सामग्री बनण्याची अपेक्षा आहे. . विशेषत: नवीन ऊर्जा वाहने, फोटोव्होल्टेइक ऊर्जा निर्मिती, रेल्वे संक्रमण, स्मार्ट ग्रिड आणि इतर क्षेत्रांमध्ये त्याचे स्पष्ट फायदे आहेत.

SiC उत्पादन प्रक्रिया तीन प्रमुख पायऱ्यांमध्ये विभागली गेली आहे: SiC सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ, एपिटॅक्सियल लेयर ग्रोथ आणि डिव्हाइस मॅन्युफॅक्चरिंग, जे औद्योगिक साखळीच्या चार प्रमुख दुव्यांशी सुसंगत आहे:थर, एपिटॅक्सी, उपकरणे आणि मॉड्यूल्स.

सब्सट्रेट्स तयार करण्याच्या मुख्य प्रवाहातील पद्धतीमध्ये प्रथम उच्च-तापमानाच्या निर्वात वातावरणात पावडरचे उदात्तीकरण करण्यासाठी भौतिक बाष्प उदात्तीकरण पद्धतीचा वापर केला जातो आणि तापमान क्षेत्राच्या नियंत्रणाद्वारे सीड क्रिस्टलच्या पृष्ठभागावर सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स वाढतात. सिलिकॉन कार्बाइड वेफरचा सब्सट्रेट म्हणून वापर करून, रासायनिक वाफ साचण्याचा उपयोग वेफरवर सिंगल क्रिस्टलचा थर जमा करून एपिटॅक्सियल वेफर तयार करण्यासाठी केला जातो. त्यापैकी, प्रवाहकीय सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटवर सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल लेयर वाढवून पॉवर डिव्हाइसेस बनवता येतात, जे प्रामुख्याने इलेक्ट्रिक वाहने, फोटोव्होल्टाइक्स आणि इतर फील्डमध्ये वापरले जातात; अर्ध-इन्सुलेटवर गॅलियम नायट्राइड एपिटॅक्सियल थर वाढवणेसिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटपुढे 5G संप्रेषणे आणि इतर फील्डमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या रेडिओ फ्रिक्वेन्सी उपकरणांमध्ये बनवू शकतात.

सध्या, सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्समध्ये सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग साखळीतील सर्वात जास्त तांत्रिक अडथळे आहेत आणि सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स तयार करणे सर्वात कठीण आहे.

SiC च्या उत्पादनातील अडथळे पूर्णपणे सोडवले गेले नाहीत आणि कच्च्या मालाच्या क्रिस्टल पिलरची गुणवत्ता अस्थिर आहे आणि उत्पन्नाची समस्या आहे, ज्यामुळे SiC उपकरणांची किंमत जास्त आहे. सिलिकॉन सामग्री क्रिस्टल रॉडमध्ये वाढण्यास सरासरी 3 दिवस लागतात, परंतु सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल रॉडसाठी एक आठवडा लागतो. एक सामान्य सिलिकॉन क्रिस्टल रॉड 200cm लांब वाढू शकतो, परंतु सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल रॉड फक्त 2cm लांब वाढू शकतो. शिवाय, SiC ही स्वतःच एक कठोर आणि ठिसूळ सामग्री आहे आणि पारंपारिक मेकॅनिकल कटिंग वेफर डायसिंग वापरताना त्यापासून बनविलेले वेफर्स एज चिपिंगसाठी प्रवण असतात, ज्यामुळे उत्पादनाच्या उत्पन्नावर आणि विश्वासार्हतेवर परिणाम होतो. SiC सबस्ट्रेट्स पारंपारिक सिलिकॉन इंगॉट्सपेक्षा खूप वेगळे आहेत आणि सिलिकॉन कार्बाइड हाताळण्यासाठी उपकरणे, प्रक्रिया, प्रक्रिया ते कटिंगपर्यंत सर्वकाही विकसित करणे आवश्यक आहे.

सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग साखळी प्रामुख्याने चार प्रमुख दुव्यांमध्ये विभागली गेली आहे: सब्सट्रेट, एपिटॅक्सी, उपकरणे आणि अनुप्रयोग. सब्सट्रेट मटेरियल हा उद्योग साखळीचा पाया आहे, एपिटॅक्सियल मटेरिअल ही उपकरण निर्मितीची गुरुकिल्ली आहे, उपकरणे उद्योग साखळीचा गाभा आहेत आणि ऍप्लिकेशन्स हे औद्योगिक विकासाचे प्रेरक शक्ती आहेत. अपस्ट्रीम इंडस्ट्री कच्च्या मालाचा वापर करून सब्सट्रेट मटेरियल बनवण्यासाठी भौतिक बाष्प उदात्तीकरण पद्धती आणि इतर पद्धती वापरते आणि नंतर रासायनिक वाफ जमा करण्याच्या पद्धती आणि एपिटॅक्सियल सामग्री वाढवण्यासाठी इतर पद्धती वापरतात. मिडस्ट्रीम इंडस्ट्री रेडिओ फ्रिक्वेन्सी डिव्हाइसेस, पॉवर डिव्हाइसेस आणि इतर उपकरणे बनवण्यासाठी अपस्ट्रीम सामग्रीचा वापर करते, जे शेवटी डाउनस्ट्रीम 5G संप्रेषणांमध्ये वापरले जातात. , इलेक्ट्रिक वाहने, रेल्वे ट्रान्झिट इ. त्यांपैकी सब्सट्रेट आणि एपिटॅक्सी उद्योग साखळीच्या किमतीच्या 60% भाग घेतात आणि हे उद्योग साखळीचे मुख्य मूल्य आहेत.

SiC सब्सट्रेट: SiC क्रिस्टल्स सहसा Lely पद्धत वापरून तयार केले जातात. आंतरराष्ट्रीय मुख्य प्रवाहातील उत्पादने 4 इंच वरून 6 इंच पर्यंत बदलत आहेत आणि 8-इंच प्रवाहकीय सब्सट्रेट उत्पादने विकसित केली गेली आहेत. घरगुती थर प्रामुख्याने 4 इंच असतात. विद्यमान 6-इंच सिलिकॉन वेफर उत्पादन लाइन्स अपग्रेड केल्या जाऊ शकतात आणि SiC उपकरणांच्या निर्मितीसाठी बदलल्या जाऊ शकतात, 6-इंच SiC सब्सट्रेट्सचा उच्च बाजार हिस्सा दीर्घकाळ टिकून राहील.

सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट प्रक्रिया जटिल आणि तयार करणे कठीण आहे. सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट एक मिश्रित अर्धसंवाहक सिंगल क्रिस्टल मटेरियल आहे ज्यामध्ये दोन घटक असतात: कार्बन आणि सिलिकॉन. सध्या, उद्योग प्रामुख्याने उच्च-शुद्धता कार्बन पावडर आणि उच्च-शुद्धता सिलिकॉन पावडर सिलिकॉन कार्बाइड पावडरचे संश्लेषण करण्यासाठी कच्चा माल म्हणून वापरतो. एका विशेष तापमान फील्ड अंतर्गत, परिपक्व भौतिक वाष्प प्रेषण पद्धत (PVT पद्धत) क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसमध्ये वेगवेगळ्या आकाराचे सिलिकॉन कार्बाइड वाढवण्यासाठी वापरली जाते. सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट तयार करण्यासाठी क्रिस्टल पिंडावर शेवटी प्रक्रिया केली जाते, कापली जाते, ग्राउंड केली जाते, पॉलिश केली जाते, साफ केली जाते आणि इतर अनेक प्रक्रिया केल्या जातात.