సిలికాన్ కార్బైడ్‌కు సాంకేతిక అడ్డంకులు ఏమిటి?

మొదటి తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు సాంప్రదాయ సిలికాన్ (Si) మరియు జెర్మేనియం (Ge) ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తాయి, ఇవి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ తయారీకి ఆధారం. తక్కువ-వోల్టేజీ, తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు తక్కువ-పవర్ ట్రాన్సిస్టర్లు మరియు డిటెక్టర్లలో ఇవి విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. 90% కంటే ఎక్కువ సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తులు సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాలతో తయారు చేయబడ్డాయి;
రెండవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs), ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) మరియు గాలియం ఫాస్ఫైడ్ (GaP) ద్వారా సూచించబడతాయి. సిలికాన్ ఆధారిత పరికరాలతో పోలిస్తే, అవి అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు హై-స్పీడ్ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ;
మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC), గాలియం నైట్రైడ్ (GaN), జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO), డైమండ్ (C) మరియు అల్యూమినియం నైట్రైడ్ (AlN) వంటి ఉద్భవిస్తున్న పదార్థాల ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తాయి.

సిలికాన్ కార్బైడ్మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ అభివృద్ధికి ముఖ్యమైన ప్రాథమిక పదార్థం. సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలు వాటి అద్భుతమైన అధిక-వోల్టేజ్ నిరోధకత, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత, తక్కువ నష్టం మరియు ఇతర లక్షణాలతో పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్‌ల యొక్క అధిక సామర్థ్యం, ​​సూక్ష్మీకరణ మరియు తేలికపాటి అవసరాలను సమర్థవంతంగా తీర్చగలవు.

దాని ఉన్నతమైన భౌతిక లక్షణాల కారణంగా: అధిక బ్యాండ్ గ్యాప్ (అధిక విచ్ఛిన్న విద్యుత్ క్షేత్రం మరియు అధిక శక్తి సాంద్రతకు అనుగుణంగా), అధిక విద్యుత్ వాహకత మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత, ఇది భవిష్యత్తులో సెమీకండక్టర్ చిప్‌లను తయారు చేయడానికి అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే ప్రాథమిక పదార్థంగా మారుతుందని భావిస్తున్నారు. . ప్రత్యేకించి కొత్త శక్తి వాహనాలు, ఫోటోవోల్టాయిక్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి, రైలు రవాణా, స్మార్ట్ గ్రిడ్‌లు మరియు ఇతర రంగాలలో ఇది స్పష్టమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది.

SiC ఉత్పత్తి ప్రక్రియ మూడు ప్రధాన దశలుగా విభజించబడింది: SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్, ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ గ్రోత్ మరియు డివైస్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్, ఇది పారిశ్రామిక గొలుసులోని నాలుగు ప్రధాన లింక్‌లకు అనుగుణంగా ఉంటుంది:ఉపరితల, ఎపిటాక్సీ, పరికరాలు మరియు మాడ్యూల్స్.

సబ్‌స్ట్రెట్‌లను తయారు చేసే ప్రధాన స్రవంతి పద్ధతి మొదట అధిక-ఉష్ణోగ్రత వాక్యూమ్ వాతావరణంలో పౌడర్‌ను సబ్‌లిమేట్ చేయడానికి భౌతిక ఆవిరి సబ్లిమేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తుంది మరియు ఉష్ణోగ్రత క్షేత్రం యొక్క నియంత్రణ ద్వారా సీడ్ క్రిస్టల్ ఉపరితలంపై సిలికాన్ కార్బైడ్ స్ఫటికాలను పెంచుతుంది. సిలికాన్ కార్బైడ్ పొరను సబ్‌స్ట్రేట్‌గా ఉపయోగించి, ఎపిటాక్సియల్ పొరను రూపొందించడానికి పొరపై ఒకే క్రిస్టల్ పొరను జమ చేయడానికి రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ ఉపయోగించబడుతుంది. వాటిలో, వాహక సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచడం అనేది పవర్ డివైజ్‌లుగా తయారు చేయబడుతుంది, వీటిని ప్రధానంగా ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, ఫోటోవోల్టాయిక్స్ మరియు ఇతర రంగాల్లో ఉపయోగిస్తారు; సెమీ-ఇన్సులేటింగ్‌పై గాలియం నైట్రైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచడంసిలికాన్ కార్బైడ్ ఉపరితలం5G కమ్యూనికేషన్‌లు మరియు ఇతర రంగాలలో ఉపయోగించే రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ పరికరాలను మరింతగా తయారు చేయవచ్చు.

ప్రస్తుతానికి, సిలికాన్ కార్బైడ్ పరిశ్రమ గొలుసులో సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు అత్యధిక సాంకేతిక అడ్డంకులను కలిగి ఉన్నాయి మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు ఉత్పత్తి చేయడం చాలా కష్టం.

SiC యొక్క ఉత్పత్తి అడ్డంకి పూర్తిగా పరిష్కరించబడలేదు మరియు ముడి పదార్థం క్రిస్టల్ స్తంభాల నాణ్యత అస్థిరంగా ఉంది మరియు దిగుబడి సమస్య ఉంది, ఇది SiC పరికరాల అధిక ధరకు దారితీస్తుంది. సిలికాన్ పదార్థం క్రిస్టల్ రాడ్‌గా ఎదగడానికి సగటున 3 రోజులు మాత్రమే పడుతుంది, అయితే సిలికాన్ కార్బైడ్ క్రిస్టల్ రాడ్‌కి ఒక వారం పడుతుంది. ఒక సాధారణ సిలికాన్ క్రిస్టల్ రాడ్ 200cm పొడవు పెరుగుతుంది, కానీ సిలికాన్ కార్బైడ్ క్రిస్టల్ రాడ్ 2cm పొడవు మాత్రమే పెరుగుతుంది. అంతేకాకుండా, SiC అనేది కఠినమైన మరియు పెళుసుగా ఉండే పదార్థం, మరియు సంప్రదాయ మెకానికల్ కట్టింగ్ వేఫర్ డైసింగ్‌ను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు దానితో చేసిన పొరలు అంచు చిప్పింగ్‌కు గురవుతాయి, ఇది ఉత్పత్తి దిగుబడి మరియు విశ్వసనీయతను ప్రభావితం చేస్తుంది. SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లు సాంప్రదాయ సిలికాన్ కడ్డీల నుండి చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను నిర్వహించడానికి పరికరాలు, ప్రక్రియలు, ప్రాసెసింగ్ నుండి కట్టింగ్ వరకు ప్రతిదీ అభివృద్ధి చేయాలి.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పరిశ్రమ గొలుసు ప్రధానంగా నాలుగు ప్రధాన లింక్‌లుగా విభజించబడింది: సబ్‌స్ట్రేట్, ఎపిటాక్సీ, పరికరాలు మరియు అప్లికేషన్‌లు. సబ్‌స్ట్రేట్ మెటీరియల్స్ పరిశ్రమ గొలుసుకు పునాది, ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాలు పరికర తయారీకి కీలకం, పరికరాలు పరిశ్రమ గొలుసు యొక్క ప్రధానమైనవి మరియు పారిశ్రామిక అభివృద్ధికి అప్లికేషన్లు చోదక శక్తి. అప్‌స్ట్రీమ్ పరిశ్రమ భౌతిక ఆవిరి సబ్లిమేషన్ పద్ధతులు మరియు ఇతర పద్ధతుల ద్వారా సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి ముడి పదార్థాలను ఉపయోగిస్తుంది, ఆపై ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాలను పెంచడానికి రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ పద్ధతులు మరియు ఇతర పద్ధతులను ఉపయోగిస్తుంది. మిడ్‌స్ట్రీమ్ పరిశ్రమ రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ పరికరాలు, పవర్ పరికరాలు మరియు ఇతర పరికరాలను తయారు చేయడానికి అప్‌స్ట్రీమ్ మెటీరియల్‌లను ఉపయోగిస్తుంది, ఇవి అంతిమంగా దిగువ 5G కమ్యూనికేషన్‌లలో ఉపయోగించబడతాయి. , ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, రైలు రవాణా మొదలైనవి. వాటిలో, సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు ఎపిటాక్సీ పరిశ్రమ గొలుసు ధరలో 60% వాటాను కలిగి ఉంటాయి మరియు పరిశ్రమ గొలుసు యొక్క ప్రధాన విలువ.

SiC సబ్‌స్ట్రేట్: SiC స్ఫటికాలు సాధారణంగా లెలీ పద్ధతిని ఉపయోగించి తయారు చేయబడతాయి. అంతర్జాతీయ ప్రధాన స్రవంతి ఉత్పత్తులు 4 అంగుళాల నుండి 6 అంగుళాలకు మారుతున్నాయి మరియు 8-అంగుళాల వాహక సబ్‌స్ట్రేట్ ఉత్పత్తులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. దేశీయ ఉపరితలాలు ప్రధానంగా 4 అంగుళాలు. ఇప్పటికే ఉన్న 6-అంగుళాల సిలికాన్ పొర ఉత్పత్తి లైన్‌లను SiC పరికరాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి అప్‌గ్రేడ్ చేయవచ్చు మరియు మార్చవచ్చు కాబట్టి, 6-అంగుళాల SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌ల యొక్క అధిక మార్కెట్ వాటా చాలా కాలం పాటు నిర్వహించబడుతుంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ ప్రక్రియ సంక్లిష్టమైనది మరియు ఉత్పత్తి చేయడం కష్టం. సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ అనేది రెండు మూలకాలతో కూడిన కాంపౌండ్ సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్: కార్బన్ మరియు సిలికాన్. ప్రస్తుతం, పరిశ్రమ ప్రధానంగా అధిక స్వచ్ఛత కార్బన్ పౌడర్ మరియు అధిక స్వచ్ఛత సిలికాన్ పౌడర్‌ను సిలికాన్ కార్బైడ్ పౌడర్‌ను సంశ్లేషణ చేయడానికి ముడి పదార్థాలుగా ఉపయోగిస్తుంది. ప్రత్యేక ఉష్ణోగ్రత క్షేత్రం కింద, క్రిస్టల్ గ్రోత్ ఫర్నేస్‌లో వివిధ పరిమాణాల సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను పెంచడానికి పరిపక్వ భౌతిక ఆవిరి ప్రసార పద్ధతి (PVT పద్ధతి) ఉపయోగించబడుతుంది. క్రిస్టల్ కడ్డీ చివరకు ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది, కట్, గ్రౌండ్, పాలిష్, క్లీన్ మరియు ఇతర బహుళ ప్రక్రియలతో సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.