سلکان کاربائیڈ کی تکنیکی رکاوٹیں کیا ہیں؟

سیمی کنڈکٹر مواد کی پہلی نسل کی نمائندگی روایتی سلکان (Si) اور جرمینیم (Ge) سے ہوتی ہے، جو مربوط سرکٹ مینوفیکچرنگ کی بنیاد ہیں۔ وہ بڑے پیمانے پر کم وولٹیج، کم تعدد، اور کم طاقت والے ٹرانجسٹرز اور ڈیٹیکٹر میں استعمال ہوتے ہیں۔ 90% سے زیادہ سیمی کنڈکٹر مصنوعات سلکان پر مبنی مواد سے بنی ہیں۔
دوسری نسل کے سیمی کنڈکٹر مواد کی نمائندگی گیلیم آرسنائیڈ (GaAs)، انڈیم فاسفائیڈ (InP) اور گیلیم فاسفائیڈ (GaP) سے ہوتی ہے۔ سلکان پر مبنی آلات کے مقابلے میں، ان میں ہائی فریکوئنسی اور تیز رفتار آپٹو الیکٹرانک خصوصیات ہیں اور یہ آپٹو الیکٹرانکس اور مائیکرو الیکٹرانکس کے شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ ;
سیمی کنڈکٹر مواد کی تیسری نسل کی نمائندگی ابھرتے ہوئے مواد جیسے سلکان کاربائیڈ (SiC)، گیلیم نائٹرائڈ (GaN)، زنک آکسائیڈ (ZnO)، ڈائمنڈ (C)، اور ایلومینیم نائٹرائڈ (AlN) سے ہوتی ہے۔

سلیکن کاربائیڈتیسری نسل سیمی کنڈکٹر صنعت کی ترقی کے لئے ایک اہم بنیادی مواد ہے. سلیکون کاربائیڈ پاور ڈیوائسز اپنی بہترین ہائی وولٹیج مزاحمت، اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت، کم نقصان اور دیگر خصوصیات کے ساتھ پاور الیکٹرانک سسٹمز کی اعلی کارکردگی، چھوٹے اور ہلکے وزن کی ضروریات کو مؤثر طریقے سے پورا کر سکتے ہیں۔

اس کی اعلیٰ جسمانی خصوصیات کی وجہ سے: ہائی بینڈ گیپ (ہائی بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈ اور ہائی پاور کثافت کے مطابق)، اعلی برقی چالکتا، اور اعلی تھرمل چالکتا، یہ مستقبل میں سیمی کنڈکٹر چپس بنانے کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا بنیادی مواد بن جائے گا۔ . خاص طور پر نئی توانائی کی گاڑیوں، فوٹو وولٹک پاور جنریشن، ریل ٹرانزٹ، سمارٹ گرڈز اور دیگر شعبوں میں اس کے واضح فوائد ہیں۔

SiC پروڈکشن کے عمل کو تین بڑے مراحل میں تقسیم کیا گیا ہے: SiC سنگل کرسٹل گروتھ، ایپیٹیکسیل لیئر گروتھ اور ڈیوائس مینوفیکچرنگ، جو صنعتی سلسلہ کے چار بڑے لنکس سے مطابقت رکھتی ہے:سبسٹریٹ, epitaxy، آلات اور ماڈیولز۔

سبسٹریٹس کی مینوفیکچرنگ کا مرکزی دھارے کا طریقہ سب سے پہلے ایک اعلی درجہ حرارت ویکیوم ماحول میں پاؤڈر کو سرفہرست بنانے کے لیے جسمانی بخارات کے سبلیمیشن کا طریقہ استعمال کرتا ہے، اور درجہ حرارت کے میدان کے کنٹرول کے ذریعے سیڈ کرسٹل کی سطح پر سلکان کاربائیڈ کرسٹل اگاتا ہے۔ سلکان کاربائیڈ ویفر کو بطور سبسٹریٹ استعمال کرتے ہوئے، کیمیائی بخارات کا ذخیرہ ویفر پر سنگل کرسٹل کی ایک تہہ جمع کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ ایپیٹیکسیل ویفر بن سکے۔ ان میں سے، ایک کوندکٹو سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ پر سلکان کاربائیڈ ایپیٹیکسیل پرت کو بڑھا کر پاور ڈیوائسز بنائے جا سکتے ہیں، جو بنیادی طور پر الیکٹرک گاڑیوں، فوٹو وولٹک اور دیگر شعبوں میں استعمال ہوتے ہیں۔ نیم موصلیت پر گیلیم نائٹرائڈ ایپیٹیکسیل پرت کو بڑھاناسلکان کاربائیڈ سبسٹریٹمزید ریڈیو فریکوئنسی ڈیوائسز بنا سکتے ہیں، جو 5G کمیونیکیشنز اور دیگر شعبوں میں استعمال ہوتے ہیں۔

فی الحال، سلکان کاربائیڈ انڈسٹری چین میں سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹس میں سب سے زیادہ تکنیکی رکاوٹیں ہیں، اور سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹس کو پیدا کرنا سب سے مشکل ہے۔

SiC کی پیداواری رکاوٹ مکمل طور پر حل نہیں ہوئی ہے، اور خام مال کے کرسٹل ستونوں کا معیار غیر مستحکم ہے اور پیداوار کا مسئلہ ہے، جس کی وجہ سے SiC آلات کی قیمت زیادہ ہے۔ سلیکون مواد کو کرسٹل راڈ میں بڑھنے میں اوسطاً صرف 3 دن لگتے ہیں، لیکن سلیکون کاربائیڈ کرسٹل راڈ میں ایک ہفتہ لگتا ہے۔ ایک عام سیلیکون کرسٹل راڈ 200 سینٹی میٹر لمبا ہو سکتا ہے، لیکن ایک سلکان کاربائیڈ کرسٹل راڈ صرف 2 سینٹی میٹر لمبا ہو سکتا ہے۔ مزید یہ کہ، SiC بذات خود ایک سخت اور ٹوٹنے والا مواد ہے، اور اس سے بنے ویفرز روایتی مکینیکل کٹنگ ویفر ڈائسنگ کا استعمال کرتے ہوئے کنارے چپکنے کا خطرہ رکھتے ہیں، جو مصنوعات کی پیداوار اور قابل اعتماد کو متاثر کرتا ہے۔ SiC سبسٹریٹس روایتی سلیکون انگوٹس سے بہت مختلف ہیں، اور سلکان کاربائیڈ کو ہینڈل کرنے کے لیے آلات، عمل، پروسیسنگ سے لے کر کاٹنے تک ہر چیز کو تیار کرنے کی ضرورت ہے۔

سلکان کاربائیڈ انڈسٹری چین کو بنیادی طور پر چار بڑے لنکس میں تقسیم کیا گیا ہے: سبسٹریٹ، ایپیٹیکسی، ڈیوائسز اور ایپلی کیشنز۔ سبسٹریٹ میٹریل انڈسٹری چین کی بنیاد ہیں، ایپیٹیکسیل میٹریل ڈیوائس مینوفیکچرنگ کی کلید ہیں، ڈیوائسز انڈسٹری چین کا مرکز ہیں، اور ایپلی کیشنز صنعتی ترقی کے لیے محرک ہیں۔ اپ اسٹریم انڈسٹری خام مال کا استعمال کرتے ہوئے سبسٹریٹ مٹیریل بنانے کے لیے فزیکل وانپ سبلیمیشن کے طریقوں اور دیگر طریقوں سے استعمال کرتی ہے، اور پھر epitaxial مواد کو اگانے کے لیے کیمیائی بخارات جمع کرنے کے طریقے اور دیگر طریقے استعمال کرتی ہے۔ مڈ اسٹریم انڈسٹری ریڈیو فریکوئنسی ڈیوائسز، پاور ڈیوائسز اور دیگر ڈیوائسز بنانے کے لیے اپ اسٹریم میٹریل کا استعمال کرتی ہے، جو بالآخر ڈاون اسٹریم 5G کمیونیکیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ ، الیکٹرک گاڑیاں، ریل ٹرانزٹ، وغیرہ۔ ان میں، سبسٹریٹ اور ایپیٹیکسی انڈسٹری چین کی لاگت کا 60% حصہ ہیں اور انڈسٹری چین کی اہم قیمت ہیں۔

SiC سبسٹریٹ: SiC کرسٹل عام طور پر لیلی طریقہ استعمال کرتے ہوئے تیار کیے جاتے ہیں۔ بین الاقوامی مرکزی دھارے کی مصنوعات 4 انچ سے 6 انچ تک منتقل ہو رہی ہیں، اور 8 انچ کی ترسیلی سبسٹریٹ مصنوعات تیار کی گئی ہیں۔ گھریلو سبسٹریٹس بنیادی طور پر 4 انچ ہوتے ہیں۔ چونکہ موجودہ 6 انچ کی سلکان ویفر پروڈکشن لائنوں کو اپ گریڈ کیا جا سکتا ہے اور SiC آلات تیار کرنے کے لیے تبدیل کیا جا سکتا ہے، اس لیے 6 انچ کے SiC سبسٹریٹس کا اعلیٰ مارکیٹ شیئر طویل عرصے تک برقرار رکھا جائے گا۔

سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ کا عمل پیچیدہ اور پیدا کرنا مشکل ہے۔ سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ ایک کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹر سنگل کرسٹل مواد ہے جو دو عناصر پر مشتمل ہے: کاربن اور سلکان۔ فی الحال، صنعت بنیادی طور پر اعلی طہارت کاربن پاؤڈر اور اعلی طہارت سلکان پاؤڈر کو خام مال کے طور پر سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کی ترکیب کے لیے استعمال کرتی ہے۔ ایک خاص درجہ حرارت کے میدان کے تحت، بالغ جسمانی بخارات کی ترسیل کا طریقہ (PVT طریقہ) مختلف سائز کے سلکان کاربائیڈ کو کرسٹل گروتھ فرنس میں اگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ کرسٹل پنڈ کو آخر کار پروسیس کیا جاتا ہے، کاٹا جاتا ہے، گراؤنڈ کیا جاتا ہے، پالش کیا جاتا ہے، صاف کیا جاتا ہے اور دیگر متعدد عملوں سے سلیکن کاربائیڈ سبسٹریٹ تیار کیا جاتا ہے۔