سلکان کاربائیڈ کی تکنیکی رکاوٹیں کیا ہیں؟Ⅱ

مستحکم کارکردگی کے ساتھ اعلیٰ معیار کے سلکان کاربائیڈ ویفرز کو بڑے پیمانے پر پیدا کرنے میں تکنیکی مشکلات میں شامل ہیں:
1) چونکہ کرسٹل کو 2000 ° C سے زیادہ درجہ حرارت پر مہر بند ماحول میں بڑھنے کی ضرورت ہے، اس لیے درجہ حرارت پر قابو پانے کی ضروریات بہت زیادہ ہیں۔
2) چونکہ سلکان کاربائیڈ میں 200 سے زیادہ کرسٹل ڈھانچے ہیں، لیکن سنگل کرسٹل سلکان کاربائیڈ کے صرف چند ڈھانچے ہی مطلوبہ سیمی کنڈکٹر مواد ہیں، اس لیے سلکان سے کاربن کا تناسب، درجہ حرارت کی نمو، اور کرسٹل کی نمو کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے۔ کرسٹل ترقی کے عمل. پیرامیٹرز جیسے رفتار اور ہوا کے بہاؤ کا دباؤ؛
3) بخارات کے مرحلے کی ترسیل کے طریقہ کار کے تحت، سلکان کاربائیڈ کرسٹل کی ترقی کی قطر کی توسیع ٹیکنالوجی انتہائی مشکل ہے؛
4) سلکان کاربائیڈ کی سختی ہیرے کے قریب ہے، اور کاٹنے، پیسنے اور پالش کرنے کی تکنیک مشکل ہے۔

SiC epitaxial wafers: عام طور پر کیمیائی بخارات جمع کرنے (CVD) طریقہ سے تیار کیا جاتا ہے۔ ڈوپنگ کی مختلف اقسام کے مطابق، انہیں n-type اور p-type epitaxial wafers میں تقسیم کیا گیا ہے۔ گھریلو Hantian Tiancheng اور Dongguan Tianyu پہلے ہی 4-inch/6-inch SiC epitaxial wafers فراہم کر سکتے ہیں۔ SiC ایپیٹیکسی کے لیے، ہائی وولٹیج فیلڈ میں کنٹرول کرنا مشکل ہے، اور SiC ایپیٹیکسی کے معیار کا SiC آلات پر زیادہ اثر پڑتا ہے۔ مزید برآں، epitaxial آلات پر صنعت کی چار معروف کمپنیوں کی اجارہ داری ہے: Axitron، LPE، TEL اور Nuflare۔

سلیکن کاربائیڈ ایپیٹیکسیلویفر سے مراد ایک سلکان کاربائیڈ ویفر ہے جس میں ایک واحد کرسٹل فلم (ایپٹیکسیل پرت) مخصوص ضروریات کے ساتھ اور وہی سبسٹریٹ کرسٹل جیسی اصل سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ پر اگائی جاتی ہے۔ Epitaxial ترقی بنیادی طور پر CVD (کیمیائی بخارات جمع کرنے، ) آلات یا MBE (مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی) کا سامان استعمال کرتی ہے۔ چونکہ سلکان کاربائیڈ ڈیوائسز براہ راست ایپیٹیکسیل پرت میں تیار کی جاتی ہیں، اس لیے ایپیٹیکسیل پرت کا معیار براہ راست ڈیوائس کی کارکردگی اور پیداوار کو متاثر کرتا ہے۔ جیسا کہ ڈیوائس کی وولٹیج برداشت کرنے کی کارکردگی میں اضافہ ہوتا رہتا ہے، متعلقہ ایپیٹیکسیل پرت کی موٹائی زیادہ موٹی ہوتی جاتی ہے اور کنٹرول زیادہ مشکل ہو جاتا ہے۔ عام طور پر، جب وولٹیج 600V کے لگ بھگ ہوتا ہے، مطلوبہ ایپیٹیکسیل پرت کی موٹائی تقریباً 6 مائکرون ہوتی ہے۔ جب وولٹیج 1200-1700V کے درمیان ہوتا ہے، تو مطلوبہ epitaxial تہہ کی موٹائی 10-15 microns تک پہنچ جاتی ہے۔ اگر وولٹیج 10,000 وولٹ سے زیادہ تک پہنچ جائے تو 100 مائیکرون سے زیادہ کی epitaxial تہہ کی موٹائی کی ضرورت ہو سکتی ہے۔ جیسا کہ اپیٹیکسیل پرت کی موٹائی بڑھتی جارہی ہے، موٹائی اور مزاحمتی یکسانیت اور خرابی کی کثافت کو کنٹرول کرنا مشکل ہوتا جاتا ہے۔

SiC ڈیوائسز: بین الاقوامی سطح پر، 600~1700V SiC SBD اور MOSFET کو صنعتی بنایا گیا ہے۔ مرکزی دھارے کی مصنوعات 1200V سے کم وولٹیج کی سطح پر کام کرتی ہیں اور بنیادی طور پر TO پیکیجنگ کو اپناتی ہیں۔ قیمتوں کے لحاظ سے، بین الاقوامی مارکیٹ میں SiC مصنوعات کی قیمت ان کے Si ہم منصبوں سے تقریباً 5-6 گنا زیادہ ہے۔ تاہم، قیمتیں 10% کی سالانہ شرح سے کم ہو رہی ہیں۔ اگلے 2-3 سالوں میں اپ اسٹریم مواد اور ڈیوائس کی پیداوار میں توسیع کے ساتھ، مارکیٹ کی سپلائی میں اضافہ ہوگا، جس سے قیمتوں میں مزید کمی واقع ہوگی۔ یہ توقع کی جاتی ہے کہ جب قیمت Si پروڈکٹس کے 2-3 گنا تک پہنچ جائے گی، نظام کی لاگت میں کمی اور بہتر کارکردگی سے حاصل ہونے والے فوائد بتدریج SiC کو Si آلات کی مارکیٹ کی جگہ پر قبضہ کرنے کے لیے آگے بڑھائیں گے۔
روایتی پیکیجنگ سلکان پر مبنی سبسٹریٹس پر مبنی ہے، جبکہ تیسری نسل کے سیمی کنڈکٹر مواد کو بالکل نئے ڈیزائن کی ضرورت ہوتی ہے۔ وسیع بینڈ گیپ پاور ڈیوائسز کے لیے روایتی سلکان پر مبنی پیکیجنگ ڈھانچے کا استعمال فریکوئنسی، تھرمل مینجمنٹ، اور وشوسنییتا سے متعلق نئے مسائل اور چیلنجز متعارف کروا سکتا ہے۔ SiC پاور ڈیوائسز پرجیوی کیپیسیٹینس اور انڈکٹنس کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں۔ Si آلات کے مقابلے میں، SiC پاور چپس میں سوئچنگ کی رفتار تیز ہوتی ہے، جو اوور شوٹ، دوغلا پن، سوئچنگ کے نقصانات، اور یہاں تک کہ ڈیوائس کی خرابی کا باعث بن سکتی ہے۔ مزید برآں، SiC پاور ڈیوائسز زیادہ درجہ حرارت پر کام کرتی ہیں، جس کے لیے تھرمل مینجمنٹ کی مزید جدید تکنیکوں کی ضرورت ہوتی ہے۔

وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر پاور پیکیجنگ کے میدان میں مختلف قسم کے ڈھانچے تیار کیے گئے ہیں۔ روایتی سی پر مبنی پاور ماڈیول پیکیجنگ اب موزوں نہیں ہے۔ روایتی Si-based پاور ماڈیول پیکیجنگ کے اعلیٰ طفیلی پیرامیٹرز اور گرمی کی کھپت کی خراب کارکردگی کے مسائل کو حل کرنے کے لیے، SiC پاور ماڈیول پیکیجنگ اپنی ساخت میں وائرلیس انٹر کنکشن اور ڈبل سائیڈ کولنگ ٹیکنالوجی کو اپناتی ہے، اور بہتر تھرمل کے ساتھ سبسٹریٹ مواد کو بھی اپناتی ہے۔ چالکتا، اور decoupling capacitors، درجہ حرارت/موجودہ سینسر، اور ڈرائیو سرکٹس کو ماڈیول ڈھانچے میں ضم کرنے کی کوشش کی، اور مختلف ماڈیول پیکیجنگ ٹیکنالوجیز تیار کیں۔ مزید یہ کہ SiC ڈیوائس کی تیاری میں اعلیٰ تکنیکی رکاوٹیں ہیں اور پیداواری لاگت زیادہ ہے۔

سلیکن کاربائیڈ ڈیوائسز سی وی ڈی کے ذریعے سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ پر ایپیٹیکسیل تہوں کو جمع کرکے تیار کی جاتی ہیں۔ اس عمل میں صفائی، آکسیڈیشن، فوٹو لیتھوگرافی، اینچنگ، فوٹو ریزسٹ کی سٹرپنگ، آئن امپلانٹیشن، سلکان نائٹرائڈ کی کیمیائی بخارات جمع کرنا، پالش کرنا، سپٹرنگ کرنا، اور ایس آئی سی سنگل کرسٹل سبسٹریٹ پر ڈیوائس کی ساخت بنانے کے لیے بعد میں پروسیسنگ کے اقدامات شامل ہیں۔ SiC پاور ڈیوائسز کی اہم اقسام میں SiC diodes، SiC ٹرانجسٹر، اور SiC پاور ماڈیول شامل ہیں۔ سست اپ اسٹریم مواد کی پیداوار کی رفتار اور کم پیداوار کی شرح جیسے عوامل کی وجہ سے، سلکان کاربائیڈ ڈیوائسز کی پیداواری لاگت نسبتاً زیادہ ہوتی ہے۔

اس کے علاوہ، سلکان کاربائیڈ ڈیوائس کی تیاری میں کچھ تکنیکی مشکلات ہیں:
1) ایک مخصوص عمل تیار کرنا ضروری ہے جو سلکان کاربائیڈ مواد کی خصوصیات کے مطابق ہو۔ مثال کے طور پر: SiC میں زیادہ پگھلنے کا نقطہ ہے، جو روایتی تھرمل بازی کو غیر موثر بناتا ہے۔ آئن امپلانٹیشن ڈوپنگ کا طریقہ استعمال کرنا اور درجہ حرارت، حرارتی شرح، مدت، اور گیس کے بہاؤ جیسے پیرامیٹرز کو درست طریقے سے کنٹرول کرنا ضروری ہے۔ SiC کیمیائی سالوینٹس کے لیے غیر فعال ہے۔ خشک اینچنگ جیسے طریقے استعمال کیے جائیں، اور ماسک مواد، گیس مکسچر، سائیڈ وال ڈھلوان پر کنٹرول، اینچنگ کی شرح، سائیڈ وال کی کھردری وغیرہ کو بہتر اور تیار کیا جانا چاہیے۔
2) سلکان کاربائیڈ ویفرز پر دھاتی الیکٹروڈ کی تیاری کے لیے 10-5Ω2 سے نیچے رابطہ مزاحمت کی ضرورت ہوتی ہے۔ الیکٹروڈ مواد جو ضروریات کو پورا کرتا ہے، Ni اور Al، 100 ° C سے اوپر کا تھرمل استحکام کم ہے، لیکن Al/Ni بہتر تھرمل استحکام رکھتا ہے۔ /W/AU جامع الیکٹروڈ مواد کی رابطہ مخصوص مزاحمت 10-3Ω2 زیادہ ہے۔
3) SiC میں کٹنگ کا لباس زیادہ ہے، اور SiC کی سختی ہیرے کے بعد دوسرے نمبر پر ہے، جو کاٹنے، پیسنے، پالش کرنے اور دیگر ٹیکنالوجیز کے لیے اعلیٰ تقاضوں کو آگے بڑھاتی ہے۔
مزید یہ کہ ٹرینچ سلکان کاربائیڈ پاور ڈیوائسز تیار کرنا زیادہ مشکل ہے۔ مختلف ڈیوائس ڈھانچے کے مطابق، سلکان کاربائیڈ پاور ڈیوائسز کو بنیادی طور پر پلانر ڈیوائسز اور ٹرینچ ڈیوائسز میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔ پلانر سلکان کاربائیڈ پاور ڈیوائسز میں یونٹ کی مستقل مزاجی اور سادہ مینوفیکچرنگ کا عمل ہوتا ہے، لیکن یہ JFET اثر کا شکار ہوتے ہیں اور ان میں پرجیوی کیپیسیٹینس اور ریاستی مزاحمت زیادہ ہوتی ہے۔ پلانر ڈیوائسز کے مقابلے، ٹرینچ سلکان کاربائیڈ پاور ڈیوائسز میں یونٹ کی مستقل مزاجی کم ہوتی ہے اور ان میں مینوفیکچرنگ کا عمل زیادہ پیچیدہ ہوتا ہے۔ تاہم، خندق کا ڈھانچہ ڈیوائس یونٹ کی کثافت کو بڑھانے کے لیے سازگار ہے اور JFET اثر پیدا کرنے کا امکان کم ہے، جو چینل کی نقل و حرکت کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے فائدہ مند ہے۔ اس میں بہترین خصوصیات ہیں جیسے چھوٹی آن مزاحمت، چھوٹی پرجیوی گنجائش، اور کم سوئچنگ توانائی کی کھپت۔ اس کی قیمت اور کارکردگی کے اہم فوائد ہیں اور یہ سلکان کاربائیڈ پاور ڈیوائسز کی ترقی کی مرکزی دھارے کی سمت بن گیا ہے۔ Rohm کی آفیشل ویب سائٹ کے مطابق، ROHM Gen3 ڈھانچہ (Gen1 Trench کا ڈھانچہ) Gen2 (Plannar2) چپ کے علاقے کا صرف 75% ہے، اور ROHM Gen3 ڈھانچہ کی مزاحمت اسی چپ سائز کے تحت 50% تک کم ہو گئی ہے۔

سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ، ایپیٹیکسی، فرنٹ اینڈ، آر اینڈ ڈی اخراجات اور دیگر کا حصہ بالترتیب 47%، 23%، 19%، 6% اور 5% سلکان کاربائیڈ ڈیوائسز کی مینوفیکچرنگ لاگت کا ہے۔

آخر میں، ہم سلیکون کاربائیڈ انڈسٹری چین میں سبسٹریٹس کی تکنیکی رکاوٹوں کو توڑنے پر توجہ مرکوز کریں گے۔

سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹس کی پیداوار کا عمل سلکان پر مبنی سبسٹریٹس جیسا ہے، لیکن زیادہ مشکل ہے۔
سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ کے مینوفیکچرنگ کے عمل میں عام طور پر خام مال کی ترکیب، کرسٹل گروتھ، پنڈ پروسیسنگ، انگوٹ کٹنگ، ویفر گرائنڈنگ، پالش، صفائی اور دیگر لنکس شامل ہوتے ہیں۔
کرسٹل کی ترقی کا مرحلہ پورے عمل کا بنیادی حصہ ہے، اور یہ مرحلہ سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ کی برقی خصوصیات کا تعین کرتا ہے۔

سلیکن کاربائیڈ مواد کو عام حالات میں مائع مرحلے میں بڑھنا مشکل ہوتا ہے۔ وانپ فیز گروتھ کا طریقہ جو آج مارکیٹ میں مقبول ہے اس کا گروتھ کا درجہ حرارت 2300 ° C سے زیادہ ہے اور اس کے لیے نمو کے درجہ حرارت پر درست کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔ پورے آپریشن کے عمل کا مشاہدہ کرنا تقریبا مشکل ہے۔ ایک معمولی غلطی پروڈکٹ کو ختم کرنے کا باعث بنے گی۔ اس کے مقابلے میں، سلیکون مواد کو صرف 1600℃ کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ بہت کم ہے۔ سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹس کی تیاری میں بھی دشواریوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے جیسے کرسٹل کی سست ترقی اور اعلی کرسٹل فارم کی ضروریات۔ سلکان کاربائیڈ ویفر کی نشوونما میں تقریباً 7 سے 10 دن لگتے ہیں، جبکہ سلیکون راڈ کو کھینچنے میں صرف ڈھائی دن لگتے ہیں۔ مزید یہ کہ سیلیکون کاربائیڈ ایک ایسا مواد ہے جس کی سختی ہیرے کے بعد دوسرے نمبر پر ہے۔ یہ کاٹنے، پیسنے اور پالش کرنے کے دوران بہت کچھ کھو دے گا، اور پیداوار کا تناسب صرف 60% ہے۔

ہم جانتے ہیں کہ رجحان سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹس کے سائز کو بڑھانے کا ہے، جیسا کہ سائز میں اضافہ ہوتا جا رہا ہے، قطر کی توسیع کی ٹیکنالوجی کی ضروریات زیادہ سے زیادہ ہوتی جا رہی ہیں۔ کرسٹل کی تکراری نمو حاصل کرنے کے لیے اسے مختلف تکنیکی کنٹرول عناصر کے امتزاج کی ضرورت ہوتی ہے۔