ለሲሊኮን ካርቦይድ የቴክኒክ እንቅፋቶች ምንድናቸው?

የመጀመሪያው የሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ትውልድ በባህላዊ ሲሊኮን (ሲ) እና ጀርማኒየም (ጂ) የተወከለ ሲሆን እነዚህም ለተቀናጀ የወረዳ ማምረቻ መሠረት ናቸው። በዝቅተኛ ቮልቴጅ፣ በዝቅተኛ ድግግሞሽ እና ዝቅተኛ ኃይል ባላቸው ትራንዚስተሮች እና መመርመሪያዎች በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ። ከ90% በላይ የሚሆኑት የሴሚኮንዳክተር ምርቶች ከሲሊኮን ላይ ከተመሰረቱ ቁሳቁሶች የተሠሩ ናቸው፤
የሁለተኛው ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች በጋሊየም አርሴናይድ (GaAs)፣ በኢንዲየም ፎስፌድ (InP) እና በጋሊየም ፎስፌድ (GaP) ይወከላሉ። ከሲሊኮን ላይ ከተመሰረቱ መሳሪያዎች ጋር ሲነፃፀሩ ከፍተኛ ድግግሞሽ እና ከፍተኛ ፍጥነት ያለው የኦፕቶኤሌክትሮኒክ ባህሪያት አሏቸው እና በኦፕቶኤሌክትሮኒክስ እና በማይክሮኤሌክትሮኒክስ መስኮች በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ።
የሶስተኛው ትውልድ የሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች እንደ ሲሊከን ካርቦይድ (SiC)፣ ጋሊየም ናይትራይድ (GaN)፣ ዚንክ ኦክሳይድ (ZnO)፣ አልማዝ (C) እና አሉሚኒየም ናይትራይድ (AlN) ባሉ ብቅ ባሉ ቁሶች ይወከላሉ።

ሲሊከን ካርቦይድየሶስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ልማት አስፈላጊ መሠረታዊ ቁሳቁስ ነው። የሲሊኮን ካርቦይድ የኃይል መሳሪያዎች ከፍተኛ ብቃት፣ አነስተኛነት እና ቀላል ክብደት ያላቸውን የኃይል ኤሌክትሮኒክስ ስርዓቶችን በጥሩ ሁኔታ በከፍተኛ ቮልቴጅ መቋቋም፣ ከፍተኛ የሙቀት መጠን መቋቋም፣ ዝቅተኛ ኪሳራ እና ሌሎች ባህሪያትን በብቃት ማሟላት ይችላሉ።

ከፍተኛ አካላዊ ባህሪያቱ ስላሉት፡ ከፍተኛ የባንድ ክፍተት (ከከፍተኛ የኤሌክትሪክ መስክ እና ከፍተኛ የኃይል ጥግግት ጋር የሚመጣጠን)፣ ከፍተኛ የኤሌክትሪክ ኮንዳክቲቭሽን እና ከፍተኛ የሙቀት ኮንዳክቲቭነት ስላለው፣ ወደፊት ሴሚኮንዳክተር ቺፖችን ለመሥራት በስፋት ጥቅም ላይ የሚውለው መሠረታዊ ቁሳቁስ እንደሚሆን ይጠበቃል። በተለይም በአዲስ የኃይል ተሽከርካሪዎች፣ በፎቶቮልታይክ የኃይል ማመንጫ፣ በባቡር ትራንዚት፣ በስማርት ግሪዶች እና በሌሎች መስኮች፣ ግልጽ ጥቅሞች አሉት።

የሲሲ የምርት ሂደት በሦስት ዋና ዋና ደረጃዎች የተከፈለ ነው፡ የሲሲ ነጠላ ክሪስታል እድገት፣ የኤፒታክሲያል ንብርብር እድገት እና የመሳሪያ ማምረቻ፣ እነዚህም ከኢንዱስትሪ ሰንሰለቱ አራት ዋና ዋና አገናኞች ጋር የሚዛመዱ ናቸው፡ንጣፍ, ኤፒታክሲ, መሳሪያዎች እና ሞጁሎች።

ዋናው የንጣፎችን የማምረት ዘዴ በመጀመሪያ የፊዚካል ትነት ሰርቢሊሜሽን ዘዴን በመጠቀም ዱቄቱን በከፍተኛ ሙቀት ባለው የቫክዩም አካባቢ ውስጥ ለማቅለጥ እና በዘር ክሪስታል ወለል ላይ የሲሊኮን ካርቦይድ ክሪስታሎችን በሙቀት መስክ ቁጥጥር ስር ለማብቀል ይጠቀማል። የሲሊኮን ካርቦይድ ዋፈርን እንደ ንጣፍ በመጠቀም፣ የኬሚካል ትነት ክምችት በዋፈር ላይ አንድ ነጠላ ክሪስታል ንብርብር ለማስቀመጥ እና ኤፒታክሲያል ዋፈር ለመፍጠር ይጠቅማል። ከእነዚህም መካከል፣ በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች፣ በፎቶቮልታይኮች እና በሌሎች መስኮች ላይ የሲሊኮን ካርቦይድ ኤፒታክሲያል ንብርብር ማሳደግ ወደ ኃይል መሳሪያዎች ሊሠራ ይችላል፤ እነዚህም በዋናነት በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች፣ በፎቶቮልታይኮች እና በሌሎች መስኮች ላይ ጥቅም ላይ ይውላሉ፤ የጋሊየም ናይትራይድ ኤፒታክሲያል ንብርብርን በግማሽ-ኢንሱሌሽን ላይ ማሳደግየሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፍበተጨማሪም በ5ጂ ኮሙኒኬሽን እና በሌሎች መስኮች ጥቅም ላይ የሚውሉ የሬዲዮ ፍሪኩዌንሲ መሳሪያዎች ሊሆኑ ይችላሉ።

ለጊዜው፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፎች በሲሊኮን ካርቦይድ ኢንዱስትሪ ሰንሰለት ውስጥ ከፍተኛውን የቴክኒክ እንቅፋቶች አሏቸው፣ እና የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፎች ለማምረት በጣም አስቸጋሪ ናቸው።

የSiC የምርት ማነቆ ሙሉ በሙሉ አልተፈታም፣ የጥሬ እቃው የክሪስታል ምሰሶዎች ጥራት ያልተረጋጋ ሲሆን የምርት ችግርም አለ፣ ይህም የSiC መሳሪያዎችን ከፍተኛ ዋጋ ያስከትላል። የሲሊኮን ቁሳቁስ ወደ ክሪስታል ዘንግ እስኪያድግ ድረስ በአማካይ 3 ቀናት ብቻ ይወስዳል፣ ነገር ግን የሲሊኮን ካርቦይድ ክሪስታል ዘንግ ለአንድ ሳምንት ይወስዳል። አጠቃላይ የሲሊኮን ክሪስታል ዘንግ 200 ሴ.ሜ ርዝመት ሊያድግ ይችላል፣ ነገር ግን የሲሊኮን ካርቦይድ ክሪስታል ዘንግ 2 ሴ.ሜ ርዝመት ብቻ ሊያድግ ይችላል። ከዚህም በላይ፣ SiC ራሱ ጠንካራ እና ተሰባሪ ቁሳቁስ ነው፣ እና ከእሱ የተሰሩ ዋፈሮች ባህላዊ ሜካኒካል የመቁረጫ ዋፈር ዲሲንግ ሲጠቀሙ ለጠርዝ መቆራረጥ የተጋለጡ ናቸው፣ ይህም የምርት ምርትን እና አስተማማኝነትን ይነካል። የSiC ንጣፎች ከባህላዊ የሲሊኮን ኢንጎት በጣም የተለዩ ናቸው፣ እና ከመሳሪያዎች፣ ሂደቶች፣ ማቀነባበሪያ እስከ መቁረጥ ያሉ ሁሉም ነገሮች ሲሊኮን ካርቦይድን ለመቆጣጠር መዘጋጀት አለባቸው።

የሲሊኮን ካርቦይድ ኢንዱስትሪ ሰንሰለት በዋናነት በአራት ዋና ዋና አገናኞች የተከፈለ ነው፡- ንጣፎች፣ ኤፒታክሲ፣ መሳሪያዎች እና አፕሊኬሽኖች። የንጣፎች ቁሳቁሶች የኢንዱስትሪው ሰንሰለት መሠረት ናቸው፣ የንጣፎች ቁሳቁሶች ለመሳሪያ ማምረቻ ቁልፍ ናቸው፣ መሳሪያዎች የኢንዱስትሪው ሰንሰለት እምብርት ናቸው፣ እና አፕሊኬሽኖች ለኢንዱስትሪ ልማት አንቀሳቃሽ ኃይል ናቸው። የላይኛው ኢንዱስትሪው የንጣፎችን ቁሳቁሶች በአካላዊ የእንፋሎት ንዑስ-ሰሌሚሽን ዘዴዎች እና ሌሎች ዘዴዎች ለመሥራት ጥሬ እቃዎችን ይጠቀማል፣ ከዚያም የንጣፎችን ማከማቻ ዘዴዎችን እና ሌሎች ዘዴዎችን በመጠቀም የንጣፎችን ኤፒታክሲያል ቁሳቁሶችን ለማሳደግ ይጠቀማል። የመሃል ዥረት ኢንዱስትሪው የሬዲዮ ፍሪኩዌንሲ መሳሪያዎችን፣ የኃይል መሳሪያዎችን እና ሌሎች መሳሪያዎችን ለማምረት የላይኛውን ቁሳቁስ ይጠቀማል፣ እነዚህም በመጨረሻ በ5ጂ ግንኙነቶች፣ በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች፣ በባቡር ትራንዚት፣ ወዘተ. ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላሉ። ከእነዚህም መካከል ንጣፎች እና ኤፒታክሲ የኢንዱስትሪውን ሰንሰለት ዋጋ 60% ይይዛሉ እና የኢንዱስትሪው ሰንሰለት ዋና እሴት ናቸው።

የሲሲ ንጣፎች፡ የሲሲ ክሪስታሎች ብዙውን ጊዜ የሚመረቱት በሌሊ ዘዴ ነው። ዓለም አቀፍ ዋና ዋና ምርቶች ከ4 ኢንች ወደ 6 ኢንች እየተሸጋገሩ ሲሆን 8 ኢንች የሚያስተላልፉ የንጣፎች ምርቶችም ተዘጋጅተዋል። የሀገር ውስጥ ንጣፎች በዋናነት 4 ኢንች ናቸው። አሁን ያሉት 6 ኢንች የሲሊኮን ንጣፎች የማምረቻ መስመሮች ሊሻሻሉ እና ወደ ሲሲ መሳሪያዎች ሊለወጡ ስለሚችሉ፣ የ6 ኢንች የሲሲ ንጣፎች ከፍተኛ የገበያ ድርሻ ለረጅም ጊዜ ይቆያል።

የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፍ ሂደት ውስብስብ እና ለማምረት አስቸጋሪ ነው። የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፍ ሁለት ንጥረ ነገሮችን ያቀፈ ውህድ ሴሚኮንዳክተር ነጠላ ክሪስታል ቁሳቁስ ነው፡ ካርቦን እና ሲሊከን። በአሁኑ ጊዜ ኢንዱስትሪው በዋናነት ከፍተኛ ንፁህ የካርቦን ዱቄት እና ከፍተኛ ንፁህ የሲሊኮን ዱቄት እንደ ጥሬ ዕቃዎች ይጠቀማል። በልዩ የሙቀት መስክ ስር፣ የበሰለ አካላዊ የእንፋሎት ማስተላለፊያ ዘዴ (PVT ዘዴ) በክሪስታል እድገት ምድጃ ውስጥ የተለያዩ መጠኖች ያላቸውን የሲሊኮን ካርቦይድ ለማብቀል ይጠቅማል። የክሪስታል ኢንጎት በመጨረሻ ይዘጋጃል፣ ይቆርጣል፣ ይፈጫል፣ ይጸዳል፣ ይጸዳል እና ሌሎች በርካታ ሂደቶችን በመጠቀም የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፍ ይፈጥራል።