সিলিকন কার্বাইডের প্রযুক্তিগত বাধাগুলি কী কী?Ⅱ

স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা সম্পন্ন উচ্চ-মানের সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারগুলির টেকনিক্যাল অসুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে:

১) যেহেতু স্ফটিকগুলিকে ২০০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে উচ্চ-তাপমাত্রা সিল করা পরিবেশে বৃদ্ধি পেতে হয়, তাই তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনীয়তা অত্যন্ত বেশি;
২) যেহেতু সিলিকন কার্বাইডে ২০০ টিরও বেশি স্ফটিক কাঠামো রয়েছে, কিন্তু একক-স্ফটিক সিলিকন কার্বাইডের মাত্র কয়েকটি কাঠামোই প্রয়োজনীয় অর্ধপরিবাহী উপাদান, তাই স্ফটিক বৃদ্ধির প্রক্রিয়া চলাকালীন সিলিকন-থেকে-কার্বন অনুপাত, বৃদ্ধির তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট এবং স্ফটিক বৃদ্ধি সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন। গতি এবং বায়ু প্রবাহের চাপের মতো পরামিতি;
৩) বাষ্প পর্যায় সংক্রমণ পদ্ধতির অধীনে, সিলিকন কার্বাইড স্ফটিক বৃদ্ধির ব্যাস সম্প্রসারণ প্রযুক্তি অত্যন্ত কঠিন;
৪) সিলিকন কার্বাইডের কঠোরতা হীরার কাছাকাছি, এবং কাটা, পিষে ফেলা এবং পালিশ করার কৌশলগুলি কঠিন।

SiC এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফার: সাধারণত রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) পদ্ধতিতে তৈরি করা হয়। বিভিন্ন ডোপিং প্রকার অনুসারে, এগুলি n-টাইপ এবং p-টাইপ এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারে বিভক্ত। দেশীয় হানতিয়ান তিয়ানচেং এবং ডংগুয়ান তিয়ান্যু ইতিমধ্যেই 4-ইঞ্চি/6-ইঞ্চি SiC এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফার সরবরাহ করতে পারে। SiC এপিট্যাক্সির জন্য, উচ্চ-ভোল্টেজ ক্ষেত্রে নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, এবং SiC এপিট্যাক্সির গুণমান SiC ডিভাইসের উপর বেশি প্রভাব ফেলে। অধিকন্তু, এপিট্যাক্সিয়াল সরঞ্জামগুলি শিল্পের চারটি শীর্ষস্থানীয় কোম্পানি দ্বারা একচেটিয়াভাবে দখল করা হয়েছে: Axitron, LPE, TEL এবং Nuflare।

সিলিকন কার্বাইড এপিট্যাক্সিয়ালওয়েফার বলতে সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারকে বোঝায় যেখানে একটি একক স্ফটিক ফিল্ম (এপিট্যাক্সিয়াল স্তর) নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা সহ এবং সাবস্ট্রেট স্ফটিকের মতোই মূল সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটে জন্মানো হয়। এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির জন্য মূলত CVD (রাসায়নিক বাষ্প জমা, ) সরঞ্জাম বা MBE (আণবিক বিম এপিট্যাক্সি) সরঞ্জাম ব্যবহার করা হয়। যেহেতু সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলি সরাসরি এপিট্যাক্সিয়াল স্তরে তৈরি করা হয়, তাই এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের গুণমান সরাসরি ডিভাইসের কর্মক্ষমতা এবং ফলনের উপর প্রভাব ফেলে। ডিভাইসের ভোল্টেজ সহ্য করার ক্ষমতা বৃদ্ধি পাওয়ার সাথে সাথে, সংশ্লিষ্ট এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব ঘন হয়ে যায় এবং নিয়ন্ত্রণ আরও কঠিন হয়ে পড়ে। সাধারণত, যখন ভোল্টেজ প্রায় 600V হয়, তখন প্রয়োজনীয় এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব প্রায় 6 মাইক্রন হয়; যখন ভোল্টেজ 1200-1700V এর মধ্যে থাকে, তখন প্রয়োজনীয় এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব 10-15 মাইক্রনে পৌঁছায়। যদি ভোল্টেজ 10,000 ভোল্টের বেশি পৌঁছায়, তাহলে 100 মাইক্রনের বেশি এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব প্রয়োজন হতে পারে। এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব যত বাড়তে থাকে, ততই পুরুত্ব এবং প্রতিরোধ ক্ষমতার অভিন্নতা এবং ত্রুটির ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণ করা ক্রমশ কঠিন হয়ে পড়ে।

SiC ডিভাইস: আন্তর্জাতিকভাবে, 600~1700V SiC SBD এবং MOSFET শিল্পায়িত হয়েছে। মূলধারার পণ্যগুলি 1200V এর নিচে ভোল্টেজ স্তরে কাজ করে এবং প্রাথমিকভাবে TO প্যাকেজিং গ্রহণ করে। মূল্যের দিক থেকে, আন্তর্জাতিক বাজারে SiC পণ্যগুলির দাম তাদের Si প্রতিরূপের তুলনায় প্রায় 5-6 গুণ বেশি। তবে, দাম বার্ষিক 10% হারে হ্রাস পাচ্ছে। আগামী 2-3 বছরে আপস্ট্রিম উপকরণ এবং ডিভাইস উৎপাদনের সম্প্রসারণের সাথে সাথে, বাজারে সরবরাহ বৃদ্ধি পাবে, যার ফলে আরও দাম হ্রাস পাবে। আশা করা হচ্ছে যে যখন দাম Si পণ্যের তুলনায় 2-3 গুণে পৌঁছাবে, তখন সিস্টেম খরচ হ্রাস এবং উন্নত কর্মক্ষমতা দ্বারা আনা সুবিধাগুলি ধীরে ধীরে SiC কে Si ডিভাইসের বাজার স্থান দখল করতে পরিচালিত করবে।
ঐতিহ্যবাহী প্যাকেজিং সিলিকন-ভিত্তিক সাবস্ট্রেটের উপর ভিত্তি করে তৈরি, যেখানে তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলির জন্য সম্পূর্ণ নতুন নকশা প্রয়োজন। প্রশস্ত-ব্যান্ডগ্যাপ পাওয়ার ডিভাইসগুলির জন্য ঐতিহ্যবাহী সিলিকন-ভিত্তিক প্যাকেজিং কাঠামো ব্যবহার করলে ফ্রিকোয়েন্সি, তাপ ব্যবস্থাপনা এবং নির্ভরযোগ্যতা সম্পর্কিত নতুন সমস্যা এবং চ্যালেঞ্জ তৈরি হতে পারে। SiC পাওয়ার ডিভাইসগুলি পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স এবং ইন্ডাক্ট্যান্সের প্রতি বেশি সংবেদনশীল। Si ডিভাইসের তুলনায়, SiC পাওয়ার চিপগুলির দ্রুত স্যুইচিং গতি রয়েছে, যা ওভারশুট, দোলন, বর্ধিত স্যুইচিং ক্ষতি এবং এমনকি ডিভাইসের ত্রুটির কারণ হতে পারে। অতিরিক্তভাবে, SiC পাওয়ার ডিভাইসগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করে, যার জন্য আরও উন্নত তাপ ব্যবস্থাপনা কৌশল প্রয়োজন।

ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর পাওয়ার প্যাকেজিংয়ের ক্ষেত্রে বিভিন্ন ধরণের কাঠামো তৈরি করা হয়েছে। ঐতিহ্যবাহী Si-ভিত্তিক পাওয়ার মডিউল প্যাকেজিং আর উপযুক্ত নয়। ঐতিহ্যবাহী Si-ভিত্তিক পাওয়ার মডিউল প্যাকেজিংয়ের উচ্চ পরজীবী পরামিতি এবং দুর্বল তাপ অপচয় দক্ষতার সমস্যা সমাধানের জন্য, SiC পাওয়ার মডিউল প্যাকেজিং তার কাঠামোতে ওয়্যারলেস ইন্টারকানেকশন এবং ডাবল-সাইড কুলিং প্রযুক্তি গ্রহণ করে, এবং উন্নত তাপ পরিবাহিতা সহ সাবস্ট্রেট উপকরণগুলিও গ্রহণ করে, এবং মডিউল কাঠামোতে ডিকাপলিং ক্যাপাসিটার, তাপমাত্রা/কারেন্ট সেন্সর এবং ড্রাইভ সার্কিটগুলিকে একীভূত করার চেষ্টা করে এবং বিভিন্ন ধরণের মডিউল প্যাকেজিং প্রযুক্তি তৈরি করে। তাছাড়া, SiC ডিভাইস তৈরিতে উচ্চ প্রযুক্তিগত বাধা রয়েছে এবং উৎপাদন খরচ বেশি।

সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলি সিভিডির মাধ্যমে সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটে এপিট্যাক্সিয়াল স্তর জমা করে তৈরি করা হয়। এই প্রক্রিয়ায় পরিষ্কার, জারণ, ফটোলিথোগ্রাফি, এচিং, ফটোরেজিস্ট স্ট্রিপিং, আয়ন ইমপ্লান্টেশন, সিলিকন নাইট্রাইডের রাসায়নিক বাষ্প জমা, পলিশিং, স্পুটারিং এবং পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণ ধাপগুলি অন্তর্ভুক্ত থাকে যাতে SiC একক স্ফটিক সাবস্ট্রেটে ডিভাইস কাঠামো তৈরি করা যায়। প্রধান ধরণের SiC পাওয়ার ডিভাইসগুলির মধ্যে রয়েছে SiC ডায়োড, SiC ট্রানজিস্টর এবং SiC পাওয়ার মডিউল। ধীর আপস্ট্রিম উপাদান উৎপাদন গতি এবং কম ফলন হারের মতো কারণগুলির কারণে, সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলির উৎপাদন খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি।

এছাড়াও, সিলিকন কার্বাইড ডিভাইস তৈরিতে কিছু প্রযুক্তিগত অসুবিধা রয়েছে:

১) সিলিকন কার্বাইড উপকরণের বৈশিষ্ট্যের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ একটি নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া তৈরি করা প্রয়োজন। উদাহরণস্বরূপ: SiC-এর গলনাঙ্ক উচ্চ, যা ঐতিহ্যবাহী তাপীয় বিস্তারকে অকার্যকর করে তোলে। আয়ন ইমপ্লান্টেশন ডোপিং পদ্ধতি ব্যবহার করা এবং তাপমাত্রা, তাপীকরণের হার, সময়কাল এবং গ্যাস প্রবাহের মতো পরামিতিগুলি সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন; SiC রাসায়নিক দ্রাবকগুলির জন্য নিষ্ক্রিয়। শুষ্ক এচিংয়ের মতো পদ্ধতি ব্যবহার করা উচিত এবং মাস্ক উপকরণ, গ্যাস মিশ্রণ, সাইডওয়াল ঢাল নিয়ন্ত্রণ, এচিং হার, সাইডওয়াল রুক্ষতা ইত্যাদি অপ্টিমাইজ এবং বিকাশ করা উচিত;
২) সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারে ধাতব ইলেকট্রোড তৈরির জন্য ১০-৫Ω২ এর নিচে যোগাযোগ প্রতিরোধের প্রয়োজন হয়। প্রয়োজনীয়তা পূরণকারী ইলেকট্রোড উপকরণ, Ni এবং Al, ১০০°C এর উপরে তাপীয় স্থিতিশীলতা কম থাকে, তবে Al/Ni এর তাপীয় স্থিতিশীলতা ভালো থাকে। /W/Au কম্পোজিট ইলেকট্রোড উপাদানের যোগাযোগ নির্দিষ্ট প্রতিরোধের পরিমাণ ১০-৩Ω২ বেশি;
৩) SiC-এর কাটিং ওয়্যার বেশি, এবং SiC-এর কঠোরতা হীরার পরেই দ্বিতীয়, যা কাটিং, গ্রাইন্ডিং, পলিশিং এবং অন্যান্য প্রযুক্তির জন্য উচ্চতর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।

তাছাড়া, ট্রেঞ্চ সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলি তৈরি করা আরও কঠিন। বিভিন্ন ডিভাইস কাঠামো অনুসারে, সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলিকে প্রধানত প্ল্যানার ডিভাইস এবং ট্রেঞ্চ ডিভাইসে ভাগ করা যেতে পারে। প্ল্যানার সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলির ইউনিট সামঞ্জস্য এবং সহজ উৎপাদন প্রক্রিয়া রয়েছে, তবে JFET প্রভাবের ঝুঁকিতে রয়েছে এবং উচ্চ পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স এবং অন-স্টেট প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। প্ল্যানার ডিভাইসগুলির তুলনায়, ট্রেঞ্চ সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলির ইউনিট সামঞ্জস্য কম এবং আরও জটিল উৎপাদন প্রক্রিয়া রয়েছে। তবে, ট্রেঞ্চ কাঠামো ডিভাইস ইউনিট ঘনত্ব বৃদ্ধির জন্য সহায়ক এবং JFET প্রভাব তৈরি করার সম্ভাবনা কম, যা চ্যানেল গতিশীলতার সমস্যা সমাধানের জন্য উপকারী। এর চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে যেমন ছোট অন-রেজিস্ট্যান্স, ছোট পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স এবং কম সুইচিং শক্তি খরচ। এর উল্লেখযোগ্য খরচ এবং কর্মক্ষমতা সুবিধা রয়েছে এবং এটি সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসগুলির বিকাশের মূলধারার দিক হয়ে উঠেছে। রোহমের অফিসিয়াল ওয়েবসাইট অনুসারে, ROHM Gen3 কাঠামো (Gen1 Trench কাঠামো) Gen2 (Plannar2) চিপ এলাকার মাত্র 75%, এবং একই চিপ আকারের অধীনে ROHM Gen3 কাঠামোর অন-রেজিস্ট্যান্স 50% হ্রাস পায়।

সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসের উৎপাদন খরচের যথাক্রমে ৪৭%, ২৩%, ১৯%, ৬% এবং ৫% সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেট, এপিট্যাক্সি, ফ্রন্ট-এন্ড, গবেষণা ও উন্নয়ন ব্যয় এবং অন্যান্য ব্যয়ের জন্য দায়ী।

পরিশেষে, আমরা সিলিকন কার্বাইড শিল্প শৃঙ্খলে সাবস্ট্রেটের প্রযুক্তিগত বাধাগুলি ভেঙে ফেলার উপর মনোনিবেশ করব।

সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের উৎপাদন প্রক্রিয়া সিলিকন-ভিত্তিক সাবস্ট্রেটের মতোই, তবে আরও কঠিন।
সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের উৎপাদন প্রক্রিয়ার মধ্যে সাধারণত কাঁচামাল সংশ্লেষণ, স্ফটিক বৃদ্ধি, ইনগট প্রক্রিয়াকরণ, ইনগট কাটা, ওয়েফার গ্রাইন্ডিং, পলিশিং, পরিষ্কার এবং অন্যান্য লিঙ্ক অন্তর্ভুক্ত থাকে।
স্ফটিক বৃদ্ধির পর্যায়টি সমগ্র প্রক্রিয়ার মূল, এবং এই ধাপটি সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে।

সিলিকন কার্বাইড উপকরণগুলি স্বাভাবিক পরিস্থিতিতে তরল পর্যায়ে বৃদ্ধি করা কঠিন। বর্তমানে বাজারে জনপ্রিয় বাষ্প পর্যায়ে বৃদ্ধি পদ্ধতির বৃদ্ধির তাপমাত্রা 2300°C এর উপরে এবং বৃদ্ধির তাপমাত্রার সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। পুরো অপারেশন প্রক্রিয়াটি পর্যবেক্ষণ করা প্রায় কঠিন। সামান্য ত্রুটির ফলে পণ্যটি স্ক্র্যাপিং হতে পারে। তুলনামূলকভাবে, সিলিকন উপকরণগুলির জন্য মাত্র 1600℃ তাপমাত্রা প্রয়োজন, যা অনেক কম। সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেট প্রস্তুত করতে ধীর স্ফটিক বৃদ্ধি এবং উচ্চ স্ফটিক ফর্ম প্রয়োজনীয়তার মতো অসুবিধার সম্মুখীন হতে হয়। সিলিকন কার্বাইড ওয়েফার বৃদ্ধিতে প্রায় 7 থেকে 10 দিন সময় লাগে, যেখানে সিলিকন রড টানা মাত্র আড়াই দিন সময় নেয়। তাছাড়া, সিলিকন কার্বাইড এমন একটি উপাদান যার কঠোরতা হীরার পরেই দ্বিতীয়। কাটা, পিষে এবং পালিশ করার সময় এটি অনেক কিছু হারাবে এবং আউটপুট অনুপাত মাত্র 60%।

আমরা জানি যে সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের আকার বৃদ্ধির প্রবণতা রয়েছে, আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে ব্যাস সম্প্রসারণ প্রযুক্তির প্রয়োজনীয়তা ক্রমশ বৃদ্ধি পাচ্ছে। স্ফটিকের পুনরাবৃত্তিমূলক বৃদ্ধি অর্জনের জন্য বিভিন্ন প্রযুক্তিগত নিয়ন্ত্রণ উপাদানের সংমিশ্রণ প্রয়োজন।