સિલિકોન કાર્બાઇડના ટેકનિકલ અવરોધો શું છે?

સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની પ્રથમ પેઢી પરંપરાગત સિલિકોન (Si) અને જર્મેનિયમ (Ge) દ્વારા રજૂ થાય છે, જે સંકલિત સર્કિટ ઉત્પાદન માટેનો આધાર છે. તેઓ લો-વોલ્ટેજ, લો-ફ્રીક્વન્સી અને લો-પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને ડિટેક્ટરમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. 90% થી વધુ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનો સિલિકોન-આધારિત સામગ્રીથી બનેલા છે;
બીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર પદાર્થો ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs), ઇન્ડિયમ ફોસ્ફાઇડ (InP) અને ગેલિયમ ફોસ્ફાઇડ (GaP) દ્વારા રજૂ થાય છે. સિલિકોન-આધારિત ઉપકરણોની તુલનામાં, તેમાં ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-ગતિવાળા ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો છે અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સના ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ;
સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની ત્રીજી પેઢી સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC), ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (GaN), ઝીંક ઓક્સાઇડ (ZnO), હીરા (C), અને એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ (AlN) જેવા ઉભરતા પદાર્થો દ્વારા રજૂ થાય છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના વિકાસ માટે એક મહત્વપૂર્ણ મૂળભૂત સામગ્રી છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવર ડિવાઇસ તેમના ઉત્તમ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર, ઓછા નુકસાન અને અન્ય ગુણધર્મો સાથે પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, લઘુચિત્રીકરણ અને હળવા વજનની જરૂરિયાતોને અસરકારક રીતે પૂર્ણ કરી શકે છે.

તેના શ્રેષ્ઠ ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે: ઉચ્ચ બેન્ડ ગેપ (ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર અને ઉચ્ચ પાવર ઘનતાને અનુરૂપ), ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા અને ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, ભવિષ્યમાં સેમિકન્ડક્ટર ચિપ્સ બનાવવા માટે તે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી મૂળભૂત સામગ્રી બનવાની અપેક્ષા છે. ખાસ કરીને નવા ઉર્જા વાહનો, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન, રેલ પરિવહન, સ્માર્ટ ગ્રીડ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં, તેના સ્પષ્ટ ફાયદા છે.

SiC ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને ત્રણ મુખ્ય પગલાઓમાં વહેંચવામાં આવી છે: SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ, એપિટેક્સિયલ સ્તર વૃદ્ધિ અને ઉપકરણ ઉત્પાદન, જે ઔદ્યોગિક શૃંખલાની ચાર મુખ્ય કડીઓને અનુરૂપ છે:સબસ્ટ્રેટ, એપિટાક્સિ, ઉપકરણો અને મોડ્યુલો.

સબસ્ટ્રેટ બનાવવાની મુખ્ય પદ્ધતિમાં સૌપ્રથમ ભૌતિક વરાળ ઉત્પ્રેરક પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ-તાપમાન શૂન્યાવકાશ વાતાવરણમાં પાવડરને ઉત્તેજીત કરવામાં આવે છે, અને તાપમાન ક્ષેત્રના નિયંત્રણ દ્વારા બીજ સ્ફટિકની સપાટી પર સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકો ઉગાડવામાં આવે છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ વેફરનો સબસ્ટ્રેટ તરીકે ઉપયોગ કરીને, રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપનો ઉપયોગ વેફર પર સિંગલ સ્ફટિકના સ્તરને જમા કરવા માટે કરવામાં આવે છે જેથી એપિટેક્સિયલ વેફર બને. તેમાંથી, વાહક સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ પર સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તર ઉગાડીને પાવર ઉપકરણોમાં બનાવી શકાય છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, ફોટોવોલ્ટેઇક્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં થાય છે; અર્ધ-અવાહક પર ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તર ઉગાડવામાં આવે છે.સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ5G સંચાર અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ઉપકરણોમાં પણ આગળ બનાવી શકાય છે.

હાલમાં, સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉદ્યોગ શૃંખલામાં સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટમાં સૌથી વધુ તકનીકી અવરોધો છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટનું ઉત્પાદન કરવું સૌથી મુશ્કેલ છે.

SiC ના ઉત્પાદન અવરોધ સંપૂર્ણપણે ઉકેલાયા નથી, અને કાચા માલના સ્ફટિક સ્તંભોની ગુણવત્તા અસ્થિર છે અને ઉપજની સમસ્યા છે, જેના કારણે SiC ઉપકરણોની કિંમત ઊંચી છે. સિલિકોન સામગ્રીને સ્ફટિક સળિયામાં વૃદ્ધિ પામતા સરેરાશ માત્ર 3 દિવસ લાગે છે, પરંતુ સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ સળિયા માટે એક અઠવાડિયા લાગે છે. સામાન્ય સિલિકોન ક્રિસ્ટલ સળિયા 200cm લાંબો થઈ શકે છે, પરંતુ સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ સળિયા ફક્ત 2cm લાંબો થઈ શકે છે. વધુમાં, SiC પોતે એક સખત અને બરડ સામગ્રી છે, અને પરંપરાગત મિકેનિકલ કટીંગ વેફર ડાયસિંગનો ઉપયોગ કરતી વખતે તેનાથી બનેલા વેફર્સ એજ ચિપિંગ થવાની સંભાવના ધરાવે છે, જે ઉત્પાદન ઉપજ અને વિશ્વસનીયતાને અસર કરે છે. SiC સબસ્ટ્રેટ્સ પરંપરાગત સિલિકોન ઇંગોટ્સથી ખૂબ જ અલગ છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડને હેન્ડલ કરવા માટે સાધનો, પ્રક્રિયાઓ, પ્રક્રિયાથી લઈને કટીંગ સુધીની દરેક વસ્તુ વિકસાવવાની જરૂર છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉદ્યોગ શૃંખલા મુખ્યત્વે ચાર મુખ્ય કડીઓમાં વિભાજિત છે: સબસ્ટ્રેટ, એપિટાક્સી, ઉપકરણો અને એપ્લિકેશન્સ. સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી ઉદ્યોગ શૃંખલાનો પાયો છે, એપિટાક્સીયલ સામગ્રી ઉપકરણ ઉત્પાદનની ચાવી છે, ઉપકરણો ઉદ્યોગ શૃંખલાનો મુખ્ય ભાગ છે, અને એપ્લિકેશન્સ ઔદ્યોગિક વિકાસ માટે પ્રેરક બળ છે. અપસ્ટ્રીમ ઉદ્યોગ ભૌતિક વરાળ ઉત્તેજન પદ્ધતિઓ અને અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી બનાવવા માટે કાચા માલનો ઉપયોગ કરે છે, અને પછી એપિટાક્સીયલ સામગ્રી ઉગાડવા માટે રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ પદ્ધતિઓ અને અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે. મધ્ય પ્રવાહ ઉદ્યોગ રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ઉપકરણો, પાવર ઉપકરણો અને અન્ય ઉપકરણો બનાવવા માટે અપસ્ટ્રીમ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે, જેનો ઉપયોગ આખરે ડાઉનસ્ટ્રીમ 5G સંચારમાં થાય છે. , ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, રેલ પરિવહન, વગેરે. તેમાંથી, સબસ્ટ્રેટ અને એપિટાક્સી ઉદ્યોગ શૃંખલાના ખર્ચના 60% હિસ્સો ધરાવે છે અને ઉદ્યોગ શૃંખલાનું મુખ્ય મૂલ્ય છે.

SiC સબસ્ટ્રેટ: SiC સ્ફટિકો સામાન્ય રીતે લેલી પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે. આંતરરાષ્ટ્રીય મુખ્ય પ્રવાહના ઉત્પાદનો 4 ઇંચથી 6 ઇંચ સુધી સંક્રમિત થઈ રહ્યા છે, અને 8-ઇંચ વાહક સબસ્ટ્રેટ ઉત્પાદનો વિકસાવવામાં આવ્યા છે. સ્થાનિક સબસ્ટ્રેટ મુખ્યત્વે 4 ઇંચના છે. હાલની 6-ઇંચ સિલિકોન વેફર ઉત્પાદન લાઇનને SiC ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે અપગ્રેડ અને રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, તેથી 6-ઇંચ SiC સબસ્ટ્રેટનો ઉચ્ચ બજાર હિસ્સો લાંબા સમય સુધી જાળવવામાં આવશે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ પ્રક્રિયા જટિલ અને ઉત્પાદન કરવી મુશ્કેલ છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ એ બે તત્વોથી બનેલું એક સંયોજન સેમિકન્ડક્ટર સિંગલ ક્રિસ્ટલ સામગ્રી છે: કાર્બન અને સિલિકોન. હાલમાં, ઉદ્યોગ મુખ્યત્વે સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડરને સંશ્લેષણ કરવા માટે કાચા માલ તરીકે ઉચ્ચ-શુદ્ધતા કાર્બન પાવડર અને ઉચ્ચ-શુદ્ધતા સિલિકોન પાવડરનો ઉપયોગ કરે છે. ખાસ તાપમાન ક્ષેત્ર હેઠળ, પરિપક્વ ભૌતિક વરાળ ટ્રાન્સમિશન પદ્ધતિ (PVT પદ્ધતિ) નો ઉપયોગ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ફર્નેસમાં વિવિધ કદના સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉગાડવા માટે થાય છે. ક્રિસ્ટલ ઇનગોટને અંતે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, કાપવામાં આવે છે, ગ્રાઉન્ડ કરવામાં આવે છે, પોલિશ્ડ કરવામાં આવે છે, સાફ કરવામાં આવે છે અને અન્ય બહુવિધ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ બનાવવામાં આવે છે.