മൂന്നാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടർ ഉപരിതലം -SiC (സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്) ഉപകരണങ്ങളും അവയുടെ പ്രയോഗങ്ങളും

ഒരു പുതിയ തരം സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയൽ എന്ന നിലയിൽ, മികച്ച ഭൗതിക, രാസ ഗുണങ്ങളും വൈദ്യുത ഗുണങ്ങളും കാരണം, ഹ്രസ്വ-തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ, ഉയർന്ന താപനില ഉപകരണങ്ങൾ, റേഡിയേഷൻ പ്രതിരോധ ഉപകരണങ്ങൾ, ഉയർന്ന പവർ/ഹൈ പവർ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയുടെ നിർമ്മാണത്തിനുള്ള ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലായി SiC മാറിയിരിക്കുന്നു. പ്രത്യേകിച്ച് അങ്ങേയറ്റത്തെതും കഠിനവുമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ സവിശേഷതകൾ Si ഉപകരണങ്ങളുടെയും GaAs ഉപകരണങ്ങളുടെയും സവിശേഷതകളേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്. അതിനാൽ, SiC ഉപകരണങ്ങളും വിവിധ തരം സെൻസറുകളും ക്രമേണ പ്രധാന ഉപകരണങ്ങളിലൊന്നായി മാറി, കൂടുതൽ കൂടുതൽ പ്രധാനപ്പെട്ട പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.

1980-കൾ മുതൽ, പ്രത്യേകിച്ച് ആദ്യത്തെ SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വേഫർ വിപണിയിൽ പ്രവേശിച്ച 1989 മുതൽ, SiC ഉപകരണങ്ങളും സർക്യൂട്ടുകളും അതിവേഗം വികസിച്ചു. പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഡയോഡുകൾ, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഹൈ-പവർ, ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഉപകരണങ്ങൾ തുടങ്ങിയ ചില മേഖലകളിൽ, SiC ഉപകരണങ്ങൾ വാണിജ്യപരമായി വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. വികസനം വളരെ വേഗത്തിലാണ്. ഏകദേശം 10 വർഷത്തെ വികസനത്തിന് ശേഷം, SiC ഉപകരണ പ്രക്രിയയ്ക്ക് വാണിജ്യ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. ക്രീ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന നിരവധി കമ്പനികൾ SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ വാണിജ്യ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യാൻ തുടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. SiC മെറ്റീരിയൽ വളർച്ചയിലും ഉപകരണ നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയിലും ആഭ്യന്തര ഗവേഷണ സ്ഥാപനങ്ങളും സർവകലാശാലകളും സന്തോഷകരമായ നേട്ടങ്ങൾ കൈവരിച്ചിട്ടുണ്ട്. SiC മെറ്റീരിയലിന് വളരെ മികച്ച ഭൗതിക, രാസ ഗുണങ്ങളുണ്ടെങ്കിലും, SiC ഉപകരണ സാങ്കേതികവിദ്യയും പക്വത പ്രാപിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, SiC ഉപകരണങ്ങളുടെയും സർക്യൂട്ടുകളുടെയും പ്രകടനം മികച്ചതല്ല. SiC മെറ്റീരിയലിനും ഉപകരണ പ്രക്രിയയ്ക്കും പുറമേ നിരന്തരം മെച്ചപ്പെടുത്തേണ്ടതുണ്ട്. S5C ഉപകരണ ഘടന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തുകൊണ്ടോ പുതിയ ഉപകരണ ഘടന നിർദ്ദേശിച്ചുകൊണ്ടോ SiC മെറ്റീരിയലുകൾ എങ്ങനെ പ്രയോജനപ്പെടുത്താം എന്നതിനെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ ശ്രമങ്ങൾ നടത്തണം.

നിലവിൽ. SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ ഗവേഷണം പ്രധാനമായും വ്യതിരിക്ത ഉപകരണങ്ങളിലാണ് ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്. ഓരോ തരം ഉപകരണ ഘടനയ്ക്കും, ഉപകരണ ഘടന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാതെ അനുബന്ധ Si അല്ലെങ്കിൽ GaAs ഉപകരണ ഘടന SiC-യിലേക്ക് ട്രാൻസ്പ്ലാൻറ് ചെയ്യുക എന്നതാണ് പ്രാരംഭ ഗവേഷണം. SiC യുടെ ആന്തരിക ഓക്സൈഡ് പാളി SiO2 ആയ Si-ക്ക് തുല്യമായതിനാൽ, മിക്ക Si ഉപകരണങ്ങളും, പ്രത്യേകിച്ച് m-pa ഉപകരണങ്ങളും, SiC-യിൽ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും എന്നാണ് ഇതിനർത്ഥം. ഇത് ഒരു ലളിതമായ ട്രാൻസ്പ്ലാൻറ് മാത്രമാണെങ്കിലും, ലഭിച്ച ചില ഉപകരണങ്ങൾ തൃപ്തികരമായ ഫലങ്ങൾ നേടിയിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ ചില ഉപകരണങ്ങൾ ഇതിനകം ഫാക്ടറി വിപണിയിൽ പ്രവേശിച്ചിട്ടുണ്ട്.

SiC ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ, പ്രത്യേകിച്ച് നീല വെളിച്ചം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഡയോഡുകൾ (BLU-ray LED-കൾ), 1990-കളുടെ തുടക്കത്തിൽ വിപണിയിൽ പ്രവേശിച്ചു, ഇവ ആദ്യമായി വൻതോതിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന SiC ഉപകരണങ്ങളാണ്. ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് SiC ഷോട്ട്കി ഡയോഡുകൾ, SiC RF പവർ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, SiC MOSFET-കൾ, mesFET-കൾ എന്നിവയും വാണിജ്യപരമായി ലഭ്യമാണ്. തീർച്ചയായും, ഈ എല്ലാ SiC ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെയും പ്രകടനം SiC മെറ്റീരിയലുകളുടെ സൂപ്പർ സ്വഭാവസവിശേഷതകളെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നില്ല, കൂടാതെ SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ ശക്തമായ പ്രവർത്തനവും പ്രകടനവും ഇപ്പോഴും ഗവേഷണം ചെയ്ത് വികസിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്. അത്തരം ലളിതമായ ട്രാൻസ്പ്ലാൻറുകൾക്ക് പലപ്പോഴും SiC മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഗുണങ്ങളെ പൂർണ്ണമായി പ്രയോജനപ്പെടുത്താൻ കഴിയില്ല. SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ ചില ഗുണങ്ങളുടെ മേഖലയിൽ പോലും. തുടക്കത്തിൽ നിർമ്മിച്ച ചില SiC ഉപകരണങ്ങൾക്ക് അനുബന്ധ Si അല്ലെങ്കിൽ CaAs ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രകടനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടാൻ കഴിയില്ല.

SiC മെറ്റീരിയൽ സവിശേഷതകളുടെ ഗുണങ്ങളെ SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങളാക്കി മാറ്റുന്നതിനായി, SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനവും പ്രകടനവും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഉപകരണ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയും ഉപകരണ ഘടനയും എങ്ങനെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാമെന്നോ പുതിയ ഘടനകളും പുതിയ പ്രക്രിയകളും എങ്ങനെ വികസിപ്പിക്കാമെന്നോ ഞങ്ങൾ ഇപ്പോൾ പഠിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്.