സിലിക്കൺ കാർബൈഡിനുള്ള സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ട് നിർമ്മാണത്തിന് അടിസ്ഥാനമായ പരമ്പരാഗത സിലിക്കൺ (Si), ജെർമേനിയം (Ge) എന്നിവയാണ് ഒന്നാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുക്കളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നത്. ലോ-വോൾട്ടേജ്, ലോ-ഫ്രീക്വൻസി, ലോ-പവർ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളിലും ഡിറ്റക്ടറുകളിലും ഇവ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. 90%-ത്തിലധികവും സെമികണ്ടക്ടർ ഉൽപ്പന്നങ്ങളാണ് സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത വസ്തുക്കൾ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്;
രണ്ടാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുക്കളെ ഗാലിയം ആർസെനൈഡ് (GaAs), ഇൻഡിയം ഫോസ്ഫൈഡ് (InP), ഗാലിയം ഫോസ്ഫൈഡ് (GaP) എന്നിവ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഉപകരണങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, അവയ്ക്ക് ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി, അതിവേഗ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ്, മൈക്രോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് എന്നീ മേഖലകളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ;
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC), ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് (GaN), സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് (ZnO), ഡയമണ്ട് (C), അലുമിനിയം നൈട്രൈഡ് (AlN) തുടങ്ങിയ ഉയർന്നുവരുന്ന വസ്തുക്കളാണ് മൂന്നാം തലമുറ അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നത്.

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്മൂന്നാം തലമുറ അർദ്ധചാലക വ്യവസായത്തിന്റെ വികസനത്തിന് ഒരു പ്രധാന അടിസ്ഥാന വസ്തുവാണ്. സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പവർ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് അവയുടെ മികച്ച ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പ്രതിരോധം, ഉയർന്ന താപനില പ്രതിരോധം, കുറഞ്ഞ നഷ്ടം, മറ്റ് ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് പവർ ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റങ്ങളുടെ ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത, മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ, ഭാരം കുറഞ്ഞ ആവശ്യകതകൾ എന്നിവ ഫലപ്രദമായി നിറവേറ്റാൻ കഴിയും.

ഉയർന്ന ബാൻഡ് വിടവ് (ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൌൺ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ്, ഉയർന്ന പവർ ഡെൻസിറ്റി എന്നിവയ്ക്ക് അനുസൃതമായി), ഉയർന്ന വൈദ്യുതചാലകത, ഉയർന്ന താപ ചാലകത എന്നിവ കാരണം, ഭാവിയിൽ സെമികണ്ടക്ടർ ചിപ്പുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ഏറ്റവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന വസ്തുവായി ഇത് മാറുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. പ്രത്യേകിച്ച് പുതിയ ഊർജ്ജ വാഹനങ്ങൾ, ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പവർ ജനറേഷൻ, റെയിൽ ഗതാഗതം, സ്മാർട്ട് ഗ്രിഡുകൾ, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ, ഇതിന് വ്യക്തമായ ഗുണങ്ങളുണ്ട്.

SiC ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയയെ മൂന്ന് പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: SiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർച്ച, ഉപകരണ നിർമ്മാണം, ഇത് വ്യാവസായിക ശൃംഖലയിലെ നാല് പ്രധാന കണ്ണികളുമായി യോജിക്കുന്നു:അടിവസ്ത്രം, എപ്പിറ്റാക്സി, ഉപകരണങ്ങളും മൊഡ്യൂളുകളും.

മുഖ്യധാരാ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ നിർമ്മിക്കുന്ന രീതി ആദ്യം ഭൗതിക നീരാവി സപ്ലൈമേഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വാക്വം പരിതസ്ഥിതിയിൽ പൊടിയെ സപ്ലൈമേറ്റ് ചെയ്യുകയും താപനില ഫീൽഡിന്റെ നിയന്ത്രണത്തിലൂടെ വിത്ത് ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പരലുകൾ വളർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വേഫറിനെ ഒരു സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റായി ഉപയോഗിച്ച്, ഒരു എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് വേഫറിൽ ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ഒരു പാളി നിക്ഷേപിക്കാൻ കെമിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപം ഉപയോഗിക്കുന്നു. അവയിൽ, ഒരു ചാലക സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർത്തുന്നത് പവർ ഉപകരണങ്ങളാക്കി മാറ്റാം, ഇവ പ്രധാനമായും ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ, ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്‌ക്‌സ്, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു; സെമി-ഇൻസുലേറ്റിംഗിൽ ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർത്തുന്നു.സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്5G ആശയവിനിമയത്തിലും മറ്റ് മേഖലകളിലും ഉപയോഗിക്കുന്ന റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങളാക്കി മാറ്റാനും കഴിയും.

നിലവിൽ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വ്യവസായ ശൃംഖലയിൽ ഏറ്റവും ഉയർന്ന സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങൾ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്കാണ്, കൂടാതെ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ ഏറ്റവും പ്രയാസകരമാണ്.

SiC യുടെ ഉൽ‌പാദന തടസ്സം പൂർണ്ണമായും പരിഹരിച്ചിട്ടില്ല, കൂടാതെ അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ ക്രിസ്റ്റൽ പില്ലറുകളുടെ ഗുണനിലവാരം അസ്ഥിരമാണ്, കൂടാതെ വിളവ് പ്രശ്നവുമുണ്ട്, ഇത് SiC ഉപകരണങ്ങളുടെ ഉയർന്ന വിലയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയൽ ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ വടിയായി വളരാൻ ശരാശരി 3 ദിവസം മാത്രമേ എടുക്കൂ, എന്നാൽ ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വടിക്ക് ഒരു ആഴ്ച എടുക്കും. ഒരു പൊതു സിലിക്കൺ ക്രിസ്റ്റൽ വടി 200cm നീളത്തിൽ വളരും, എന്നാൽ ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വടിക്ക് 2cm നീളത്തിൽ മാത്രമേ വളരാൻ കഴിയൂ. മാത്രമല്ല, SiC തന്നെ കഠിനവും പൊട്ടുന്നതുമായ ഒരു വസ്തുവാണ്, പരമ്പരാഗത മെക്കാനിക്കൽ കട്ടിംഗ് വേഫർ ഡൈസിംഗ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ അതിൽ നിർമ്മിച്ച വേഫറുകൾ എഡ്ജ് ചിപ്പിംഗിന് സാധ്യതയുണ്ട്, ഇത് ഉൽപ്പന്ന വിളവിനെയും വിശ്വാസ്യതയെയും ബാധിക്കുന്നു. SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ പരമ്പരാഗത സിലിക്കൺ ഇൻ‌ഗോട്ടുകളിൽ നിന്ന് വളരെ വ്യത്യസ്തമാണ്, കൂടാതെ ഉപകരണങ്ങൾ, പ്രക്രിയകൾ, പ്രോസസ്സിംഗ് മുതൽ കട്ടിംഗ് വരെയുള്ള എല്ലാം സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ വികസിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്.

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വ്യവസായ ശൃംഖലയെ പ്രധാനമായും നാല് പ്രധാന കണ്ണികളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്, എപ്പിറ്റാക്സി, ഉപകരണങ്ങൾ, ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ. വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ അടിത്തറയാണ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾ, ഉപകരണ നിർമ്മാണത്തിന്റെ താക്കോൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ മെറ്റീരിയലുകളാണ്, വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ കാതലാണ് ഉപകരണങ്ങൾ, വ്യാവസായിക വികസനത്തിനുള്ള പ്രേരകശക്തിയാണ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ. ഭൗതിക നീരാവി സപ്ലൈമേഷൻ രീതികളിലൂടെയും മറ്റ് രീതികളിലൂടെയും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ അപ്‌സ്ട്രീം വ്യവസായം അസംസ്‌കൃത വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, തുടർന്ന് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വസ്തുക്കൾ വളർത്താൻ കെമിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപ രീതികളും മറ്റ് രീതികളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങൾ, പവർ ഉപകരണങ്ങൾ, മറ്റ് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കാൻ മിഡ്‌സ്ട്രീം വ്യവസായം അപ്‌സ്ട്രീം മെറ്റീരിയലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അവ ആത്യന്തികമായി ഡൗൺസ്ട്രീം 5G ആശയവിനിമയങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. , ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ, റെയിൽ ഗതാഗതം മുതലായവ. അവയിൽ, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും എപ്പിറ്റാക്സിയും വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ വിലയുടെ 60% വരും, വ്യവസായ ശൃംഖലയുടെ പ്രധാന മൂല്യവുമാണ്.

SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്: SiC ക്രിസ്റ്റലുകൾ സാധാരണയായി ലെലി രീതി ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്. അന്താരാഷ്ട്ര മുഖ്യധാരാ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ 4 ഇഞ്ചിൽ നിന്ന് 6 ഇഞ്ചിലേക്ക് മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ 8 ഇഞ്ച് കണ്ടക്റ്റീവ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. ആഭ്യന്തര സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ പ്രധാനമായും 4 ഇഞ്ചാണ്. നിലവിലുള്ള 6 ഇഞ്ച് സിലിക്കൺ വേഫർ പ്രൊഡക്ഷൻ ലൈനുകൾ അപ്‌ഗ്രേഡ് ചെയ്യാനും SiC ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി രൂപാന്തരപ്പെടുത്താനും കഴിയുന്നതിനാൽ, 6 ഇഞ്ച് SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ ഉയർന്ന വിപണി വിഹിതം വളരെക്കാലം നിലനിർത്തും.

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് പ്രക്രിയ സങ്കീർണ്ണവും ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ പ്രയാസകരവുമാണ്. കാർബൺ, സിലിക്കൺ എന്നീ രണ്ട് ഘടകങ്ങൾ ചേർന്ന ഒരു സംയുക്ത അർദ്ധചാലക സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയലാണ് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്. നിലവിൽ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പൊടി സമന്വയിപ്പിക്കുന്നതിന് വ്യവസായം പ്രധാനമായും ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള കാർബൺ പൊടിയും ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള സിലിക്കൺ പൊടിയും അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു പ്രത്യേക താപനില ഫീൽഡിൽ, ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ചൂളയിൽ വ്യത്യസ്ത വലുപ്പത്തിലുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വളർത്താൻ പക്വതയുള്ള ഭൗതിക നീരാവി പ്രക്ഷേപണ രീതി (PVT രീതി) ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ക്രിസ്റ്റൽ ഇൻഗോട്ട് ഒടുവിൽ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയും, മുറിക്കുകയും, പൊടിക്കുകയും, മിനുക്കുകയും, വൃത്തിയാക്കുകയും, മറ്റ് ഒന്നിലധികം പ്രക്രിയകൾ നടത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.