तिसऱ्या पिढीतील सेमीकंडक्टर पृष्ठभाग - SiC (सिलिकॉन कार्बाइड) उपकरणे आणि त्यांचे अनुप्रयोग

एक नवीन प्रकारचा सेमीकंडक्टर पदार्थ म्हणून, SiC त्याच्या उत्कृष्ट भौतिक, रासायनिक आणि विद्युत गुणधर्मांमुळे कमी-तरंगलांबीची ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, उच्च तापमान उपकरणे, किरणोत्सर्ग-प्रतिरोधक उपकरणे आणि उच्च शक्ती/उच्च-शक्ती इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या निर्मितीसाठी सर्वात महत्त्वाचा सेमीकंडक्टर पदार्थ बनला आहे. विशेषतः अत्यंत आणि कठोर परिस्थितीत वापरल्यास, SiC उपकरणांची वैशिष्ट्ये Si उपकरणे आणि GaAs उपकरणांपेक्षा खूपच श्रेष्ठ ठरतात. त्यामुळे, SiC उपकरणे आणि विविध प्रकारचे सेन्सर्स हळूहळू प्रमुख उपकरणांपैकी एक बनले आहेत आणि अधिकाधिक महत्त्वाची भूमिका बजावत आहेत.

१९८० च्या दशकापासून, विशेषतः १९८९ मध्ये जेव्हा पहिली SiC सबस्ट्रेट वेफर बाजारात आली, तेव्हापासून SiC उपकरणे आणि सर्किट्सचा वेगाने विकास झाला आहे. प्रकाश-उत्सर्जक डायोड, उच्च-फ्रिक्वेन्सी, उच्च-शक्ती आणि उच्च-व्होल्टेज उपकरणे यांसारख्या काही क्षेत्रांमध्ये SiC उपकरणांचा व्यावसायिकरित्या मोठ्या प्रमाणावर वापर केला गेला आहे. हा विकास जलद आहे. जवळपास १० वर्षांच्या विकासानंतर, SiC उपकरण प्रक्रियेद्वारे व्यावसायिक उपकरणे तयार करणे शक्य झाले आहे. क्री (Cree) सारख्या अनेक कंपन्यांनी SiC उपकरणांची व्यावसायिक उत्पादने देऊ करण्यास सुरुवात केली आहे. देशांतर्गत संशोधन संस्था आणि विद्यापीठांनी देखील SiC मटेरियलची वाढ आणि उपकरण निर्मिती तंत्रज्ञानामध्ये समाधानकारक यश मिळवले आहे. जरी SiC मटेरियलमध्ये अत्यंत उत्कृष्ट भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म असले आणि SiC उपकरण तंत्रज्ञान देखील परिपक्व असले, तरी SiC उपकरणे आणि सर्किट्सची कार्यक्षमता श्रेष्ठ नाही. SiC मटेरियल आणि उपकरण प्रक्रियेमध्ये सतत सुधारणा करण्याची गरज आहे. S5C उपकरणाची रचना ऑप्टिमाइझ करून किंवा नवीन उपकरण रचना प्रस्तावित करून SiC मटेरियलचा फायदा कसा घेता येईल यावर अधिक प्रयत्न केले पाहिजेत.

सध्या, SiC उपकरणांचे संशोधन प्रामुख्याने डिस्क्रीट उपकरणांवर केंद्रित आहे. प्रत्येक प्रकारच्या उपकरण संरचनेसाठी, सुरुवातीचे संशोधन म्हणजे उपकरण संरचनेत सुधारणा न करता, संबंधित Si किंवा GaAs उपकरण संरचना थेट SiC वर स्थानांतरित करणे. SiC चा अंतर्गत ऑक्साइड थर हा Si प्रमाणेच SiO2 असल्याने, याचा अर्थ असा होतो की बहुतेक Si उपकरणे, विशेषतः m-pa उपकरणे, SiC वर तयार केली जाऊ शकतात. जरी हे केवळ एक साधे स्थानांतरण असले तरी, प्राप्त झालेल्या काही उपकरणांनी समाधानकारक परिणाम साधले आहेत आणि काही उपकरणे तर कारखान्याच्या बाजारात आधीच दाखल झाली आहेत.

SiC ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, विशेषतः निळा प्रकाश उत्सर्जित करणारे डायोड (ब्लू-रे एलईडी), १९९० च्या दशकाच्या सुरुवातीला बाजारात आली आणि ती मोठ्या प्रमाणावर उत्पादित केलेली पहिली SiC उपकरणे आहेत. उच्च व्होल्टेज SiC शोटकी डायोड, SiC RF पॉवर ट्रान्झिस्टर, SiC MOSFETs आणि mesFETs देखील व्यावसायिकरित्या उपलब्ध आहेत. अर्थातच, या सर्व SiC उत्पादनांची कार्यक्षमता SiC सामग्रीची उत्कृष्ट वैशिष्ट्ये पूर्णपणे वापरण्यापासून खूप दूर आहे, आणि SiC उपकरणांच्या अधिक शक्तिशाली कार्यक्षमतेवर आणि कामगिरीवर अजूनही संशोधन आणि विकास करणे आवश्यक आहे. अशा साध्या बदलांमुळे अनेकदा SiC सामग्रीच्या फायद्यांचा पूर्णपणे उपयोग करता येत नाही. SiC उपकरणांच्या काही फायद्यांच्या क्षेत्रातही, सुरुवातीला तयार केलेली काही SiC उपकरणे संबंधित Si किंवा CaAs उपकरणांच्या कामगिरीशी जुळू शकत नाहीत.

SiC मटेरियलच्या वैशिष्ट्यांचे फायदे SiC उपकरणांच्या फायद्यांमध्ये अधिक चांगल्या प्रकारे रूपांतरित करण्यासाठी, आम्ही सध्या उपकरण निर्मिती प्रक्रिया आणि उपकरण संरचना कशी अनुकूलित करावी किंवा SiC उपकरणांचे कार्य आणि कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी नवीन संरचना आणि नवीन प्रक्रिया कशा विकसित कराव्यात याचा अभ्यास करत आहोत.