सिलिकॉन कार्बाइडच्या तांत्रिक अडचणी काय आहेत?

अर्धवाहक पदार्थांची पहिली पिढी पारंपारिक सिलिकॉन (Si) आणि जर्मेनियम (Ge) द्वारे दर्शविली जाते, जे एकात्मिक सर्किट उत्पादनासाठी आधार आहेत. ते कमी-व्होल्टेज, कमी-फ्रिक्वेन्सी आणि कमी-पॉवर ट्रान्झिस्टर आणि डिटेक्टरमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. ९०% पेक्षा जास्त अर्धवाहक उत्पादने सिलिकॉन-आधारित पदार्थांपासून बनलेली असतात;
दुसऱ्या पिढीतील अर्धवाहक पदार्थ गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs), इंडियम फॉस्फाइड (InP) आणि गॅलियम फॉस्फाइड (GaP) द्वारे दर्शविले जातात. सिलिकॉन-आधारित उपकरणांच्या तुलनेत, त्यांच्याकडे उच्च-फ्रिक्वेन्सी आणि उच्च-गती ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आहेत आणि ते ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. ;
अर्धवाहक पदार्थांची तिसरी पिढी सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), गॅलियम नायट्राइड (GaN), झिंक ऑक्साईड (ZnO), डायमंड (C) आणि अॅल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) सारख्या उदयोन्मुख पदार्थांद्वारे दर्शविली जाते.

सिलिकॉन कार्बाइडतिसऱ्या पिढीतील अर्धसंवाहक उद्योगाच्या विकासासाठी ही एक महत्त्वाची मूलभूत सामग्री आहे. सिलिकॉन कार्बाइड पॉवर उपकरणे त्यांच्या उत्कृष्ट उच्च-व्होल्टेज प्रतिरोधकता, उच्च तापमान प्रतिरोधकता, कमी नुकसान आणि इतर गुणधर्मांसह पॉवर इलेक्ट्रॉनिक सिस्टमच्या उच्च कार्यक्षमता, लघुकरण आणि हलक्या वजनाच्या आवश्यकता प्रभावीपणे पूर्ण करू शकतात.

त्याच्या उत्कृष्ट भौतिक गुणधर्मांमुळे: उच्च बँड गॅप (उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड आणि उच्च पॉवर घनतेशी संबंधित), उच्च विद्युत चालकता आणि उच्च थर्मल चालकता, भविष्यात सेमीकंडक्टर चिप्स बनवण्यासाठी ते सर्वात जास्त वापरले जाणारे मूलभूत साहित्य बनण्याची अपेक्षा आहे. विशेषतः नवीन ऊर्जा वाहने, फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मिती, रेल्वे वाहतूक, स्मार्ट ग्रिड आणि इतर क्षेत्रांमध्ये, त्याचे स्पष्ट फायदे आहेत.

SiC उत्पादन प्रक्रिया तीन प्रमुख चरणांमध्ये विभागली गेली आहे: SiC सिंगल क्रिस्टल वाढ, एपिटॅक्सियल लेयर वाढ आणि उपकरण निर्मिती, जे औद्योगिक साखळीच्या चार प्रमुख दुव्यांशी संबंधित आहेत:थर, अतिसूक्ष्मता, उपकरणे आणि मॉड्यूल.

सब्सट्रेट्स तयार करण्याची मुख्य पद्धत प्रथम भौतिक वाष्प उदात्तीकरण पद्धतीचा वापर करून उच्च-तापमानाच्या व्हॅक्यूम वातावरणात पावडरचे उदात्तीकरण करते आणि तापमान क्षेत्राच्या नियंत्रणाद्वारे बियाण्याच्या क्रिस्टलच्या पृष्ठभागावर सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स वाढवते. सब्सट्रेट म्हणून सिलिकॉन कार्बाइड वेफरचा वापर करून, रासायनिक वाष्प निक्षेपणाचा वापर वेफरवर सिंगल क्रिस्टलचा थर जमा करून एपिटॅक्सियल वेफर तयार केला जातो. त्यापैकी, प्रवाहकीय सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटवर सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल थर वाढवून पॉवर डिव्हाइस बनवता येतात, जे प्रामुख्याने इलेक्ट्रिक वाहने, फोटोव्होल्टाइक्स आणि इतर क्षेत्रात वापरले जातात; अर्ध-इन्सुलेटिंगवर गॅलियम नायट्राइड एपिटॅक्सियल थर वाढवणेसिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटपुढे रेडिओ फ्रिक्वेन्सी डिव्हाइसेसमध्ये बनवता येतात, जे 5G कम्युनिकेशन्स आणि इतर क्षेत्रात वापरले जातात.

सध्या, सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग साखळीत सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्समध्ये सर्वाधिक तांत्रिक अडथळे आहेत आणि सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स तयार करणे सर्वात कठीण आहे.

SiC ची उत्पादनातील अडचण पूर्णपणे दूर झालेली नाही आणि कच्च्या मालाच्या क्रिस्टल पिलर्सची गुणवत्ता अस्थिर आहे आणि उत्पन्नाची समस्या आहे, ज्यामुळे SiC उपकरणांची किंमत जास्त आहे. सिलिकॉन मटेरियल क्रिस्टल रॉडमध्ये वाढण्यासाठी सरासरी फक्त 3 दिवस लागतात, परंतु सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल रॉडसाठी एक आठवडा लागतो. एक सामान्य सिलिकॉन क्रिस्टल रॉड 200 सेमी लांब वाढू शकतो, परंतु सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल रॉड फक्त 2 सेमी लांब वाढू शकतो. शिवाय, SiC स्वतः एक कठीण आणि ठिसूळ मटेरियल आहे आणि पारंपारिक मेकॅनिकल कटिंग वेफर डायसिंग वापरताना त्यापासून बनवलेले वेफर्स एज चिपिंग होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे उत्पादनाचे उत्पन्न आणि विश्वासार्हता प्रभावित होते. SiC सब्सट्रेट्स पारंपारिक सिलिकॉन इनगॉट्सपेक्षा खूप वेगळे आहेत आणि सिलिकॉन कार्बाइड हाताळण्यासाठी उपकरणे, प्रक्रिया, प्रक्रिया ते कटिंगपर्यंत सर्वकाही विकसित करणे आवश्यक आहे.

सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग साखळी प्रामुख्याने चार प्रमुख दुव्यांमध्ये विभागली गेली आहे: सब्सट्रेट, एपिटॅक्सि, उपकरणे आणि अनुप्रयोग. सब्सट्रेट मटेरियल हे उद्योग साखळीचा पाया आहेत, एपिटॅक्सिअल मटेरियल हे उपकरण निर्मितीची गुरुकिल्ली आहेत, उपकरणे हे उद्योग साखळीचा गाभा आहेत आणि अनुप्रयोग हे औद्योगिक विकासाचे प्रेरक शक्ती आहेत. अपस्ट्रीम उद्योग भौतिक वाष्प उदात्तीकरण पद्धती आणि इतर पद्धतींद्वारे सब्सट्रेट मटेरियल बनवण्यासाठी कच्च्या मालाचा वापर करतो आणि नंतर एपिटॅक्सिअल मटेरियल वाढवण्यासाठी रासायनिक वाष्प जमा करण्याच्या पद्धती आणि इतर पद्धती वापरतो. मिडस्ट्रीम उद्योग रेडिओ फ्रिक्वेन्सी उपकरणे, पॉवर उपकरणे आणि इतर उपकरणे बनवण्यासाठी अपस्ट्रीम मटेरियल वापरतो, जे शेवटी डाउनस्ट्रीम 5G कम्युनिकेशनमध्ये वापरले जातात. , इलेक्ट्रिक वाहने, रेल्वे ट्रान्झिट इ. त्यापैकी, सब्सट्रेट आणि एपिटॅक्सि उद्योग साखळीच्या किमतीच्या 60% वाटा देतात आणि उद्योग साखळीचे मुख्य मूल्य आहेत.

SiC सब्सट्रेट: SiC क्रिस्टल्स सहसा ली पद्धतीचा वापर करून तयार केले जातात. आंतरराष्ट्रीय मुख्य प्रवाहातील उत्पादने 4 इंचांवरून 6 इंचांपर्यंत बदलत आहेत आणि 8-इंच कंडक्टिव्ह सब्सट्रेट उत्पादने विकसित केली गेली आहेत. घरगुती सब्सट्रेट प्रामुख्याने 4 इंच आहेत. विद्यमान 6-इंच सिलिकॉन वेफर उत्पादन लाइन्स अपग्रेड आणि SiC उपकरणे तयार करण्यासाठी रूपांतरित केल्या जाऊ शकतात, त्यामुळे 6-इंच SiC सब्सट्रेटचा उच्च बाजार हिस्सा दीर्घकाळ टिकेल.

सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट प्रक्रिया गुंतागुंतीची आणि तयार करणे कठीण आहे. सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट हे कार्बन आणि सिलिकॉन या दोन घटकांपासून बनलेले एक संयुग अर्धसंवाहक सिंगल क्रिस्टल मटेरियल आहे. सध्या, उद्योगात सिलिकॉन कार्बाइड पावडरचे संश्लेषण करण्यासाठी कच्चा माल म्हणून प्रामुख्याने उच्च-शुद्धता कार्बन पावडर आणि उच्च-शुद्धता सिलिकॉन पावडर वापरला जातो. एका विशेष तापमान क्षेत्राखाली, क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसमध्ये वेगवेगळ्या आकाराचे सिलिकॉन कार्बाइड वाढवण्यासाठी परिपक्व भौतिक वाष्प प्रसारण पद्धत (PVT पद्धत) वापरली जाते. क्रिस्टल इनगॉट शेवटी प्रक्रिया केली जाते, कापली जाते, ग्राउंड केली जाते, पॉलिश केली जाते, स्वच्छ केली जाते आणि इतर अनेक प्रक्रिया करून सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट तयार केला जातो.