سلڪون ڪاربائيڊ لاءِ ٽيڪنيڪل رڪاوٽون ڪهڙيون آهن؟Ⅱ

مستحڪم ڪارڪردگي سان اعليٰ معيار جي سلڪون ڪاربائيڊ ويفرز جي وڏي پيماني تي پيداوار ۾ ٽيڪنيڪل مشڪلاتون شامل آهن:

1) جيئن ته ڪرسٽل کي 2000 °C کان مٿي هڪ اعليٰ درجه حرارت واري سيل ٿيل ماحول ۾ وڌڻ جي ضرورت آهي، گرمي پد ڪنٽرول جون گهرجون تمام گهڻيون آهن؛
2) جيئن ته سلڪون ڪاربائيڊ ۾ 200 کان وڌيڪ ڪرسٽل ڍانچا آهن، پر سنگل-ڪرسٽل سلڪون ڪاربائيڊ جون صرف چند ڍانچا گهربل سيمي ڪنڊڪٽر مواد آهن، سلڪون کان ڪاربن تناسب، واڌ جي درجه حرارت جي گريڊينٽ، ۽ ڪرسٽل جي واڌ کي ڪرسٽل جي واڌ جي عمل دوران صحيح طور تي ڪنٽرول ڪرڻ جي ضرورت آهي. پيرا ميٽر جهڙوڪ رفتار ۽ هوا جي وهڪري جو دٻاءُ؛
3) وانپ فيز ٽرانسميشن جي طريقي جي تحت، سلڪون ڪاربائيڊ ڪرسٽل جي واڌ جي قطر وڌائڻ واري ٽيڪنالاجي انتهائي مشڪل آهي؛
4) سلڪون ڪاربائيڊ جي سختي هيرن جي ويجهو آهي، ۽ ڪٽڻ، پيسڻ ۽ پالش ڪرڻ جا طريقا مشڪل آهن.

SiC ايپيٽيڪسيل ويفر: عام طور تي ڪيميائي وانپ ڊپوزيشن (CVD) طريقي سان ٺاهيا ويندا آهن. مختلف ڊوپنگ قسمن جي مطابق، انهن کي n-قسم ۽ p-قسم جي ايپيٽيڪسيل ويفرز ۾ ورهايو ويندو آهي. گهريلو هانٽيان ٽيانچينگ ۽ ڊونگ گوان ٽيانيو اڳ ۾ ئي 4-انچ/6-انچ SiC ايپيٽيڪسيل ويفرز فراهم ڪري سگهن ٿا. SiC ايپيٽيڪسي لاءِ، هاءِ وولٽيج فيلڊ ۾ ڪنٽرول ڪرڻ ڏکيو آهي، ۽ SiC ايپيٽيڪسي جي معيار جو SiC ڊوائيسز تي وڏو اثر پوي ٿو. ان کان علاوه، ايپيٽيڪسيل سامان صنعت ۾ چار معروف ڪمپنين پاران اجاردار آهي: Axitron، LPE، TEL ۽ Nuflare.

سلڪون ڪاربائيڊ ايپيٽيڪسيلويفر هڪ سلڪون ڪاربائيڊ ويفر ڏانهن اشارو ڪري ٿو جنهن ۾ هڪ سنگل ڪرسٽل فلم (ايپيٽيڪسيل پرت) ڪجهه گهرجن سان ۽ سبسٽريٽ ڪرسٽل وانگر اصل سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽ تي پوکي ويندي آهي. ايپيٽڪسيل واڌ بنيادي طور تي CVD (ڪيميائي وانپ ڊپوزيشن،) سامان يا MBE (ماليڪيولر بيم ايپيٽڪسي) سامان استعمال ڪندي آهي. جيئن ته سلڪون ڪاربائيڊ ڊوائيسز سڌو سنئون ايپيٽڪسيل پرت ۾ ٺاهيا ويندا آهن، ايپيٽڪسيل پرت جي معيار سڌو سنئون ڊوائيس جي ڪارڪردگي ۽ پيداوار تي اثر انداز ٿئي ٿي. جيئن ته ڊوائيس جي وولٽيج برداشت ڪرڻ جي ڪارڪردگي وڌندي رهي ٿي، لاڳاپيل ايپيٽڪسيل پرت جي ٿولهه ٿلهي ٿي ويندي آهي ۽ ڪنٽرول وڌيڪ ڏکيو ٿي ويندو آهي. عام طور تي، جڏهن وولٽيج 600V جي چوڌاري هوندو آهي، گهربل ايپيٽڪسيل پرت جي ٿولهه تقريبن 6 مائڪرون هوندي آهي؛ جڏهن وولٽيج 1200-1700V جي وچ ۾ هوندو آهي، گهربل ايپيٽڪسيل پرت جي ٿولهه 10-15 مائڪرون تائين پهچي ويندي آهي. جيڪڏهن وولٽيج 10,000 وولٽ کان وڌيڪ پهچي ويندي آهي، ته 100 مائڪرون کان وڌيڪ ايپيٽڪسيل پرت جي ٿولهه جي ضرورت پوندي. جيئن ته ايپيٽيڪسيل پرت جي ٿلهي وڌندي رهي ٿي، ٿلهي ۽ مزاحمتي هڪجهڙائي ۽ خرابي جي کثافت کي ڪنٽرول ڪرڻ ڏکيو ٿي ويندو آهي.

SiC ڊوائيسز: بين الاقوامي سطح تي، 600~1700V SiC SBD ۽ MOSFET صنعتي ڪيا ويا آهن. مکيه وهڪرو پراڊڪٽس 1200V کان گهٽ وولٽيج جي سطح تي ڪم ڪن ٿا ۽ بنيادي طور تي TO پيڪنگنگ کي اختيار ڪن ٿا. قيمت جي لحاظ کان، بين الاقوامي مارڪيٽ ۾ SiC پراڊڪٽس جي قيمت انهن جي Si هم منصبن جي ڀيٽ ۾ تقريبن 5-6 ڀيرا وڌيڪ آهي. جڏهن ته، قيمتون 10٪ جي سالياني شرح سان گهٽجي رهيون آهن. ايندڙ 2-3 سالن ۾ اپ اسٽريم مواد ۽ ڊوائيس جي پيداوار جي واڌ سان، مارڪيٽ جي فراهمي وڌندي، جنهن جي نتيجي ۾ قيمت ۾ وڌيڪ گهٽتائي ٿيندي. اهو توقع آهي ته جڏهن قيمت Si شين جي ڀيٽ ۾ 2-3 ڀيرا پهچي ويندي، ته سسٽم جي قيمتن ۾ گهٽتائي ۽ بهتر ڪارڪردگي جي ڪري حاصل ٿيندڙ فائدا بتدريج SiC کي Si ڊوائيسز جي مارڪيٽ جي جڳهه تي قبضو ڪرڻ لاءِ هلائيندا.
روايتي پيڪنگنگ سلڪون تي ٻڌل سبسٽريٽس تي ٻڌل آهي، جڏهن ته ٽئين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد کي مڪمل طور تي نئين ڊيزائن جي ضرورت آهي. وسيع بينڊ گيپ پاور ڊوائيسز لاءِ روايتي سلڪون تي ٻڌل پيڪنگنگ ڍانچي کي استعمال ڪرڻ سان فريڪوئنسي، ٿرمل مئنيجمينٽ، ۽ اعتبار سان لاڳاپيل نوان مسئلا ۽ چئلينج متعارف ٿي سگهن ٿا. SiC پاور ڊوائيسز پيراسائيٽڪ ڪيپيسٽينس ۽ انڊڪٽنس لاءِ وڌيڪ حساس آهن. Si ڊوائيسز جي مقابلي ۾، SiC پاور چپس ۾ تيز سوئچنگ اسپيڊ هوندي آهي، جيڪا اوور شوٽ، اوسيليشن، وڌندڙ سوئچنگ نقصان، ۽ ڊوائيس جي خرابين جو سبب بڻجي سگهي ٿي. اضافي طور تي، SiC پاور ڊوائيسز وڌيڪ گرمي پد تي ڪم ڪن ٿيون، جن کي وڌيڪ جديد ٿرمل مئنيجمينٽ ٽيڪنڪ جي ضرورت هوندي آهي.

وائڊ بينڊ گيپ سيمي ڪنڊڪٽر پاور پيڪنگنگ جي ميدان ۾ مختلف قسم جون اڏاوتون تيار ڪيون ويون آهن. روايتي سي آءِ تي ٻڌل پاور ماڊيول پيڪنگنگ هاڻي مناسب نه رهي آهي. روايتي سي آءِ تي ٻڌل پاور ماڊيول پيڪنگنگ جي اعليٰ پيراسائٽڪ پيرا ميٽرز ۽ خراب گرمي جي ضايع ڪرڻ جي ڪارڪردگي جي مسئلن کي حل ڪرڻ لاءِ، سي آءِ سي پاور ماڊيول پيڪنگنگ پنهنجي جوڙجڪ ۾ وائرليس انٽر ڪنيڪشن ۽ ڊبل سائڊ کولنگ ٽيڪنالاجي کي اختيار ڪري ٿي، ۽ بهتر حرارتي چالکائي سان سبسٽريٽ مواد کي به اختيار ڪري ٿي، ۽ ڊيڪپلنگ ڪيپيسٽرز، گرمي پد/ڪرنٽ سينسرز، ۽ ڊرائيو سرڪٽس کي ماڊيول جي جوڙجڪ ۾ ضم ڪرڻ جي ڪوشش ڪئي، ۽ مختلف قسم جي ماڊيول پيڪنگنگ ٽيڪنالاجيون تيار ڪيون آهن. ان کان علاوه، سي آءِ سي ڊوائيس جي پيداوار ۾ اعليٰ ٽيڪنيڪل رڪاوٽون آهن ۽ پيداوار جي قيمت وڌيڪ آهي.

سلڪون ڪاربائيڊ ڊوائيسز سي وي ڊي ذريعي سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽ تي ايپيٽيڪسيل پرتن کي جمع ڪندي تيار ڪيا ويندا آهن. هن عمل ۾ صفائي، آڪسائيڊيشن، فوٽوليٿوگرافي، ايچنگ، فوٽوريزسٽ کي اسٽريپ ڪرڻ، آئن امپلانٽيشن، سلڪون نائٽرائڊ جي ڪيميائي بخارات جمع ڪرڻ، پالش ڪرڻ، اسپٽرنگ، ۽ بعد ۾ پروسيسنگ مرحلا شامل آهن ته جيئن سي سي سنگل ڪرسٽل سبسٽريٽ تي ڊوائيس جي جوڙجڪ ٺاهي سگهجي. سي سي پاور ڊوائيسز جي مکيه قسمن ۾ سي سي ڊائيوڊس، سي سي ٽرانزسٽر، ۽ سي سي پاور ماڊل شامل آهن. سست اپ اسٽريم مواد جي پيداوار جي رفتار ۽ گهٽ پيداوار جي شرح جهڙن عنصرن جي ڪري، سلڪون ڪاربائيڊ ڊوائيسز ۾ نسبتا وڌيڪ پيداوار جي قيمت آهي.

ان کان علاوه، سلڪون ڪاربائيڊ ڊوائيس جي پيداوار ۾ ڪجهه ٽيڪنيڪل مشڪلاتون آهن:

1) هڪ مخصوص عمل کي ترقي ڪرڻ ضروري آهي جيڪو سلڪون ڪاربائيڊ مواد جي خاصيتن سان مطابقت رکي ٿو. مثال طور: SiC جو پگھلڻ جو نقطو وڌيڪ آهي، جيڪو روايتي حرارتي پکيڙ کي غير موثر بڻائي ٿو. آئن امپلانٽيشن ڊوپنگ طريقو استعمال ڪرڻ ۽ صحيح طور تي پيرا ميٽرز جهڙوڪ گرمي پد، حرارت جي شرح، مدت، ۽ گئس جي وهڪري کي ڪنٽرول ڪرڻ ضروري آهي؛ SiC ڪيميائي محلولن لاءِ غير فعال آهي. خشڪ ايچنگ جهڙا طريقا استعمال ڪرڻ گهرجن، ۽ ماسڪ مواد، گئس مرکب، سائڊ وال سلپ جو ڪنٽرول، ايچنگ جي شرح، سائڊ وال جي خرابي، وغيره کي بهتر ۽ ترقي ڪرڻ گهرجي؛
2) سلڪون ڪاربائيڊ ويفرز تي ڌاتو اليڪٽروڊ جي پيداوار لاءِ 10-5Ω2 کان گهٽ رابطي جي مزاحمت جي ضرورت آهي. اليڪٽروڊ مواد جيڪي گهرجن کي پورو ڪن ٿا، Ni ۽ Al، 100°C کان مٿي خراب حرارتي استحڪام رکن ٿا، پر Al/Ni ۾ بهتر حرارتي استحڪام آهي. /W/Au جامع اليڪٽروڊ مواد جي رابطي جي مخصوص مزاحمت 10-3Ω2 وڌيڪ آهي؛
3) SiC ۾ ڪٽڻ جو لباس وڌيڪ آهي، ۽ SiC جي سختي هيرن کان پوءِ ٻئي نمبر تي آهي، جيڪا ڪٽڻ، پيسڻ، پالش ڪرڻ ۽ ٻين ٽيڪنالاجي لاءِ اعليٰ گهرجن کي اڳيان رکي ٿي.

ان کان علاوه، خندق سلڪون ڪاربائيڊ پاور ڊوائيسز ٺاهڻ ۾ وڌيڪ ڏکيا آهن. مختلف ڊوائيسز جي جوڙجڪ جي مطابق، سلڪون ڪاربائيڊ پاور ڊوائيسز کي بنيادي طور تي پلانر ڊوائيسز ۽ خندق ڊوائيسز ۾ ورهائي سگهجي ٿو. پلانر سلڪون ڪاربائيڊ پاور ڊوائيسز ۾ سٺي يونٽ مستقل مزاجي ۽ سادي پيداوار جو عمل آهي، پر JFET اثر جو شڪار آهن ۽ انهن ۾ اعلي پيراسائيٽڪ ڪيپيسٽينس ۽ آن اسٽيٽ مزاحمت آهي. پلانر ڊوائيسز جي مقابلي ۾، خندق سلڪون ڪاربائيڊ پاور ڊوائيسز ۾ گهٽ يونٽ مستقل مزاجي آهي ۽ هڪ وڌيڪ پيچيده پيداوار جو عمل آهي. بهرحال، خندق جي جوڙجڪ ڊوائيس يونٽ جي کثافت کي وڌائڻ لاءِ سازگار آهي ۽ JFET اثر پيدا ڪرڻ جو امڪان گهٽ آهي، جيڪو چينل جي متحرڪيت جي مسئلي کي حل ڪرڻ لاءِ فائديمند آهي. ان ۾ بهترين خاصيتون آهن جهڙوڪ ننڍي آن-مزاحمت، ننڍي پيراسائيٽڪ ڪيپيسٽينس، ۽ گهٽ سوئچنگ توانائي جو استعمال. ان ۾ اهم قيمت ۽ ڪارڪردگي جا فائدا آهن ۽ سلڪون ڪاربائيڊ پاور ڊوائيسز جي ترقي جي مکيه وهڪرو هدايت بڻجي چڪو آهي. روهم جي سرڪاري ويب سائيٽ موجب، ROHM Gen3 ڍانچي (Gen1 Trench structure) Gen2 (Plannar2) چپ علائقي جو صرف 75٪ آهي، ۽ ساڳئي چپ سائيز جي تحت ROHM Gen3 ڍانچي جي مزاحمت 50٪ گهٽجي وئي آهي.

سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽ، ايپيٽيڪسي، فرنٽ اينڊ، آر اينڊ ڊي خرچ ۽ ٻيا سلڪون ڪاربائيڊ ڊوائيسز جي پيداوار جي قيمت جو ترتيب وار 47٪، 23٪، 19٪، 6٪ ۽ 5٪ آهن.

آخر ۾، اسان سلڪون ڪاربائيڊ انڊسٽري چين ۾ سبسٽريٽس جي ٽيڪنيڪل رڪاوٽن کي ٽوڙڻ تي ڌيان ڏينداسين.

سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽس جي پيداوار جو عمل سلڪون تي ٻڌل سبسٽريٽس وانگر آهي، پر وڌيڪ ڏکيو آهي.
سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽ جي پيداوار جي عمل ۾ عام طور تي خام مال جي جوڙجڪ، ڪرسٽل جي واڌ، انگٽ پروسيسنگ، انگٽ ڪٽڻ، ويفر پيسڻ، پالش ڪرڻ، صفائي ۽ ٻيا لنڪ شامل آهن.
ڪرسٽل جي واڌ جو مرحلو سڄي عمل جو مرڪز آهي، ۽ هي قدم سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽ جي برقي خاصيتن کي طئي ڪري ٿو.

سلڪون ڪاربائيڊ مواد کي عام حالتن ۾ مائع مرحلي ۾ وڌڻ ڏکيو آهي. اڄڪلهه مارڪيٽ ۾ مشهور بخاراتي مرحلي جي واڌ جو طريقو 2300 ° C کان مٿي واڌ جو گرمي پد رکي ٿو ۽ واڌ جي گرمي پد جي صحيح ڪنٽرول جي ضرورت آهي. سڄي آپريشن جي عمل کي ڏسڻ لڳ ڀڳ ڏکيو آهي. ٿوري غلطي پيداوار کي ختم ڪرڻ جو سبب بڻجندي. مقابلي ۾، سلڪون مواد کي صرف 1600 ℃ جي ضرورت هوندي آهي، جيڪو تمام گهٽ آهي. سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽ تيار ڪرڻ ۾ پڻ مشڪلاتن کي منهن ڏيڻو پوي ٿو جهڙوڪ سست ڪرسٽل واڌ ۽ اعليٰ ڪرسٽل فارم جي گهرجن. سلڪون ڪاربائيڊ ويفر واڌ ۾ لڳ ڀڳ 7 کان 10 ڏينهن لڳن ٿا، جڏهن ته سلڪون راڊ ڪڍڻ ۾ صرف اڍائي ڏينهن لڳن ٿا. ان کان علاوه، سلڪون ڪاربائيڊ هڪ اهڙو مواد آهي جنهن جي سختي هيرن کان پوءِ ٻئي نمبر تي آهي. اهو ڪٽڻ، پيسڻ ۽ پالش ڪرڻ دوران گهڻو ڪجهه وڃائي ڇڏيندو، ۽ آئوٽ پُٽ تناسب صرف 60٪ آهي.

اسان ڄاڻون ٿا ته رجحان سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽس جي سائيز کي وڌائڻ جو آهي، جيئن سائيز وڌندي رهي ٿي، قطر جي توسيع ٽيڪنالاجي جون گهرجون وڌيڪ ۽ وڌيڪ ٿينديون رهيون آهن. ڪرسٽل جي بار بار واڌ کي حاصل ڪرڻ لاءِ مختلف ٽيڪنيڪل ڪنٽرول عنصرن جي ميلاپ جي ضرورت آهي.