சிலிக்கான் கார்பைடுக்கு உள்ள தொழில்நுட்பத் தடைகள் என்னென்ன?

முதல் தலைமுறை குறைக்கடத்திப் பொருட்கள், ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்று உற்பத்திக்கு அடிப்படையாக விளங்கும் பாரம்பரிய சிலிக்கான் (Si) மற்றும் ஜெர்மானியம் (Ge) ஆகியவற்றால் குறிப்பிடப்படுகின்றன. அவை குறைந்த மின்னழுத்தம், குறைந்த அதிர்வெண் மற்றும் குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் கண்டறிவான்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. 90%-க்கும் மேற்பட்ட குறைக்கடத்திப் பொருட்கள் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களால் தயாரிக்கப்படுகின்றன;
இரண்டாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திப் பொருட்கள் கேலியம் ஆர்சனைடு (GaAs), இண்டியம் பாஸ்பைடு (InP) மற்றும் கேலியம் பாஸ்பைடு (GaP) ஆகியவற்றால் குறிப்பிடப்படுகின்றன. சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அவை உயர் அதிர்வெண் மற்றும் அதிவேக ஒளியியல்-மின்னணுவியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் ஒளியியல்-மின்னணுவியல் மற்றும் நுண்-மின்னணுவியல் துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC), காலியம் நைட்ரைடு (GaN), துத்தநாக ஆக்சைடு (ZnO), வைரம் (C) மற்றும் அலுமினியம் நைட்ரைடு (AlN) போன்ற வளர்ந்து வரும் பொருட்கள் மூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திப் பொருட்களாகும்.

சிலிக்கான் கார்பைடுமூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்தித் தொழில்துறையின் வளர்ச்சிக்கு சிலிக்கான் கார்பைடு ஒரு முக்கியமான அடிப்படைப் பொருளாகும். சிலிக்கான் கார்பைடு ஆற்றல் சாதனங்கள், தங்களின் சிறந்த உயர் மின்னழுத்த எதிர்ப்பு, உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு, குறைந்த இழப்பு மற்றும் பிற பண்புகளால், ஆற்றல் மின்னணு அமைப்புகளின் உயர் செயல்திறன், சிறிய வடிவம் மற்றும் குறைந்த எடை ஆகிய தேவைகளைத் திறம்படப் பூர்த்தி செய்ய முடியும்.

அதன் உயர்ந்த இயற்பியல் பண்புகளான உயர் பட்டை இடைவெளி (இது உயர் முறிவு மின்புலம் மற்றும் உயர் திறன் அடர்த்திக்கு வழிவகுக்கிறது), உயர் மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றின் காரணமாக, எதிர்காலத்தில் குறைக்கடத்தி சில்லுகளைத் தயாரிப்பதற்கான மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் அடிப்படைப் பொருளாக இது மாறும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. குறிப்பாக புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள், ஒளிமின்னழுத்த மின் உற்பத்தி, இரயில் போக்குவரத்து, திறன்மிகு மின்கட்டமைப்புகள் மற்றும் பிற துறைகளில், இது தெளிவான நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது.

SiC உற்பத்தி செயல்முறையானது, SiC ஒற்றைப் படிக வளர்ச்சி, புறவளர்ச்சி அடுக்கு வளர்ச்சி மற்றும் சாதன உற்பத்தி என மூன்று முக்கிய படிகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது, இவை தொழில்துறை சங்கிலியின் நான்கு முக்கிய இணைப்புகளுக்கு ஒத்திருக்கின்றன:அடி மூலக்கூறு, எபிடாக்ஸிசாதனங்கள் மற்றும் தொகுதிகள்.

அடி மூலக்கூறுகளை உற்பத்தி செய்வதற்கான பிரதான முறையானது, முதலில் உயர்-வெப்பநிலை வெற்றிடச் சூழலில் தூளைப் பதங்கமாக்க இயற்பியல் ஆவிப் பதங்கமாதல் முறையைப் பயன்படுத்துகிறது, மேலும் ஒரு வெப்பநிலை புலத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் விதை படிகத்தின் மேற்பரப்பில் சிலிக்கான் கார்பைடு படிகங்களை வளர்க்கிறது. சிலிக்கான் கார்பைடு தகட்டை அடி மூலக்கூறாகப் பயன்படுத்தி, வேதி ஆவிப் படிவு முறையானது அந்தத் தகட்டின் மீது ஒற்றைப் படிகத்தின் ஒரு அடுக்கைப் படியவைத்து ஒரு படிகமேல் அடுக்கை உருவாக்குகிறது. அவற்றுள், கடத்தும் சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மீது சிலிக்கான் கார்பைடு படிகமேல் அடுக்கை வளர்ப்பதன் மூலம் ஆற்றல் சாதனங்களை உருவாக்க முடியும், அவை முக்கியமாக மின்சார வாகனங்கள், ஒளிமின்னழுத்தங்கள் மற்றும் பிற துறைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன; பகுதி-காப்புத்தன்மை கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மீது காலியம் நைட்ரைடு படிகமேல் அடுக்கை வளர்ப்பது...சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுஇவற்றை மேலும் ரேடியோ அதிர்வெண் சாதனங்களாக உருவாக்கி, 5ஜி தகவல் தொடர்பு மற்றும் பிற துறைகளில் பயன்படுத்தலாம்.

தற்போதைக்கு, சிலிக்கான் கார்பைடு தொழிற்துறை சங்கிலியில் சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுகளே மிக உயர்ந்த தொழில்நுட்பத் தடைகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவற்றை உற்பத்தி செய்வதும் மிகவும் கடினமானது.

SiC-இன் உற்பத்தித் தடை முழுமையாகத் தீர்க்கப்படவில்லை. மேலும், மூலப்பொருளான படிகத் தூண்களின் தரம் நிலையற்றதாகவும், உற்பத்திச் சிக்கல் உள்ளதாகவும் இருப்பதால், SiC சாதனங்களின் விலை அதிகமாகிறது. சிலிக்கான் பொருள் ஒரு படிகத் தண்டாக வளர்வதற்குச் சராசரியாக 3 நாட்கள் மட்டுமே ஆகும், ஆனால் ஒரு சிலிக்கான் கார்பைடு படிகத் தண்டாக வளர ஒரு வாரம் ஆகும். ஒரு பொதுவான சிலிக்கான் படிகத் தண்டு 200 செ.மீ நீளம் வரை வளரக்கூடியது, ஆனால் ஒரு சிலிக்கான் கார்பைடு படிகத் தண்டு 2 செ.மீ நீளம் மட்டுமே வளரக்கூடியது. மேலும், SiC என்பது கடினமான மற்றும் உடையக்கூடிய ஒரு பொருளாகும். பாரம்பரிய இயந்திர வெட்டு முறையைப் பயன்படுத்தும்போது, ​​அதிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் சிலிக்கான் தகடுகளின் விளிம்புகள் எளிதில் சிதறுகின்றன. இது உற்பத்தியின் விளைச்சலையும் நம்பகத்தன்மையையும் பாதிக்கிறது. SiC அடிமூலங்கள் பாரம்பரிய சிலிக்கான் கட்டிகளிலிருந்து மிகவும் வேறுபட்டவை. மேலும், சிலிக்கான் கார்பைடைக் கையாள்வதற்காக உபகரணங்கள், செயல்முறைகள், பதப்படுத்துதல் முதல் வெட்டுதல் வரை அனைத்தும் மேம்படுத்தப்பட வேண்டும்.

சிலிக்கான் கார்பைடு தொழில் சங்கிலி முக்கியமாக நான்கு முக்கிய இணைப்புகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது: மூலப்பொருள், எபிடாக்ஸி, சாதனங்கள் மற்றும் பயன்பாடுகள். மூலப்பொருள்கள் தொழில் சங்கிலியின் அடித்தளமாகவும், எபிடாக்ஸி பொருட்கள் சாதன உற்பத்திக்கு முக்கியமாகவும், சாதனங்கள் தொழில் சங்கிலியின் மையமாகவும், பயன்பாடுகள் தொழில்துறை வளர்ச்சிக்கு உந்து சக்தியாகவும் உள்ளன. மேல்நிலைத் தொழில், மூலப்பொருட்களைப் பயன்படுத்தி இயற்பியல் ஆவி பதங்கமாதல் முறைகள் மற்றும் பிற முறைகள் மூலம் மூலப்பொருள்களை உருவாக்குகிறது, பின்னர் வேதியியல் ஆவிப் படிவு முறைகள் மற்றும் பிற முறைகளைப் பயன்படுத்தி எபிடாக்ஸி பொருட்களை வளர்க்கிறது. இடைநிலைத் தொழில், மேல்நிலை மூலப்பொருட்களைப் பயன்படுத்தி ரேடியோ அதிர்வெண் சாதனங்கள், ஆற்றல் சாதனங்கள் மற்றும் பிற சாதனங்களை உருவாக்குகிறது, அவை இறுதியில் கீழ்நிலை 5G தகவல்தொடர்புகள், மின்சார வாகனங்கள், ரயில் போக்குவரத்து போன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இவற்றுள், மூலப்பொருள் மற்றும் எபிடாக்ஸி ஆகியவை தொழில் சங்கிலியின் செலவில் 60% பங்கைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் தொழில் சங்கிலியின் முக்கிய மதிப்பாகும்.

SiC அடிமூலக்கூறு: SiC படிகங்கள் பொதுவாக லெலி முறையைப் பயன்படுத்தித் தயாரிக்கப்படுகின்றன. சர்வதேச முக்கியத் தயாரிப்புகள் 4 அங்குலத்திலிருந்து 6 அங்குலத்திற்கு மாறி வருகின்றன, மேலும் 8-அங்குல கடத்தும் அடிமூலக்கூறு தயாரிப்புகளும் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. உள்நாட்டு அடிமூலக்கூறுகள் முக்கியமாக 4 அங்குல அளவில் உள்ளன. தற்போதுள்ள 6-அங்குல சிலிக்கான் வேஃபர் உற்பத்தித் தொடர்களை SiC சாதனங்களைத் தயாரிப்பதற்காக மேம்படுத்தி மாற்றியமைக்க முடியும் என்பதால், 6-அங்குல SiC அடிமூலக்கூறுகளின் அதிக சந்தைப் பங்கு நீண்ட காலத்திற்குத் தக்கவைக்கப்படும்.

சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறு செயல்முறை சிக்கலானது மற்றும் உற்பத்தி செய்வதற்கு கடினமானது. சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறு என்பது கார்பன் மற்றும் சிலிக்கான் ஆகிய இரண்டு தனிமங்களால் ஆன ஒரு கூட்டு குறைக்கடத்தி ஒற்றைப் படிகப் பொருளாகும். தற்போது, ​​சிலிக்கான் கார்பைடு தூளைத் தொகுக்க, தொழில்துறை முக்கியமாக உயர்-தூய்மை கார்பன் தூள் மற்றும் உயர்-தூய்மை சிலிக்கான் தூள் ஆகியவற்றை மூலப்பொருட்களாகப் பயன்படுத்துகிறது. ஒரு சிறப்பு வெப்பநிலைச் சூழலில், படிக வளர்ச்சி உலையில் வெவ்வேறு அளவுகளில் சிலிக்கான் கார்பைடை வளர்க்க, முதிர்ந்த இயற்பியல் ஆவிப் பரிமாற்ற முறை (PVT முறை) பயன்படுத்தப்படுகிறது. இறுதியாக, படிகக் கட்டியானது சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறை உற்பத்தி செய்வதற்காக, வெட்டுதல், அரைத்தல், மெருகூட்டுதல், சுத்தம் செய்தல் மற்றும் பிற பல செயல்முறைகளுக்கு உட்படுத்தப்பட்டு பதப்படுத்தப்படுகிறது.