సిలికాన్ కార్బైడ్‌కు ఉన్న సాంకేతిక అవరోధాలు ఏమిటి?

మొదటి తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు సాంప్రదాయ సిలికాన్ (Si) మరియు జెర్మేనియం (Ge) లచే సూచించబడతాయి, ఇవి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ తయారీకి ఆధారం. వీటిని తక్కువ-వోల్టేజ్, తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు తక్కువ-పవర్ ట్రాన్సిస్టర్‌లు మరియు డిటెక్టర్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. 90% కంటే ఎక్కువ సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తులు సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాలతో తయారు చేయబడ్డాయి;
రెండవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలకు గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs), ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) మరియు గాలియం ఫాస్ఫైడ్ (GaP) ప్రాతినిధ్యం వహిస్తాయి. సిలికాన్ ఆధారిత పరికరాలతో పోలిస్తే, ఇవి అధిక పౌనఃపున్యం మరియు అధిక వేగం గల ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్, మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి.
మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC), గాలియం నైట్రైడ్ (GaN), జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO), వజ్రం (C), మరియు అల్యూమినియం నైట్రైడ్ (AlN) వంటి అభివృద్ధి చెందుతున్న పదార్థాల ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తాయి.

సిలికాన్ కార్బైడ్మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ అభివృద్ధికి సిలికాన్ కార్బైడ్ ఒక ముఖ్యమైన ప్రాథమిక ముడి పదార్థం. సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలు వాటి అద్భుతమైన అధిక-వోల్టేజ్ నిరోధకత, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత, తక్కువ నష్టం మరియు ఇతర లక్షణాలతో పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్‌ల యొక్క అధిక సామర్థ్యం, ​​సూక్ష్మీకరణ మరియు తేలికపాటి అవసరాలను సమర్థవంతంగా తీర్చగలవు.

దాని శ్రేష్ఠమైన భౌతిక లక్షణాలైన అధిక బ్యాండ్ గ్యాప్ (దీనివల్ల అధిక బ్రేక్‌డౌన్ విద్యుత్ క్షేత్రం మరియు అధిక పవర్ డెన్సిటీ లభిస్తాయి), అధిక విద్యుత్ వాహకత్వం, మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత్వం కారణంగా, భవిష్యత్తులో సెమీకండక్టర్ చిప్‌ల తయారీకి ఇది అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే ప్రాథమిక పదార్థంగా మారుతుందని భావిస్తున్నారు. ముఖ్యంగా నూతన ఇంధన వాహనాలు, ఫోటోవోల్టాయిక్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి, రైలు రవాణా, స్మార్ట్ గ్రిడ్‌లు మరియు ఇతర రంగాలలో దీనికి స్పష్టమైన ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి.

SiC ఉత్పత్తి ప్రక్రియ మూడు ప్రధాన దశలుగా విభజించబడింది: SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్, ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ గ్రోత్ మరియు డివైస్ తయారీ, ఇవి పారిశ్రామిక గొలుసు యొక్క నాలుగు ప్రధాన లింకులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి:సబ్‌స్ట్రేట్, ఎపిటాక్సీ, పరికరాలు మరియు మాడ్యూల్స్.

సబ్‌స్ట్రేట్‌లను తయారుచేసే ప్రధాన పద్ధతిలో, మొదట అధిక-ఉష్ణోగ్రత వాక్యూమ్ వాతావరణంలో పొడిని ఉత్పతనం చేయడానికి భౌతిక ఆవిరి ఉత్పతనం పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు, మరియు ఉష్ణోగ్రతా క్షేత్రాన్ని నియంత్రించడం ద్వారా సీడ్ క్రిస్టల్ ఉపరితలంపై సిలికాన్ కార్బైడ్ స్ఫటికాలను పెంచుతారు. సిలికాన్ కార్బైడ్ వేఫర్‌ను సబ్‌స్ట్రేట్‌గా ఉపయోగించి, ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్‌ను ఏర్పరచడానికి రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్) ద్వారా వేఫర్‌పై ఏక స్ఫటిక పొరను నిక్షేపిస్తారు. వీటిలో, వాహక సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచడం ద్వారా విద్యుత్ పరికరాలను తయారు చేయవచ్చు, వీటిని ప్రధానంగా ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, ఫోటోవోల్టాయిక్స్ మరియు ఇతర రంగాలలో ఉపయోగిస్తారు; పాక్షిక-నిరోధక సబ్‌స్ట్రేట్‌పై గాలియం నైట్రైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచడం ద్వారా కూడా వీటిని తయారు చేయవచ్చు.సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్వీటిని మరింతగా రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ పరికరాలుగా తయారు చేసి, 5G కమ్యూనికేషన్లు మరియు ఇతర రంగాలలో ఉపయోగించవచ్చు.

ప్రస్తుతానికి, సిలికాన్ కార్బైడ్ పరిశ్రమ శ్రేణిలో సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు అత్యధిక సాంకేతిక అవరోధాలను కలిగి ఉన్నాయి మరియు వాటిని ఉత్పత్తి చేయడం అత్యంత కష్టమైనది.

SiC ఉత్పత్తిలో ఉన్న అడ్డంకి ఇంకా పూర్తిగా పరిష్కరించబడలేదు. ముడి పదార్థమైన క్రిస్టల్ పిల్లర్ల నాణ్యత అస్థిరంగా ఉండటం మరియు దిగుబడి సమస్య ఉండటం వల్ల SiC పరికరాల ధర అధికంగా ఉంటుంది. సిలికాన్ పదార్థం ఒక క్రిస్టల్ రాడ్‌గా పెరగడానికి సగటున 3 రోజులు మాత్రమే పడుతుంది, కానీ ఒక సిలికాన్ కార్బైడ్ క్రిస్టల్ రాడ్‌కు ఒక వారం పడుతుంది. ఒక సాధారణ సిలికాన్ క్రిస్టల్ రాడ్ 200 సెం.మీ. పొడవు వరకు పెరగగలదు, కానీ ఒక సిలికాన్ కార్బైడ్ క్రిస్టల్ రాడ్ కేవలం 2 సెం.మీ. పొడవు మాత్రమే పెరగగలదు. అంతేకాకుండా, SiC స్వయంగా ఒక గట్టి మరియు పెళుసైన పదార్థం. సాంప్రదాయ మెకానికల్ కటింగ్ వేఫర్ డైసింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించినప్పుడు, దానితో తయారు చేసిన వేఫర్ల అంచులు విరిగిపోయే అవకాశం ఉంది, ఇది ఉత్పత్తి దిగుబడి మరియు విశ్వసనీయతను ప్రభావితం చేస్తుంది. SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లు సాంప్రదాయ సిలికాన్ ఇంగాట్‌ల కంటే చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి. సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను నిర్వహించడానికి పరికరాలు, ప్రక్రియలు, ప్రాసెసింగ్ నుండి కటింగ్ వరకు ప్రతిదీ అభివృద్ధి చేయవలసి ఉంటుంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పరిశ్రమ గొలుసు ప్రధానంగా నాలుగు ప్రధాన దశలుగా విభజించబడింది: సబ్‌స్ట్రేట్, ఎపిటాక్సీ, పరికరాలు మరియు అనువర్తనాలు. సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థాలు ఈ పరిశ్రమ గొలుసుకు పునాది, ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాలు పరికరాల తయారీకి కీలకం, పరికరాలు ఈ పరిశ్రమ గొలుసుకు ప్రధానమైనవి, మరియు అనువర్తనాలు పారిశ్రామిక అభివృద్ధికి చోదక శక్తి. అప్‌స్ట్రీమ్ పరిశ్రమ, ముడి పదార్థాలను ఉపయోగించి ఫిజికల్ వేపర్ సబ్లిమేషన్ మరియు ఇతర పద్ధతుల ద్వారా సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థాలను తయారు చేస్తుంది, ఆపై కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ మరియు ఇతర పద్ధతులను ఉపయోగించి ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాలను పెంచుతుంది. మిడ్‌స్ట్రీమ్ పరిశ్రమ, అప్‌స్ట్రీమ్ పదార్థాలను ఉపయోగించి రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ పరికరాలు, పవర్ పరికరాలు మరియు ఇతర పరికరాలను తయారు చేస్తుంది, ఇవి అంతిమంగా డౌన్‌స్ట్రీమ్ 5G కమ్యూనికేషన్లు, ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, రైలు రవాణా మొదలైన వాటిలో ఉపయోగించబడతాయి. వీటిలో, సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు ఎపిటాక్సీ పరిశ్రమ గొలుసు ఖర్చులో 60% వాటాను కలిగి ఉన్నాయి మరియు పరిశ్రమ గొలుసు యొక్క ప్రధాన విలువగా ఉన్నాయి.

SiC సబ్‌స్ట్రేట్: SiC క్రిస్టల్స్‌ను సాధారణంగా లెలీ పద్ధతిని ఉపయోగించి తయారు చేస్తారు. అంతర్జాతీయ ప్రధాన ఉత్పత్తులు 4 అంగుళాల నుండి 6 అంగుళాలకు మారుతున్నాయి, మరియు 8-అంగుళాల వాహక సబ్‌స్ట్రేట్ ఉత్పత్తులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. దేశీయ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు ప్రధానంగా 4 అంగుళాలు ఉంటాయి. ప్రస్తుతం ఉన్న 6-అంగుళాల సిలికాన్ వేఫర్ ఉత్పత్తి లైన్‌లను అప్‌గ్రేడ్ చేసి, SiC పరికరాలను ఉత్పత్తి చేసే విధంగా మార్చవచ్చు కాబట్టి, 6-అంగుళాల SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌ల అధిక మార్కెట్ వాటా చాలా కాలం పాటు కొనసాగుతుంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీ ప్రక్రియ సంక్లిష్టమైనది మరియు ఉత్పత్తి చేయడం కష్టం. సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ అనేది కార్బన్ మరియు సిలికాన్ అనే రెండు మూలకాలతో కూడిన ఒక సమ్మేళన సెమీకండక్టర్ ఏక స్ఫటిక పదార్థం. ప్రస్తుతం, పరిశ్రమ ప్రధానంగా సిలికాన్ కార్బైడ్ పౌడర్‌ను సంశ్లేషణ చేయడానికి ముడి పదార్థాలుగా అధిక స్వచ్ఛత గల కార్బన్ పౌడర్ మరియు అధిక స్వచ్ఛత గల సిలికాన్ పౌడర్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. ఒక ప్రత్యేక ఉష్ణోగ్రతా క్షేత్రం కింద, క్రిస్టల్ గ్రోత్ ఫర్నేస్‌లో వివిధ పరిమాణాలలో సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను పెంచడానికి అభివృద్ధి చెందిన ఫిజికల్ వేపర్ ట్రాన్స్‌మిషన్ పద్ధతి (PVT పద్ధతి) ఉపయోగించబడుతుంది. చివరగా, ఈ క్రిస్టల్ ఇంగాట్‌ను ప్రాసెస్ చేయడం, కత్తిరించడం, గ్రైండింగ్ చేయడం, పాలిష్ చేయడం, శుభ్రపరచడం మరియు ఇతర బహుళ ప్రక్రియల ద్వారా సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తారు.