SiC सबस्ट्रेट्स के निर्माण में क्या चुनौतियाँ हैं?

जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर तकनीक उच्च आवृत्तियों, उच्च तापमान, उच्च शक्ति और कम नुकसान की ओर बढ़ती है और उन्नत होती है, सिलिकॉन कार्बाइड प्रमुख तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में सामने आता है, जो धीरे-धीरे पारंपरिक सिलिकॉन सब्सट्रेट्स की जगह लेता है। सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट विशिष्ट लाभ प्रदान करते हैं, जैसे व्यापक बैंडगैप, उच्च तापीय चालकता, बेहतर महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र की ताकत और उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता, जो एनईवी, 5जी संचार, फोटोवोल्टिक इनवर्टर और एयरोस्पेस जैसे अत्याधुनिक क्षेत्रों में उच्च प्रदर्शन, उच्च शक्ति और उच्च आवृत्ति उपकरणों के लिए आदर्श विकल्प बन जाते हैं।

उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट के निर्माण में चुनौतियाँ

उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट के निर्माण और प्रसंस्करण में अत्यधिक उच्च तकनीकी बाधाएं शामिल हैं। कच्चे माल की तैयारी से लेकर तैयार उत्पाद के निर्माण तक, पूरी प्रक्रिया में कई चुनौतियाँ बनी रहती हैं, जो इसके बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग और औद्योगिक उन्नयन को प्रतिबंधित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक बन गया है।

1. कच्चा माल संश्लेषण चुनौतियाँ

सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल विकास के लिए मूल कच्चे माल कार्बन पाउडर और सिलिकॉन पाउडर हैं। वे अपने संश्लेषण के दौरान पर्यावरणीय अशुद्धियों से संदूषित होने के प्रति संवेदनशील होते हैं और इन अशुद्धियों को दूर करना कठिन होता है। ये अशुद्धियाँ डाउनस्ट्रीम SiC क्रिस्टल गुणवत्ता पर नकारात्मक प्रभाव डालती हैं। इसके अलावा, सिलिकॉन पाउडर और कार्बन पाउडर के बीच अधूरी प्रतिक्रिया आसानी से Si/C अनुपात में असंतुलन पैदा कर सकती है, जिससे क्रिस्टल संरचना की स्थिरता से समझौता हो सकता है। संश्लेषित SiC पाउडर में क्रिस्टल रूप और कण आकार का सटीक विनियमन कड़े पोस्ट-संश्लेषण प्रसंस्करण की मांग करता है, इस प्रकार फीडस्टॉक तैयारी की तकनीकी बाधा को बढ़ाता है।

2. क्रिस्टल विकास चुनौतियाँ

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल के विकास के लिए 2300℃ से अधिक तापमान की आवश्यकता होती है, जो अर्धचालक उपकरणों के उच्च तापमान प्रतिरोध और थर्मल नियंत्रण परिशुद्धता पर कड़ी मांग रखता है। मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से भिन्न, सिलिकॉन कार्बाइड बेहद धीमी वृद्धि दर प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, पीवीटी विधि का उपयोग करके सात दिनों में केवल 2 से 6 सेंटीमीटर सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल उगाया जा सकता है। इसके परिणामस्वरूप सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स की उत्पादन क्षमता कम हो जाती है, जिससे समग्र विनिर्माण क्षमता गंभीर रूप से सीमित हो जाती है।  इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड में 200 से अधिक क्रिस्टल संरचना प्रकार होते हैं, जिनमें 4H-SiC जैसे केवल कुछ संरचना प्रकार ही उपयोग योग्य होते हैं। इसलिए, बहुरूपी समावेशन से बचने और उत्पाद की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए मापदंडों का सख्त नियंत्रण आवश्यक है।

3. क्रिस्टल प्रसंस्करण चुनौतियाँ

चूँकि सिलिकॉन कार्बाइड की कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर होती है, जिससे काटने में कठिनाई बहुत बढ़ जाती है। टुकड़ा करने की प्रक्रिया के दौरान, महत्वपूर्ण काटने का नुकसान होता है, नुकसान की दर लगभग 40% तक पहुंच जाती है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री उपयोग दक्षता बेहद कम हो जाती है। इसकी कम फ्रैक्चर कठोरता के कारण, सिलिकॉन कार्बाइड में पतले प्रसंस्करण के दौरान दरार पड़ने और किनारों के छिलने का खतरा होता है। इसके अलावा, बाद की सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रियाएं सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स की मशीनिंग परिशुद्धता और सतह की गुणवत्ता पर बेहद कठोर आवश्यकताएं लगाती हैं, खासकर सतह खुरदरापन, सपाटता और वारपेज के संबंध में। यह सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स को पतला करने, पीसने और पॉलिश करने के लिए काफी चुनौतियां पेश करता है।

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