SiC विनिर्माण में क्या चुनौतियाँ शामिल हैं?

SiC का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) में ट्रैक्शन इनवर्टर और ऑनबोर्ड चार्जर्स के साथ-साथ डीसी फास्ट चार्जर्स, सौर इनवर्टर, ऊर्जा भंडारण सिस्टम और निर्बाध बिजली आपूर्ति (यूपीएस) जैसे बुनियादी ढांचे के अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर किया जाता है। एक सदी से भी अधिक समय से बड़े पैमाने पर उत्पादन में उपयोग किए जाने के बावजूद - शुरू में एक अपघर्षक सामग्री के रूप में - SiC ने उच्च वोल्टेज और उच्च शक्ति अनुप्रयोगों में भी असाधारण प्रदर्शन किया है।

भौतिक गुणों के दृष्टिकोण से,सिलिकन कार्बाइडउच्च तापीय चालकता, उच्च संतृप्त इलेक्ट्रॉन बहाव वेग और एक उच्च विखंडन विद्युत क्षेत्र प्रदर्शित करता है (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है)। परिणामस्वरूप, सिलिकॉन कार्बाइड पर आधारित सिस्टम ऊर्जा हानि को काफी कम कर सकते हैं और ऑपरेशन के दौरान तेज स्विचिंग गति प्राप्त कर सकते हैं। पारंपरिक सिलिकॉन MOSFET और IGBT उपकरणों की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड उच्च दक्षता और बेहतर प्रदर्शन की पेशकश करते हुए, छोटे आकार में ये लाभ प्रदान कर सकता है।

चित्र 1: सिलिकॉन और वाइड बैंडगैप सामग्री के लक्षण

सिलिकॉन कार्बाइड का संचालन सीमा से अधिक हो सकता हैसिलिकॉन, सिलिकॉन आईजीबीटी की तुलना में अधिक परिचालन आवृत्तियों के साथ, और यह बिजली घनत्व को भी महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।

चित्र 2: SiC बनाम Si

अवसर क्या करता हैसिलिकन कार्बाइडउपस्थित?

निर्माताओं के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड को एक महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी लाभ के रूप में माना जाता है। यह न केवल ऊर्जा-कुशल प्रणालियों के निर्माण के अवसर प्रदान करता है बल्कि इन प्रणालियों के समग्र आकार, वजन और लागत को भी प्रभावी ढंग से कम करता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग करने वाले सिस्टम आमतौर पर सिलिकॉन-आधारित सिस्टम की तुलना में अधिक ऊर्जा-कुशल, कॉम्पैक्ट और टिकाऊ होते हैं, जिससे डिजाइनर निष्क्रिय घटकों के आकार को कम करके लागत में कटौती कर सकते हैं। अधिक विशेष रूप से, SiC उपकरणों की कम गर्मी उत्पादन के कारण, ऑपरेटिंग तापमान को पारंपरिक समाधानों के नीचे बनाए रखा जा सकता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। यह विश्वसनीयता को बढ़ावा देने और उपकरण के जीवनकाल को बढ़ाने के साथ-साथ सिस्टम दक्षता को बढ़ाता है।

चित्र 3: सिलिकॉन कार्बाइड अनुप्रयोगों के लाभ

डिजाइन और विनिर्माण चरण में, सिंटरिंग जैसी नई चिप बॉन्डिंग प्रौद्योगिकियों को अपनाने से अधिक प्रभावी गर्मी अपव्यय की सुविधा मिल सकती है और कनेक्शन विश्वसनीयता सुनिश्चित हो सकती है। सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में, SiC उपकरण उच्च वोल्टेज पर काम कर सकते हैं और तेज़ स्विचिंग गति प्रदान कर सकते हैं। ये फायदे डिजाइनरों को इस बात पर पुनर्विचार करने में सक्षम बनाते हैं कि लागत प्रतिस्पर्धात्मकता को बढ़ाते हुए सिस्टम स्तर पर कार्यक्षमता को कैसे अनुकूलित किया जाए। वर्तमान में, कई उच्च-प्रदर्शन वाले उपकरण SiC तकनीक का उपयोग कर रहे हैं, जिनमें सिलिकॉन कार्बाइड डायोड, MOSFETs और मॉड्यूल शामिल हैं।

सिलिकॉन सामग्रियों की तुलना में, SiC का बेहतर प्रदर्शन उभरते अनुप्रयोगों के लिए व्यापक संभावनाएं खोलता है। SiC डिवाइस आमतौर पर 650V से कम वोल्टेज के लिए डिज़ाइन नहीं किए जाते हैं, और विशेष रूप से 1200V से ऊपर, SiC कई अनुप्रयोगों के लिए पसंदीदा विकल्प बन जाता है। सौर इनवर्टर, ईवी चार्जिंग स्टेशन और औद्योगिक एसी से डीसी रूपांतरण जैसे अनुप्रयोगों के धीरे-धीरे SiC तकनीक की ओर स्थानांतरित होने की उम्मीद है। एक अन्य अनुप्रयोग क्षेत्र सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर है, जहां मौजूदा तांबे और चुंबकीय ट्रांसफार्मर को धीरे-धीरे SiC तकनीक से बदल दिया जाएगा, जो बिजली ट्रांसमिशन और रूपांतरण में उच्च दक्षता और विश्वसनीयता प्रदान करेगा।

विनिर्माण चुनौतियाँ क्या करती हैंसिलिकन कार्बाइडचेहरा?

यद्यपि सिलिकॉन कार्बाइड में विशाल बाजार क्षमता है, लेकिन इसकी विनिर्माण प्रक्रिया को कई चुनौतियों का भी सामना करना पड़ता है। प्रारंभ में, कच्चे माल - अर्थात् SiC कणिकाओं या पाउडर - की शुद्धता सुनिश्चित की जानी चाहिए। इसके बाद, अत्यधिक सुसंगत SiC सिल्लियों (जैसा कि चित्र 4 में दर्शाया गया है) के उत्पादन के लिए अंतिम उत्पाद की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए प्रत्येक बाद के प्रसंस्करण चरण में अनुभव संचय की आवश्यकता होती है (जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है)।

SiC की एक अनोखी चुनौती यह है कि इसमें कोई तरल चरण नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि इसे पारंपरिक पिघलने के तरीकों का उपयोग करके नहीं उगाया जा सकता है। क्रिस्टल का विकास बिल्कुल नियंत्रित दबाव में होना चाहिए, जिससे SiC का निर्माण सिलिकॉन की तुलना में अधिक जटिल हो जाता है। यदि उच्च तापमान और निम्न दबाव वाले वातावरण में स्थिरता बनाए रखी जाती है, तो SiC तरल चरण से गुजरे बिना सीधे गैसीय पदार्थों में विघटित हो जाएगा।

इस विशेषता के कारण, SiC क्रिस्टल विकास आमतौर पर उर्ध्वपातन या भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) तकनीकों को नियोजित करता है। इस प्रक्रिया में, SiC पाउडर को भट्टी के अंदर एक क्रूसिबल में रखा जाता है और उच्च तापमान (2200°C से अधिक) तक गर्म किया जाता है। जैसे ही SiC उर्ध्वपातित होता है, यह एक क्रिस्टल बनाने के लिए बीज क्रिस्टल पर क्रिस्टलीकृत हो जाता है। पीवीटी विकास विधि का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बीज क्रिस्टल है, जिसका व्यास पिंड के समान होता है। उल्लेखनीय रूप से, पीवीटी प्रक्रिया की वृद्धि दर बहुत धीमी है, लगभग 0.1 से 0.5 मिलीमीटर प्रति घंटा।

चित्र 4: सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर, सिल्लियां और वेफर्स

सिलिकॉन की तुलना में SiC की अत्यधिक कठोरता के कारण,वफ़रविनिर्माण प्रक्रिया भी अधिक जटिल है। SiC एक असाधारण रूप से कठोर सामग्री है, जिससे इसे हीरे की आरी से भी काटना चुनौतीपूर्ण हो जाता है, यह कठोरता इसे कई अन्य अर्धचालक सामग्रियों से अलग करती है। हालाँकि सिल्लियों को वेफर्स में काटने के लिए वर्तमान में कई विधियाँ मौजूद हैं, ये विधियाँ संभावित रूप से एकल क्रिस्टल में दोष उत्पन्न कर सकती हैं, जिससे अंतिम सामग्री की गुणवत्ता प्रभावित हो सकती है।

चित्र 5: कच्चे माल से अंतिम उत्पाद तक सिलिकॉन कार्बाइड की विनिर्माण प्रक्रिया

इसके अलावा, SiC के बड़े पैमाने पर उत्पादन को भी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। सिलिकॉन की तुलना में SiC में स्वाभाविक रूप से अधिक दोष होते हैं। इसकी डोपिंग प्रक्रिया अत्यधिक जटिल है, और बड़े आकार, कम दोष वाले SiC वेफर्स का उत्पादन उच्च विनिर्माण और प्रसंस्करण लागत का तात्पर्य है। इसलिए, उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों के निरंतर उत्पादन को सुनिश्चित करने के लिए शुरू से ही एक कुशल और कठोर विकास प्रक्रिया स्थापित करना महत्वपूर्ण है।

चित्र 6: चुनौतियाँ - सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स और दोष

सेमीकोरेक्स में हम विशेषज्ञ हैंSiC/TaC लेपित ग्रेफाइटSiC सेमीकंडक्टर विनिर्माण में लागू समाधान, यदि आपके पास कोई पूछताछ है या अतिरिक्त विवरण की आवश्यकता है, तो कृपया हमसे संपर्क करने में संकोच न करें।

संपर्क फ़ोन: +86-13567891907

ईमेल: sales@samicorex.com