12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स की अनुप्रयोग संभावनाएँ

12-इंच की सामग्री विशेषताएँ और तकनीकी आवश्यकताएँ क्या हैंसिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स?

ए. सिलिकॉन कार्बाइड की बुनियादी भौतिक और रासायनिक विशेषताएं

सिलिकॉन कार्बाइड की सबसे प्रमुख विशेषताओं में से एक इसकी विस्तृत बैंडगैप चौड़ाई है, जो 4H-SiC के लिए लगभग 3.26 eV या 6H-SiC के लिए 3.02 eV है, जो सिलिकॉन के 1.1 eV से काफी अधिक है। यह विस्तृत बैंडगैप SiC को अत्यधिक उच्च विद्युत क्षेत्र की ताकत के तहत काम करने और थर्मल ब्रेकडाउन या ब्रेकडाउन के बिना महत्वपूर्ण गर्मी का सामना करने की अनुमति देता है, जिससे यह उच्च-वोल्टेज, उच्च तापमान वाले वातावरण में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए पसंदीदा सामग्री बन जाता है।

उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक क्षेत्र: SiC का उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक क्षेत्र (सिलिकॉन का लगभग 10 गुना) इसे उच्च वोल्टेज के तहत स्थिर रूप से काम करने में सक्षम बनाता है, जिससे बिजली इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में उच्च शक्ति घनत्व और दक्षता प्राप्त होती है, विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों, पावर कन्वर्टर्स और औद्योगिक में। बिजली की आपूर्ति।

उच्च तापमान प्रतिरोध: SiC की उच्च तापीय चालकता और उच्च तापमान (600°C या अधिक तक) झेलने की क्षमता इसे विशेष रूप से ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस उद्योगों में चरम वातावरण में संचालित करने के लिए आवश्यक उपकरणों के लिए एक आदर्श विकल्प बनाती है।

उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन: हालांकि SiC की इलेक्ट्रॉन गतिशीलता सिलिकॉन से कम है, फिर भी यह उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों का समर्थन करने के लिए पर्याप्त है। इसलिए, वायरलेस संचार, रडार और उच्च-आवृत्ति पावर एम्पलीफायरों जैसे उच्च-आवृत्ति क्षेत्रों में SiC एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

विकिरण प्रतिरोध: SiC का मजबूत विकिरण प्रतिरोध विशेष रूप से अंतरिक्ष उपकरणों और परमाणु ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स में स्पष्ट है, जहां यह सामग्री के प्रदर्शन में महत्वपूर्ण गिरावट के बिना बाहरी विकिरण के हस्तक्षेप का सामना कर सकता है।

बी. 12-इंच सबस्ट्रेट्स के प्रमुख तकनीकी संकेतक

12-इंच (300 मिमी) सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट के फायदे न केवल आकार में वृद्धि में बल्कि उनकी व्यापक तकनीकी आवश्यकताओं में भी परिलक्षित होते हैं, जो सीधे विनिर्माण कठिनाई और अंतिम उपकरणों के प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं।

क्रिस्टल संरचना: SiC में मुख्य रूप से दो सामान्य क्रिस्टल संरचनाएँ होती हैं-4H-SiC और 6H-SiC। 4H-सिक, अपनी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और उत्कृष्ट तापीय चालकता के साथ, उच्च-आवृत्ति और उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त है, जबकि 6H-SiC में उच्च दोष घनत्व और खराब इलेक्ट्रॉनिक प्रदर्शन है, जो आमतौर पर कम-शक्ति, कम-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है। 12-इंच सबस्ट्रेट्स के लिए, उपयुक्त क्रिस्टल संरचना चुनना महत्वपूर्ण है। 4H-SiC, कम क्रिस्टल दोषों के साथ, उच्च-आवृत्ति, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त है।

सब्सट्रेट सतह की गुणवत्ता: सब्सट्रेट की सतह की गुणवत्ता का डिवाइस के प्रदर्शन पर सीधा प्रभाव पड़ता है। सतह की चिकनाई, खुरदरापन और दोष घनत्व सभी को सख्ती से नियंत्रित करने की आवश्यकता है। खुरदरी सतह न केवल डिवाइस की क्रिस्टलीय गुणवत्ता को प्रभावित करती है बल्कि इससे डिवाइस जल्दी खराब भी हो सकती है। इसलिए, केमिकल मैकेनिकल पॉलिशिंग (सीएमपी) जैसी प्रौद्योगिकियों के माध्यम से सब्सट्रेट की सतह की चिकनाई में सुधार करना महत्वपूर्ण है।

मोटाई और एकरूपता नियंत्रण: 12-इंच सब्सट्रेट के बढ़े हुए आकार का मतलब मोटाई एकरूपता और क्रिस्टल गुणवत्ता के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं। असंगत मोटाई से असमान थर्मल तनाव हो सकता है, जिससे डिवाइस का प्रदर्शन और विश्वसनीयता प्रभावित हो सकती है। उच्च गुणवत्ता वाले 12-इंच सब्सट्रेट सुनिश्चित करने के लिए, मोटाई की स्थिरता की गारंटी के लिए सटीक विकास और बाद में काटने और पॉलिश करने की प्रक्रियाओं को नियोजित किया जाना चाहिए।

सी. 12-इंच सबस्ट्रेट्स का आकार और उत्पादन लाभ

जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर उद्योग बड़े सब्सट्रेट्स की ओर बढ़ता है, 12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स उत्पादन दक्षता और लागत-प्रभावशीलता में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं। पारंपरिक की तुलना में6-इंच और 8-इंच सबस्ट्रेट्स, 12-इंच सब्सट्रेट अधिक चिप कटौती प्रदान कर सकते हैं, जिससे प्रति उत्पादन रन उत्पादित चिप्स की संख्या में काफी वृद्धि होती है, जिससे यूनिट चिप लागत में काफी कमी आती है। इसके अलावा, 12-इंच सबस्ट्रेट्स का बड़ा आकार एकीकृत सर्किट के कुशल उत्पादन के लिए एक बेहतर मंच प्रदान करता है, दोहराए जाने वाले उत्पादन चरणों को कम करता है और समग्र उत्पादन दक्षता में सुधार करता है।

12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स का निर्माण कैसे किया जाता है?

ए. क्रिस्टल ग्रोथ तकनीक

उर्ध्वपातन विधि (पीवीटी):

उर्ध्वपातन विधि (भौतिक वाष्प परिवहन, पीवीटी) सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल विकास तकनीकों में से एक है, जो विशेष रूप से बड़े आकार के सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट के उत्पादन के लिए उपयुक्त है। इस प्रक्रिया में, सिलिकॉन कार्बाइड कच्चा माल उच्च तापमान पर उदात्त हो जाता है, और गैसीय कार्बन और सिलिकॉन गर्म सब्सट्रेट पर पुन: संयोजित होकर क्रिस्टल में विकसित हो जाते हैं। उर्ध्वपातन विधि के फायदों में उच्च सामग्री शुद्धता और अच्छी क्रिस्टल गुणवत्ता शामिल है, जो उच्च मांग वाले उत्पादन के लिए उपयुक्त है12-इंच सबस्ट्रेट्स. हालाँकि, इस विधि को कुछ चुनौतियों का भी सामना करना पड़ता है, जैसे धीमी विकास दर और तापमान और वातावरण के सख्त नियंत्रण के लिए उच्च आवश्यकताएँ।

सीवीडी विधि (रासायनिक वाष्प जमाव):

सीवीडी प्रक्रिया में, गैसीय अग्रदूत (जैसे SiCl₄ और C₆H₆) उच्च तापमान पर एक फिल्म बनाने के लिए सब्सट्रेट पर विघटित और जमा होते हैं। पीवीटी की तुलना में, सीवीडी विधि अधिक समान फिल्म विकास प्रदान कर सकती है और पतली फिल्म सामग्री के संचय और सतह कार्यात्मकता के लिए उपयुक्त है। हालाँकि सीवीडी विधि में मोटाई नियंत्रण में कुछ कठिनाइयाँ हैं, फिर भी क्रिस्टल की गुणवत्ता और सब्सट्रेट एकरूपता में सुधार के लिए इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

बी. सब्सट्रेट काटने और पॉलिश करने की तकनीक

क्रिस्टल काटना:

बड़े आकार के क्रिस्टल से 12-इंच सब्सट्रेट काटना एक जटिल तकनीक है। क्रिस्टल काटने की प्रक्रिया में यांत्रिक तनाव के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि काटने के दौरान सब्सट्रेट में दरार न पड़े या माइक्रोक्रैक विकसित न हो। काटने की सटीकता में सुधार करने के लिए, लेजर कटिंग तकनीक का अक्सर उपयोग किया जाता है, या काटने की गुणवत्ता बढ़ाने के लिए अल्ट्रासोनिक और उच्च-सटीक यांत्रिक उपकरणों के साथ जोड़ा जाता है।

पॉलिशिंग और भूतल उपचार:

केमिकल मैकेनिकल पॉलिशिंग (सीएमपी) सब्सट्रेट सतह की गुणवत्ता में सुधार के लिए एक प्रमुख तकनीक है। यह प्रक्रिया यांत्रिक घर्षण और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सहक्रियात्मक क्रिया के माध्यम से सब्सट्रेट सतह पर सूक्ष्म दोषों को दूर करती है, जिससे चिकनाई और समतलता सुनिश्चित होती है। भूतल उपचार न केवल सब्सट्रेट की चमक में सुधार करता है बल्कि सतह के दोषों को भी कम करता है, जिससे बाद के उपकरणों के प्रदर्शन को अनुकूलित किया जाता है।

सी. सब्सट्रेट दोष नियंत्रण और गुणवत्ता निरीक्षण

दोष प्रकार:

में सामान्य दोषसिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटअव्यवस्थाएं, जाली दोष और माइक्रोक्रैक शामिल हैं। ये दोष सीधे उपकरणों के विद्युत प्रदर्शन और थर्मल स्थिरता को प्रभावित कर सकते हैं। इसलिए, सब्सट्रेट विकास, काटने और पॉलिशिंग के दौरान इन दोषों की घटना को सख्ती से नियंत्रित करना आवश्यक है। अव्यवस्थाएं और जाली दोष आमतौर पर अनुचित क्रिस्टल वृद्धि या अत्यधिक काटने वाले तापमान से उत्पन्न होते हैं।

गुणवत्ता मूल्यांकन:

सब्सट्रेट गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए, सतह की गुणवत्ता निरीक्षण के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) जैसी तकनीकों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, विद्युत प्रदर्शन परीक्षण (जैसे चालकता और गतिशीलता) सब्सट्रेट गुणवत्ता का और अधिक आकलन कर सकते हैं।

12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स का उपयोग किन क्षेत्रों में किया जाता है?

ए. पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस

12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स का व्यापक रूप से पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से एमओएसएफईटी, आईजीबीटी और शोट्की डायोड में। इन उपकरणों को बड़े पैमाने पर कुशल बिजली प्रबंधन, औद्योगिक बिजली आपूर्ति, कन्वर्टर्स और इलेक्ट्रिक वाहनों में लागू किया जाता है। SiC उपकरणों की उच्च वोल्टेज सहनशीलता और कम स्विचिंग हानि विशेषताएँ उन्हें बिजली रूपांतरण दक्षता में उल्लेखनीय सुधार करने, ऊर्जा हानि को कम करने और हरित ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के विकास को बढ़ावा देने में सक्षम बनाती हैं।

बी. नई ऊर्जा और इलेक्ट्रिक वाहन

इलेक्ट्रिक वाहनों में, 12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम की दक्षता बढ़ा सकते हैं और बैटरी चार्जिंग गति और रेंज में सुधार कर सकते हैं। की क्षमता के कारणसिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीउच्च वोल्टेज और उच्च-आवृत्ति संकेतों को प्रभावी ढंग से संभालने के लिए, वे इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग स्टेशनों पर उच्च गति चार्जिंग उपकरण में भी अपरिहार्य हैं।

C. 5G संचार और उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स

12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट, अपने उत्कृष्ट उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन के साथ, 5G बेस स्टेशनों और उच्च-आवृत्ति आरएफ उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। वे 5G नेटवर्क के हाई-स्पीड डेटा ट्रांसमिशन का समर्थन करते हुए सिग्नल ट्रांसमिशन दक्षता में काफी सुधार कर सकते हैं और सिग्नल हानि को कम कर सकते हैं।

D. ऊर्जा क्षेत्र

सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स का नवीकरणीय ऊर्जा क्षेत्रों जैसे फोटोवोल्टिक इनवर्टर और पवन ऊर्जा उत्पादन में भी महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं। ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार करके, SiC उपकरण ऊर्जा हानि को कम कर सकते हैं और पावर ग्रिड उपकरणों की स्थिरता और विश्वसनीयता को बढ़ा सकते हैं।

12-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स की चुनौतियाँ और बाधाएँ क्या हैं?

A. विनिर्माण लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन

12 इंच की उत्पादन लागतसिलिकॉन कार्बाइड वेफर्सउच्च बना हुआ है, जो मुख्य रूप से कच्चे माल, उपकरण निवेश और प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास में परिलक्षित होता है। बड़े पैमाने पर उत्पादन की तकनीकी चुनौतियों से कैसे पार पाया जाए और इकाई निर्माण लागत को कैसे कम किया जाए, यह सिलिकॉन कार्बाइड प्रौद्योगिकी के लोकप्रियकरण को बढ़ावा देने की कुंजी है।

बी. सब्सट्रेट दोष और गुणवत्ता स्थिरता

यद्यपि 12-इंच सब्सट्रेट्स के उत्पादन लाभ हैं, फिर भी उनके क्रिस्टल विकास, काटने और पॉलिशिंग प्रक्रियाओं के दौरान दोष हो सकते हैं, जिससे सब्सट्रेट गुणवत्ता में असंगतता हो सकती है। नवीन प्रौद्योगिकियों के माध्यम से दोष घनत्व को कैसे कम किया जाए और गुणवत्ता स्थिरता में सुधार कैसे किया जाए, यह भविष्य के अनुसंधान का केंद्र बिंदु है।

सी. उपकरण और प्रौद्योगिकी अद्यतन की मांग

उच्च परिशुद्धता वाले कटिंग और पॉलिशिंग उपकरणों की मांग बढ़ रही है। साथ ही, नई पहचान प्रौद्योगिकियों (जैसे परमाणु बल माइक्रोस्कोपी, इलेक्ट्रॉन बीम स्कैनिंग इत्यादि) के आधार पर सब्सट्रेट्स का सटीक गुणवत्ता निरीक्षण उत्पादन दक्षता और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करने की कुंजी है।

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