सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) अर्धचालक पदार्थों का भविष्य उज्ज्वल होने के क्या कारण हैं?

ये छोटे, शक्तिशाली और बेहद कुशल हैं: सिलिकॉन कार्बाइड से बने सेमीकंडक्टर बैटरी और सेंसर में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स को अगले स्तर तक ले जाने में मदद कर सकते हैं - जिससे इलेक्ट्रिक वाहनों में महत्वपूर्ण प्रगति होगी और उद्योग के डिजिटलीकरण में सहायता मिलेगी।  
   
 

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) से बने सेमीकंडक्टर कुछ महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में पारंपरिक सेमीकंडक्टरों की तुलना में बिजली को अधिक कुशलता से संसाधित करते हैं। इसलिए यह नई तकनीक इलेक्ट्रिक वाहन निर्माताओं के लिए विशेष रूप से रुचिकर है: SiC सेमीकंडक्टरों के उपयोग से, बेहतर बैटरी नियंत्रण ऊर्जा बचाने में मदद करता है, जिससे इलेक्ट्रिक वाहनों का सेवा जीवन काफी बढ़ जाता है। SiC-आधारित सेमीकंडक्टर तेजी से चार्जिंग को भी सक्षम बनाते हैं। आज, प्रत्येक इलेक्ट्रिक कार में पहले से ही कई सेमीकंडक्टर मौजूद हैं। भविष्य में, स्विचिंग गति, ऊष्मा हानि और कॉम्पैक्ट आकार में अपने लाभों के कारण विशेष रूप से SiC रूपांतरण उपकरणों का विकास होगा। मोबाइल नेटवर्क प्रदाताओं, स्मार्टफोन निर्माताओं और स्वचालन उद्योग जैसी अन्य कंपनियों को भी इन माइक्रोचिप्स से काफी उम्मीदें हैं।
 

SiC अर्धचालकों के लाभ और अनुप्रयोग    
   

10 बार

परंपरागत सिलिकॉन सेमीकंडक्टरों की तुलना में, SiC पावर इलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टरों को बहुत छोटे पदार्थों से बनाया जा सकता है। यह इसलिए संभव है क्योंकि इनमें बैंडविड्थ अधिक होती है, जिससे ये कम ऊष्मा हानि के साथ विद्युत ऊर्जा को परिवर्तित कर सकते हैं। समान प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए सिलिकॉन सेमीकंडक्टरों को बहुत बड़ा होना आवश्यक है।

 
 

50% तक की छूट

सिलिकॉन से बने पारंपरिक अर्धचालकों की तुलना में SiC अर्धचालकों में ऊष्मा हानि अधिक होती है। इसलिए, SiC अर्धचालकों का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्षेत्र विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स है, अर्थात् विद्युत ऊर्जा को उपकरणों द्वारा उपयोग योग्य रूप में परिवर्तित करना। उदाहरण के लिए, लैपटॉप में, अर्धचालक चार्जर के ट्रांसफार्मर में छिपा होता है। अब तक, इस उद्देश्य के लिए मुख्य रूप से सिलिकॉन अर्धचालकों का उपयोग किया जाता रहा है, लेकिन वे ऊष्मा के रूप में बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। सिलिकॉन कार्बाइड अर्धचालकों का उपयोग करके, ऊष्मा हानि काफी कम हो जाती है और चार्जिंग के लिए अधिक ऊर्जा उपलब्ध होती है।  
 
 
  300-500％  

SiC ट्रांजिस्टर सिलिकॉन ट्रांजिस्टर की तुलना में स्विचिंग फ्रीक्वेंसी को भी बढ़ा सकते हैं। यही एक और कारण है कि SiC सेमीकंडक्टरों का उपयोग काफी छोटे आकार के घटकों को बनाने के लिए किया जा सकता है।  
 
 
 

10% 15% करने के लिए

SiC सेमीकंडक्टर ऊर्जा को अधिक कुशलता से परिवर्तित कर सकते हैं, जिससे इलेक्ट्रिक वाहनों की रेंज बढ़ सकती है। इसके परिणामस्वरूप, वाहन निर्माता अपने इलेक्ट्रिक वाहनों में छोटी बैटरी लगा सकते हैं। यह निर्माताओं के लिए लाभकारी स्थिति है और उद्योग को गति प्रदान कर सकती है।

 
 

आधुनिक 5G तकनीक के लिए उपयुक्त

SiC सेमीकंडक्टर भी आदर्श हैं। अल्ट्राफास्ट नेटवर्क को भारी मात्रा में बिजली और प्रदर्शन की आवश्यकता होगी, विशेष रूप से ट्रांसमिशन स्टेशनों जैसे बुनियादी ढांचे के घटकों से। स्मार्टफोन को तेजी से चार्ज करने के लिए, निर्माता भविष्य में SiC सेमीकंडक्टर का उपयोग कर सकते हैं। इसके अलावा, ये नए सेमीकंडक्टर वायरलेस चार्जर और डेटा सेंटर सर्वर के लिए भी आदर्श हैं।  
 
 

असीमित सम्भावनाएं

SiC सेमीकंडक्टर औद्योगिक प्रक्रियाओं के डिजिटलीकरण का मार्ग प्रशस्त करते हैं। उदाहरण के लिए, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स से उच्च गति की आवश्यकता वाली प्रक्रियाओं को तीव्र सेंसर सिस्टम द्वारा बेहतर ढंग से समर्थित किया जा सकता है। SiC सेमीकंडक्टर पर आधारित 5G नियंत्रित मोबाइल उपकरणों का उपयोग उद्योग 4.0 के और अधिक अनुकूलन के लिए अपार संभावनाएं प्रदान करता है।

 

412 $ अरब

पिछले वर्ष संपूर्ण सेमीकंडक्टर उद्योग का कारोबार। SiC सेमीकंडक्टर अभी भी एक विशिष्ट उत्पाद बना हुआ है, जिसकी बिक्री लगभग 500 मिलियन डॉलर है। हालांकि, उद्योग विशेषज्ञों का अनुमान है कि इलेक्ट्रिक वाहनों के कारण बिक्री में तेजी से वृद्धि होगी, जो 2020 से 2022 के बीच सालाना 10% से 25% और 2023 तक 40% से अधिक हो जाएगी।  
 
मूलतः, सभी अर्धचालक क्रिस्टल से बने होते हैं, जो पाउडर (जैसे सिलिकॉन या सिलिकॉन कार्बाइड) को बहुत उच्च तापमान पर गर्म करके तैयार किए जाते हैं। फिर इन क्रिस्टलों को पतली-पतली परतों में काटा जाता है जिन्हें वेफर कहते हैं। वेफरों पर बहुत जटिल इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बनाए जा सकते हैं, जिससे अंततः सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बनते हैं।  नए SiC अर्धचालक पदार्थों का उत्पादन  
  50 से अधिक वर्षों  
सिलिकॉन कार्बाइड अर्धचालकों के उत्पादन और सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टलों के विकास पर काफी शोध किया गया है, और सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टलों के विकास में मुख्य रूप से भौतिक वाष्प परिवहन (PVT) प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। छोटे सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल उच्च तापमान और कम दबाव पर बनाए जाते हैं। कण वाहक गैस से गुजरते हुए ठंडे बीज क्रिस्टल तक पहुंचते हैं, जहां अतिसंतृप्ति के कारण क्रिस्टलीकरण होता है।

 

2400 डिग्री सेल्सियस

सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल पदार्थ की वृद्धि प्रक्रिया के लिए यह आवश्यक है। इसके विपरीत, पारंपरिक सिलिकॉन क्रिस्टलों को केवल लगभग 1,500 डिग्री सेल्सियस तापमान की आवश्यकता होती है।

 

10 दिनों तक 14

भट्टी में सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल उगाने में लगने वाला समय ही इसकी मुख्य वजह है। ऊर्जा की खपत में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ-साथ यही कारण है कि ये सामान्य सिलिकॉन क्रिस्टल की तुलना में अधिक महंगे होते हैं, जिन्हें दो दिनों में उगाया जा सकता है।

 

व्यास 150mm

यह हाल ही में निर्मित सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स का आकार है। जल्द ही, 200 मिमी व्यास वाले SiC वेफर्स का औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन शुरू हो जाएगा। उस समय, इनका आकार पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित उद्योग के मानकों तक पहुंच जाएगा, जिससे SiC-आधारित इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण उपलब्धि हासिल होगी।