सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पावर सेमीकंडक्टर उद्योग की मुख्य विकास दिशा है, जो बिजली उपकरणों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने पर विद्युत ऊर्जा की उपयोग दर में काफी सुधार कर सकती है। निकट भविष्य में, नई ऊर्जा वाहन सिलिकॉन कार्बाइड बिजली उपकरणों के मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य होंगे। प्रौद्योगिकी में अग्रणी के रूप में, टेस्ला ने मॉडल 3 में सभी सिलिकॉन कार्बाइड मॉड्यूल को एकीकृत करने का बीड़ा उठाया है, और अन्य प्रथम-पंक्ति कार कंपनियां भी सिलिकॉन कार्बाइड के अनुप्रयोग का विस्तार करने की योजना बना रही हैं। सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की घटती विनिर्माण लागत और प्रौद्योगिकी की क्रमिक परिपक्वता के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड बिजली उपकरण उद्योग के भविष्य की उम्मीद की जा सकती है। [सिलिकॉन कार्बाइड क्या है? सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) तीसरी पीढ़ी का यौगिक अर्धचालक पदार्थ है। सेमीकंडक्टर उद्योग की आधारशिला चिप्स हैं, और चिप्स बनाने के लिए मुख्य सामग्री को पहली पीढ़ी के सेमीकंडक्टर सामग्री (ज्यादातर उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन जो वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है), दूसरी पीढ़ी के यौगिक सेमीकंडक्टर सामग्री (गैलियम आर्सेनाइड और इंडियम फॉस्फाइड) में विभाजित किया गया है। और ऐतिहासिक प्रक्रिया के अनुसार तीसरी पीढ़ी के यौगिक अर्धचालक पदार्थ (सिलिकॉन कार्बाइड और गैलियम नाइट्राइड)। इसके बेहतर भौतिक गुणों के कारण: उच्च बैंडगैप (उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र और उच्च शक्ति घनत्व के अनुरूप), उच्च विद्युत चालकता और उच्च तापीय चालकता, सिलिकॉन कार्बाइड भविष्य में सेमीकंडक्टर चिप्स के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली बुनियादी सामग्री होगी। [सिलिकॉन कार्बाइड के भौतिक और रासायनिक गुण]सेमीकंडक्टर चिप्स में सिलिकॉन कार्बाइड का मुख्य रूप सब्सट्रेट है। सेमीकंडक्टर चिप्स को एकीकृत सर्किट और असतत उपकरणों में विभाजित किया जा सकता है, लेकिन एकीकृत सर्किट और असतत उपकरणों दोनों की मूल संरचना को "सब्सट्रेट-एपिटैक्सियल-डिवाइस" संरचना में विभाजित किया जा सकता है। अर्धचालकों में सिलिकॉन कार्बाइड का मुख्य रूप सब्सट्रेट सामग्री के रूप में होता है।सिलिकॉन कार्बाइड वेफर एक एकल क्रिस्टल शीट है जो सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल को काटने, पीसने, पॉलिश करने और साफ करने से बनती है। सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट सामग्री के रूप में, सिलिकॉन कार्बाइड वेफर को एपिटैक्सियल ग्रोथ और डिवाइस निर्माण के माध्यम से सिलिकॉन कार्बाइड-आधारित बिजली उपकरणों और माइक्रोवेव आरएफ उपकरणों में बनाया जा सकता है, जो तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर उद्योग के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण बुनियादी सामग्री है। प्रतिरोधकता के अंतर के अनुसार, सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स को प्रवाहकीय प्रकार और अर्ध-इन्सुलेट प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से, प्रवाहकीय सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स का उपयोग मुख्य रूप से बड़े बाजार पैमाने के साथ उच्च तापमान और उच्च वोल्टेज बिजली उपकरणों के निर्माण के लिए किया जाता है; सेमी-इंसुलेटिंग सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट का उपयोग मुख्य रूप से माइक्रोवेव आरएफ उपकरणों और अन्य क्षेत्रों में किया जाता है। 5G संचार नेटवर्क के त्वरित निर्माण के साथ, बाजार की मांग स्पष्ट रूप से बढ़ गई है।[सिलिकॉन कार्बाइड की प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी पर शोध] SiC की कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर है, और इसका उपयोग पीसने वाले पहियों जैसे पीसने वाले उपकरणों के लिए अपघर्षक के रूप में किया जा सकता है। इसलिए, हीरा पीसने वाले पहियों का उपयोग मुख्य रूप से पीसने, पीसने और चमकाने के लिए किया जाता है, जिनमें से हीरे पीसने वाले पहियों की दक्षता सबसे अधिक होती है और यह SiC के प्रसंस्करण के लिए एक महत्वपूर्ण साधन है। हालाँकि, SiC सामग्री में न केवल उच्च कठोरता की विशेषताएं हैं, बल्कि इसकी उच्च भंगुरता और कम फ्रैक्चर क्रूरता भी पीसने की प्रक्रिया में सामग्री के भंगुर फ्रैक्चर का कारण बनना आसान बनाती है, जिससे सामग्री की सतह पर एक टूटी हुई परत निकल जाती है। और गंभीर सतह और उप-सतह क्षति का कारण बनता है, जो मशीनिंग सटीकता को प्रभावित करता है। इसलिए, SiC की पीसने की दक्षता और सतह की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए SiC की पीसने की प्रक्रिया और उपसतह क्षति का गहराई से अध्ययन करना बहुत महत्वपूर्ण है। 1. कठोर और भंगुर पदार्थों को पीसने की क्रियाविधि कठोर और भंगुर पदार्थों को पीसें, और अपघर्षक उन पर रोलिंग या सूक्ष्म-कटिंग प्रभाव डालते हैं। जब अपघर्षक कण सतह पर धक्कों और दरारों के साथ कार्य करते हैं, तो पीसने की प्रगति के साथ, कुछ अपघर्षक कणों को पीसने वाले भार की कार्रवाई के तहत वर्कपीस में दबाया जाता है, और उजागर टिप का उपयोग माइक्रो-कटिंग के लिए वर्कपीस की सतह को खरोंचने के लिए किया जाता है। . अपघर्षक कणों का दूसरा भाग रोलिंग क्रिया उत्पन्न करने के लिए वर्कपीस और ग्राइंडिंग डिस्क के बीच रोल करता है, जिससे वर्कपीस की सतह माइक्रोक्रैक बनाती है, और दरार वर्कपीस की सतह पर भंगुर चिप्स बनाने के लिए विस्तारित होती है, इस प्रकार सतह के उद्देश्य को प्राप्त किया जाता है। निष्कासन। क्योंकि कठोर और भंगुर सामग्रियों की तन्य शक्ति संपीड़न शक्ति से कम होती है, जब अपघर्षक कणों को लोड किया जाता है, तो कठोर और भंगुर सामग्रियों की सतह पर अधिकतम तन्य तनाव पर माइक्रोक्रैक उत्पन्न होंगे। जब आड़ी-तिरछी दरारें फैलती हैं और एक-दूसरे को पार करती हैं, तो दरारों से घिरा हिस्सा टूट जाएगा और छोटे-छोटे टुकड़ों में ढह जाएगा। यह कठोर और भंगुर सामग्री को पीसते समय चिप निर्माण और सतह निर्माण की मूल प्रक्रिया है। चूंकि सिलिकॉन कार्बाइड एक प्रकार की उच्च कठोरता वाली भंगुर सामग्री है, इसलिए विशेष पीसने वाले तरल पदार्थ की आवश्यकता होती है। सिलिकॉन कार्बाइड को पीसने की मुख्य तकनीकी कठिनाई उच्च कठोरता वाली सामग्री की पतली मोटाई के सटीक माप और नियंत्रण में है। पीसने के बाद, वेफर की सतह क्षतिग्रस्त हो जाएगी, माइक्रोक्रैक और अवशिष्ट तनाव होगा, और सिलिकॉन कार्बाइड वेफर के पतले होने से सिलिकॉन कार्बाइड वेफर की तुलना में अधिक विरूपण होगा। 2. सिलिकॉन कार्बाइड की पॉलिशिंग प्रोसेसिंग पर शोध। वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड की पॉलिशिंग विधियों में मुख्य रूप से मैकेनिकल पॉलिशिंग, मैग्नेटोरियोलॉजिकल पॉलिशिंग, केमिकल मैकेनिकल पॉलिशिंग (सीएमपी), इलेक्ट्रोकेमिकल पॉलिशिंग (ईसीएमपी), उत्प्रेरक-सहायता पॉलिशिंग या उत्प्रेरक-सहायता नक़्क़ाशी (सीएसीपी / केयर), ट्राइबोकेमिकल पॉलिशिंग (टीसीपी) शामिल हैं। और प्लाज़्मा-असिस्टेड पॉलिशिंग (पीएपी)। रासायनिक पॉलिशिंग (सीएमपी) तकनीक वर्तमान में अर्धचालक प्रसंस्करण का एक महत्वपूर्ण साधन है, और यह एकल क्रिस्टल सिलिकॉन की सतह को परमाणु स्तर तक संसाधित करने के लिए सबसे प्रभावी तकनीक भी है। यह एकमात्र व्यावहारिक तकनीक है जो प्रसंस्करण की प्रक्रिया में स्थानीय और वैश्विक योजनाकरण का एहसास कर सकती है। सीएमपी की प्रसंस्करण दक्षता मुख्य रूप से वर्कपीस की सतह पर रासायनिक प्रतिक्रिया दर से निर्धारित होती है। SiC सामग्रियों की पॉलिशिंग दर पर प्रक्रिया मापदंडों के प्रभाव का अध्ययन करके, परिणाम बताते हैं कि रोटेशन दर और पॉलिशिंग दबाव का बहुत प्रभाव पड़ता है; और पॉलिशिंग समाधान के तापमान और पीएच मान पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। सामग्रियों की पॉलिशिंग दर में सुधार करने के लिए, घूर्णन गति को यथासंभव बढ़ाया जाना चाहिए। हालांकि पॉलिशिंग दबाव बढ़ाने से हटाने की दर में भी सुधार हो सकता है, लेकिन पॉलिशिंग पैड को नुकसान पहुंचाना आसान है। वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड की पॉलिशिंग विधि में कम सामग्री हटाने की दर और उच्च लागत की समस्याएं हैं, और कोई घर्षण पीसने और पॉलिशिंग, उत्प्रेरक सहायक प्रसंस्करण और अन्य प्रसंस्करण विधियां नहीं हैं। उपकरण की कठिन परिस्थितियों और जटिल संचालन के कारण, यह अभी भी प्रयोगशाला में है, और इसका बड़े पैमाने पर उत्पादन होने की संभावना नहीं है। सिलिकॉन कार्बाइड पहली बार 1905 में उल्कापिंडों में खोजा गया था, और अब यह मुख्य रूप से कृत्रिम संश्लेषण से आता है। सिलिकॉन कार्बाइड के कई उपयोग हैं, और इसका उद्योग क्षेत्र व्यापक है। इसका उपयोग मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, पोटेशियम आर्सेनाइड, शि यिंग क्रिस्टल, आदि, सौर फोटोवोल्टिक उद्योग, अर्धचालक उद्योग और पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल उद्योग के लिए इंजीनियरिंग प्रसंस्करण सामग्री के रूप में किया जा सकता है। [सिलिकॉन कार्बाइड प्रसंस्करण की प्रक्रिया प्रवाह] सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स कच्चे माल के रूप में उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन पाउडर और उच्च शुद्धता वाले कार्बन पाउडर से बने होते हैं, और सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) द्वारा उगाए जाते हैं, और फिर सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स में संसाधित होते हैं . ① कच्चे माल का संश्लेषण। उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन पाउडर और उच्च शुद्धता वाले कार्बन पाउडर को एक निश्चित अनुपात के अनुसार मिलाया जाता है, और सिलिकॉन कार्बाइड कणों को 2,000 ℃ से अधिक के उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया द्वारा संश्लेषित किया जाता है। कुचलने, सफाई और अन्य प्रक्रियाओं के बाद, क्रिस्टल विकास की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन कार्बाइड माइक्रोपाउडर कच्चे माल तैयार किए जाते हैं। ② क्रिस्टल विकास। कच्चे माल के रूप में उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन कार्बाइड माइक्रोपाउडर का उपयोग करके, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल को स्व-विकसित क्रिस्टल ग्रोथ भट्टी में भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) द्वारा उगाया गया था। इसका विकास सिद्धांत निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है:उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन कार्बाइड माइक्रोपाउडर और बीज क्रिस्टल को क्रमशः एक एकल क्रिस्टल विकास भट्टी में एक बेलनाकार सीलबंद ग्रेफाइट क्रूसिबल के नीचे और ऊपर रखा जाता है। क्रूसिबल को विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा 2,000 ℃ से अधिक तक गर्म किया जाता है, और बीज क्रिस्टल का तापमान निचले माइक्रोपाउडर की तुलना में थोड़ा कम होता है, इस प्रकार क्रूसिबल में एक अक्षीय तापमान ढाल बनता है। सिलिकॉन कार्बाइड का माइक्रो-पाउडर उच्च तापमान पर Si2C, SiC2, Si आदि गैसीय पदार्थ बनाने के लिए उर्ध्वपातित होता है, और तापमान प्रवणता द्वारा संचालित होता है, यह कम तापमान के साथ बीज क्रिस्टल तक पहुंचता है, और उस पर क्रिस्टलीकृत होकर बेलनाकार सिलिकॉन कार्बाइड पिंड बनाता है। . ③ प्रसंस्करण भूल गया. प्राप्त सिलिकॉन कार्बाइड पिंड को एक्स-रे सिंगल क्रिस्टल ओरिएंटर का उपयोग करके उन्मुख किया जाता है, फिर जमीन पर समतल किया जाता है और रोल किया जाता है, और मानक व्यास के साथ सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल में संसाधित किया जाता है। ④ क्रिस्टल काटना। सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल को 1 मिमी से अधिक की मोटाई वाले पतले स्लाइस में काटने के लिए मल्टी-वायर कटिंग उपकरण का उपयोग करें। ⑤ वेफर पीसना। विभिन्न कण आकारों के साथ हीरा पीसने वाले तरल पदार्थ द्वारा वेफर को आवश्यक सपाटता और खुरदरापन में पीसना। ⑥ वेफर पॉलिशिंग। बिना सतह क्षति वाला एक सिलिकॉन कार्बाइड पॉलिशिंग वेफर मैकेनिकल पॉलिशिंग और रासायनिक मैकेनिकल पॉलिशिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है। ⑦ वेफर निरीक्षण. ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप, एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर, परमाणु बल माइक्रोस्कोप, गैर-संपर्क प्रतिरोधकता परीक्षक, सतह समतलता परीक्षक, सतह दोष व्यापक परीक्षक और अन्य उपकरणों और उपकरणों का उपयोग करके, सूक्ष्मनलिका घनत्व, क्रिस्टल गुणवत्ता, सतह खुरदरापन, प्रतिरोधकता, वॉरपेज जैसे विभिन्न पैरामीटर, सिलिकॉन कार्बाइड वेफर की वक्रता, मोटाई में बदलाव, सतह पर खरोंच का पता लगाया गया और तदनुसार वेफर की गुणवत्ता ग्रेड का आकलन किया गया। ⑧ वेफर सफाई. पॉलिशिंग शीट पर पॉलिशिंग समाधान जैसे अवशिष्ट सतह संदूषकों को हटाने के लिए सफाई एजेंट और शुद्ध पानी के साथ सिलिकॉन कार्बाइड पॉलिशिंग शीट को साफ करना, और फिर अल्ट्रा-उच्च शुद्धता नाइट्रोजन और एक स्पिन ड्रायर द्वारा वेफर को उड़ाना और स्पिन करना; सिलिकॉन कार्बाइड वेफर बनाने के लिए वेफर को एक अति-स्वच्छ कमरे में एक साफ वेफर बॉक्स में पैक किया जाता है जिसे खोला जा सकता है और तुरंत डाउनस्ट्रीम में उपयोग किया जा सकता है। वेफर का आकार जितना बड़ा होगा, संबंधित क्रिस्टल को विकसित करना और संसाधित करना उतना ही कठिन होगा, जबकि डाउनस्ट्रीम उपकरणों की विनिर्माण दक्षता जितनी अधिक होगी, इकाई लागत उतनी ही कम होगी। वर्तमान में, अंतरराष्ट्रीय सिलिकॉन कार्बाइड वेफर निर्माता मुख्य रूप से 4-इंच से 6-इंच सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स प्रदान करते हैं, और क्री और II-VI जैसे अंतरराष्ट्रीय अग्रणी उद्यमों ने 8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड वेफर उत्पादन लाइनों के निर्माण में निवेश करना शुरू कर दिया है। [सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग की स्थिति]01. सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) उच्च शक्ति वाले उपकरणों के लिए एक आदर्श सामग्री है। सेमीकंडक्टर उद्योग में सिलिकॉन पहली पीढ़ी की बुनियादी सामग्री है। वर्तमान में, दुनिया में 95% से अधिक एकीकृत सर्किट घटक सिलिकॉन से बने हैं। वर्तमान में, इलेक्ट्रिक वाहनों, 5जी और अन्य अनुप्रयोगों के विकास के साथ, उच्च-शक्ति, उच्च-वोल्टेज और उच्च-आवृत्ति उपकरणों की मांग तेजी से बढ़ रही है। जब वोल्टेज 900V से अधिक होता है, तो सिलिकॉन-आधारित पावर MOSFET और IGBT का शॉर्ट बोर्ड उजागर हो जाएगा, जो रूपांतरण दक्षता, स्विचिंग आवृत्ति और कार्य तापमान जैसे कई पहलुओं में सीमित होगा। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) का व्यापक रूप से उच्च तापमान, उच्च वोल्टेज, उच्च आवृत्ति, उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, एयरोस्पेस और अन्य चरम वातावरण में उपयोग किया जाता है, क्योंकि इसमें व्यापक बैंडगैप (Si का 3 गुना), उच्च तापीय चालकता (Si का 3.3 गुना या GaAs का 10 गुना), उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति प्रवास दर (Si का 2.5 गुना) और उच्च विखंडन विद्युत क्षेत्र (Si या GaAs का 5 गुना) होता है। सिलिकॉन कार्बाइड क्वार्ट्ज रेत, पेट्रोलियम कोक (या कोयला कोक), चूरा (हरे सिलिकॉन कार्बाइड के उत्पादन के लिए नमक की आवश्यकता होती है) और अन्य कच्चे माल को उच्च तापमान पर एक प्रतिरोध भट्टी में गलाने से बनाया जाता है। 02. SiC पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों के लाभ तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर, जिसे इसकी भौतिक संरचना के कारण वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर के रूप में भी जाना जाता है, मुख्य रूप से गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड द्वारा दर्शाया जाता है। इसकी अर्धचालक प्रदर्शन विशेषताएं पहली पीढ़ी के सिलिकॉन और दूसरी पीढ़ी के गैलियम आर्सेनाइड से भिन्न हैं, जिससे इसमें उच्च बैंडगैप, उच्च तापीय चालकता, उच्च ब्रेकडाउन क्षेत्र की ताकत और उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव दर के फायदे हैं। जिससे लघु पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों को विकसित करने में सक्षम किया जा सके जो उच्च तापमान, उच्च शक्ति, उच्च वोल्टेज, उच्च आवृत्ति और विकिरण प्रतिरोध जैसी कठोर परिस्थितियों के लिए अधिक उपयुक्त हैं, और पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों और उनके भौतिक सीमाओं को प्रभावी ढंग से तोड़ते हैं। सामग्री.

वर्तमान में, SiC सब्सट्रेट की मुख्य तैयारी प्रक्रिया को मोटे तौर पर दो चरणों में विभाजित किया गया है: पहला चरण यह है कि SiC पाउडर को एकल क्रिस्टल भट्टी में उच्च तापमान पर उर्ध्वपातित किया जाता है और फिर एकल क्रिस्टल भट्टी में SiC पिंड का निर्माण किया जाता है; दूसरे, बिना किसी क्षति परत और कम खुरदरापन के साथ एक पारदर्शी या पारभासी SiC वेफर (यानी SiC सब्सट्रेट) प्राप्त करने के लिए SiC पिंड को रफ मशीनिंग, काटना, पीसना और पॉलिश करना।

तकनीकी विकास दिशा: उपकरणों के संदर्भ में, 3.3kv से ऊपर उच्च वोल्टेज झेलने वाले उपकरणों को विकसित किया जा रहा है, और डिवाइस के प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार के लिए ट्रेंच डिज़ाइन पेश किया गया है; पैकेजिंग के संदर्भ में, सिलिकॉन कार्बाइड के उच्च तापमान प्रतिरोध के फायदों को पूरा लाभ देने के लिए पैकेजिंग प्रक्रिया को अनुकूलित किया जाएगा।