वर्तमान में, सेमीकंडक्टर उद्योग में अधिकांश 100 मिमी और 150 मिमी वेफर्स हेक्सागोनल जाली संरचना (क्रमशः 4-इंच और 6-इंच वेफर्स के लिए 4H और 6H द्वारा दर्शाए गए) के साथ एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन कार्बाइड से बने होते हैं। हालाँकि, प्रमुख SiC उपकरण निर्माता 150 मिमी से 200 मिमी वेफर्स में सफलतापूर्वक परिवर्तन कर रहे हैं, और अन्य निर्माता भी इस आपूर्ति का लाभ उठा रहे हैं।

उदाहरण के लिए, योल ग्रुप के विश्लेषकों के अनुसार, इन्फिनियन स्रोत एसटीएमइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स सहित कई आपूर्तिकर्ताओं से वेफर्स लेता है, जिसने स्वीडिश कंपनी नॉरस्टेल में बहुमत हिस्सेदारी हासिल कर ली है। सिलिकॉन पावर डिवाइस आपूर्तिकर्ता रोहम अपनी क्षमता और साझेदारी बढ़ा रहा है। जुलाई में, रोहम ने 10 साल के समझौते पर हस्ताक्षर किए और 2 मिमी बेयर और एपिटैक्सियल SiC वेफर्स की आपूर्ति के लिए वोल्फस्पीड को 150 बिलियन डॉलर की जमा राशि का भुगतान किया। रोहम ने मित्सुबिशी के साथ भी एक समझौता किया, जो जापान में एक SiC संयंत्र के निर्माण सहित प्रौद्योगिकी और विस्तार में 260 बिलियन जापानी येन का निवेश करेगा।

कंपनी के अध्यक्ष हिदेतोशी शिबाता ने एक हालिया प्रेस विज्ञप्ति में कहा, "रोहम पारंपरिक पावर सेमीकंडक्टर क्षेत्र में एक नवागंतुक है, लेकिन अब [हमारे उत्पाद] अपनी उच्च दक्षता के लिए ध्यान आकर्षित कर रहे हैं।" "SiC इसे भी हासिल कर सकता है।"

इस बीच, SOITEC और STMicroelectronics एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट्स पर मल्टी-क्रिस्टलीय SiC नामक एक विधि की खोज कर रहे हैं, जिसमें एकल क्रिस्टल सिलिकॉन वेफर्स को कई स्लाइस में विभाजित करना और अपशिष्ट को कम करने के लिए डोनर वेफर सब्सट्रेट्स का पुन: उपयोग करना शामिल है। मल्टी-क्रिस्टलीय सिलिकॉन सब्सट्रेट्स का लाभ सब्सट्रेट के माध्यम से धातु कनेक्टर्स तक गर्मी का संचालन करने की क्षमता है, जो तेजी से स्विचिंग और उत्कृष्ट गर्मी अपव्यय को सक्षम करता है।

कुछ पहलुओं में, सिलिकॉन कार्बाइड सिलिकॉन के विकास पथ का अनुसरण कर रहा है। हालाँकि, SiC में दोष स्तर के कारण, डेटा साझा करना आवश्यक है।

बॉश के बोर्नफेल्ड ने कहा, "हम सिलिकॉन वेफर आपूर्तिकर्ताओं के साथ कच्चे माल के डेटा और उपकरण डेटा का आदान-प्रदान करते हैं।" "हम अच्छे सहसंबंधों की पहचान करने और इस जानकारी को साझा करने के लिए उन्नत एआई-आधारित सिस्टम का भी उपयोग करते हैं ताकि दोनों कंपनियां आगे बढ़ सकें।"

फिर भी, डेटा साझाकरण अभी भी व्यापक नहीं है। सिलिकॉन के विपरीत, 150 मिमी से 200 मिमी पिंड आकार में परिवर्तन वेफर/पिंड रूपों के संदर्भ में महत्वपूर्ण रूप से उच्च रिटर्न नहीं लाता है। इसके अतिरिक्त, 200 मिमी के लिए बड़े बीज क्रिस्टल की आवश्यकता होती है, जिन्हें 2,500°C पर बढ़ने में अधिक समय लगता है। वर्तमान में, उत्पादकता (वेफर्स/सिल्लियां) में वृद्धि 20% की सीमा में हो सकती है। TECHCET के विश्लेषकों का अनुमान है कि स्लाइसिंग, ग्राइंडिंग, पॉलिशिंग और सीएमपी प्रक्रियाओं की तुलना में पिंड वृद्धि का लागत योगदान कम हो जाएगा।

ऑटोमोटिव चिप्स की मांग इलेक्ट्रिक वाहनों से अधिक है

एसटीमाइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के ऑटोमोटिव इंटेलिजेंट पावर और डिस्क्रीट प्रोडक्ट्स के मार्केटिंग डायरेक्टर, ली बेल ने कहा, "हम ऑटोमोटिव सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगों की मांग इलेक्ट्रिक वाहनों के उत्पादन में वृद्धि की तुलना में तेज़ी से बढ़ती हुई देख रहे हैं।" उन्होंने कहा, "यह कई कारकों के कारण है। उन्नत ड्राइवर सुरक्षा सुविधाएँ, स्वचालित वाहन नियंत्रण, उन्नत कनेक्टिविटी और सुविधा संबंधी कार्य, ये सभी सेमीकंडक्टर की मांग को बढ़ा रहे हैं, लेकिन बिजली प्रणालियों के विद्युतीकरण से अलग तरीके से।" उन्होंने आगे कहा, "2022 तक, लगभग दो-तिहाई इलेक्ट्रिक वाहन हाइब्रिड होंगे, जिनमें से लगभग एक-तिहाई बैटरी से चलने वाले होंगे। 2030 तक, यह प्रवृत्ति उलट जाएगी। इसका कारण बाजार में बढ़ती स्वीकार्यता और चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर की बेहतर उपलब्धता है, लेकिन शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि वाहन निर्माता अपने अनुसंधान और निर्माण बजट इसी पर खर्च कर रहे हैं।" यह बदलाव SiC MOSFETs के उपयोग के लिए एक प्रमुख प्रेरक शक्ति है।

बेल ने बताया कि ट्रैक्शन इनवर्टर अक्सर बड़े चिप्स का उपयोग करते हैं। उन्होंने कहा कि पावर सेमीकंडक्टर वाहन के चार्जिंग सिस्टम और डीसी-डीसी कनवर्टर में बड़े उपभोक्ता हैं जो बैटरी से इंटरनेट ऑफ थिंग्स सिस्टम में वोल्टेज को कम करते हैं। ये दोनों हाइब्रिड वाहन आर्किटेक्चर में अनुपस्थित हैं।

उन्होंने इस बात पर भी ज़ोर दिया कि दक्षता (पैकेजिंग उपकरण और मॉड्यूल) प्राथमिक चिंता का विषय है क्योंकि सिस्टम में जितनी कम बिजली की हानि होगी, कार और ट्रक की रेंज उतनी ही लंबी होगी। उन्होंने कहा, "हमने 210 किलोवाट के इन्वर्टर सिस्टम (लगभग 280 हॉर्सपावर के बराबर) की तुलना SiC MOSFETs और सिलिकॉन IGBTs से करते हुए एक अध्ययन किया।" "सिलिकॉन कार्बाइड विधि लगातार 98% परिचालन दक्षता प्रदान करती है, जबकि IGBT विधि कम कुशल है, खासकर कम परिचालन भार वाली श्रेणी में, जहाँ वाहन अपने जीवन का लगभग 95% समय व्यतीत करता है।"

कुल शक्ति चालन हानियों और स्विचिंग हानियों का योग है। उन्होंने कहा, "सिलिकॉन कार्बाइड स्विचिंग नुकसान को चार गुना कम कर देता है।" एसटी वर्तमान में 30% के बेहतर आरडीसन प्रदर्शन के साथ अपने चौथी पीढ़ी के SiC उत्पादों का उत्पादन कर रहा है।

बॉश के बोर्नफेल्ड ने 2030 के लिए मांग और क्षमता का पूर्वानुमान प्रस्तुत किया, जो जापान, दक्षिण कोरिया, चीन, मलेशिया, जर्मनी, ऑस्ट्रिया और संयुक्त राज्य अमेरिका में पर्याप्त वैश्विक वेफर और वेफर फैब क्षमताओं का संकेत देता है। वास्तव में, उद्योग को अधिक निर्माण न करने के प्रति सतर्क रहने की जरूरत है (चित्र 5 देखें)। "सवाल यह है, 'चीन में क्या हो रहा है?' बोर्नफेल्ड ने कहा, चीन पहले से ही सिलिकॉन कार्बाइड कच्चे माल में अग्रणी है, और वे उचित कीमतों पर बहुत उच्च गुणवत्ता वाले वेफर्स प्रदान कर रहे हैं। "वे उपकरणों के मामले में भी तेजी से आगे बढ़ रहे हैं। इसलिए, हमें समग्र क्षमता पर नजर रखने और उसे ट्रैक करने की जरूरत है।"

अंत में, पावरअमेरिका के वेलियाडिस ने वेफर फैब में SiC और GaN जैसे वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स के कुशल कार्यान्वयन के लिए आवश्यक कार्यस्थल प्रशिक्षण के बारे में बात की। उन्होंने कहा, "SiC और GaN MOSFET निर्माण में विशेषज्ञता वाले इंजीनियरों की बहुत माँग है, और SiC वेफर फैब और सिलिकॉन वेफर फैब के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं।"

निष्कर्ष

स्वच्छ ऊर्जा और इलेक्ट्रिक वाहनों में परिवर्तन के लिए वैकल्पिक अर्धचालक सामग्री जैसे SiC और GaN की आवश्यकता होगी, और आने वाले दशकों में बिजली उपकरणों को महत्वपूर्ण अनुकूलन से गुजरना निश्चित है। तकनीकी सुधार और क्षमता विस्तार का उन्माद जारी नहीं रह सकता है, लेकिन बिजली उपकरण अभी भी कई कंपनियों के रोडमैप का एक महत्वपूर्ण हिस्सा होंगे।

एप्लाइड मैटेरियल्स आईसीएपीएस के रणनीतिक विपणन निदेशक डेविड ब्रिटज़ ने कहा, "हम जानते हैं कि सेमीकंडक्टर उद्योग 1 ट्रिलियन डॉलर के बाजार की ओर बढ़ रहा है, लेकिन हर कोई जानना चाहता है कि 2030 के बाद क्या होगा।" "मैं यहां यह साबित करने के लिए आया हूं कि अर्धचालकों का पांचवां युग वास्तव में ऊर्जा उत्पादन और परिवहन के परिवर्तन से प्रेरित है।"

आपूर्ति श्रृंखला के मुद्दों, तकनीकी अंतरालों को भरने और भू-राजनीतिक परिवर्तनों के साथ-साथ SiC वेफर्स, उपकरणों और मॉड्यूल के विकास का प्रबंधन आज तक SiC बाजार का सबसे चुनौतीपूर्ण पहलू हो सकता है। फिर भी, ऐसा लगता है कि सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी उद्योग कई चीजों पर आम सहमति पर पहुंच गया है, खासकर अगली पीढ़ी की बिजली दक्षता और प्रदर्शन की मांग के संबंध में।