میرے ملک کی سلکان کاربائیڈ انڈسٹری چین!

سلیکون کاربائیڈ (SiC) پاور سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی اہم ترقی کی سمت ہے، جو بجلی کے آلات بنانے کے لیے استعمال ہونے پر برقی توانائی کے استعمال کی شرح کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتی ہے۔ مستقبل قریب میں، نئی انرجی گاڑیاں سلیکون کاربائیڈ پاور ڈیوائسز کا بنیادی اطلاقی منظرنامے ہوں گی۔ ٹیکنالوجی کے علمبردار کے طور پر، Tesla نے ماڈل 3 میں تمام سلیکون کاربائیڈ ماڈیولز کو ضم کرنے میں پیش قدمی کی ہے، اور دیگر فرسٹ لائن کار کمپنیاں بھی سلکان کاربائیڈ کے اطلاق کو بڑھانے کا منصوبہ بنا رہی ہیں۔ سلکان کاربائیڈ ڈیوائسز کی مینوفیکچرنگ لاگت میں کمی اور ٹیکنالوجی کی بتدریج پختگی کے ساتھ، سلیکن کاربائیڈ پاور ڈیوائس انڈسٹری کے مستقبل کی توقع کی جاسکتی ہے۔ [سلیکون کاربائیڈ کیا ہے؟ سلکان کاربائیڈ (SiC) تیسری نسل کا کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹر مواد ہے۔ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کا سنگ بنیاد چپس ہے، اور چپس بنانے کے لیے بنیادی مواد کو پہلی نسل کے سیمی کنڈکٹر مواد میں تقسیم کیا گیا ہے (زیادہ تر اعلیٰ طہارت والا سلکان جو اس وقت بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے)، دوسری نسل کے کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹر مواد (گیلیم آرسنائیڈ اور انڈیم فاسفائیڈ) اور تیسری نسل کا کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹر مواد (سلیکان کاربائیڈ اور گیلیم نائٹرائڈ) تاریخی عمل کے مطابق۔ اس کی اعلیٰ طبعی خصوصیات کی وجہ سے: ہائی بینڈ گیپ (ہائی بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈ اور ہائی پاور کثافت کے مطابق)، ہائی برقی چالکتا اور ہائی تھرمل چالکتا، سلکان کاربائیڈ مستقبل میں سیمی کنڈکٹر چپس کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا بنیادی مواد ہوگا۔ [سلیکون کاربائیڈ کے جسمانی اور کیمیائی خواص]سیمی کنڈکٹر چپس میں سلکان کاربائیڈ کی بنیادی شکل سبسٹریٹ ہے۔ سیمی کنڈکٹر چپس کو مربوط سرکٹس اور مجرد آلات میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، لیکن انٹیگریٹڈ سرکٹس اور مجرد آلات دونوں کی بنیادی ساخت کو "سبسٹریٹ-ایپٹیکسیل-ڈیوائس" ڈھانچے میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ سیمی کنڈکٹرز میں سلکان کاربائیڈ کی بنیادی شکل بطور سبسٹریٹ مواد ہے۔سلکان کاربائیڈ ویفر ایک واحد کرسٹل شیٹ ہے جو سلکان کاربائیڈ کرسٹل کو کاٹنے، پیسنے، پالش کرنے اور صاف کرنے سے بنتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ میٹریل کے طور پر، سلیکن کاربائیڈ ویفر کو سلیکون کاربائیڈ پر مبنی پاور ڈیوائسز اور مائیکرو ویو آر ایف ڈیوائسز ایپیٹیکسیل گروتھ اور ڈیوائس مینوفیکچرنگ کے ذریعے بنایا جا سکتا ہے، جو کہ تیسری نسل کی سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی ترقی کے لیے ایک اہم بنیادی مواد ہے۔ مزاحمت کے فرق کے مطابق، سلکان کاربائیڈ ویفرز کو موصل قسم اور نیم موصل قسم میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ ان میں سے، کنڈکٹو سلکان کاربائیڈ ویفرز بنیادی طور پر اعلی درجہ حرارت اور ہائی وولٹیج پاور ڈیوائسز بنانے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں، بڑے پیمانے پر مارکیٹ کے ساتھ؛ نیم موصل سیلیکون کاربائیڈ سبسٹریٹ بنیادی طور پر مائکروویو RF آلات اور دیگر شعبوں میں استعمال ہوتا ہے۔ 5G مواصلاتی نیٹ ورک کی تیز رفتار تعمیر کے ساتھ، مارکیٹ کی طلب میں واضح طور پر اضافہ ہوا ہے۔[سلیکون کاربائیڈ کی پروسیسنگ ٹیکنالوجی پر تحقیق] SiC کی سختی ہیرے کے بعد دوسرے نمبر پر ہے، اور اسے پیسنے والے پہیے جیسے آلات پیسنے کے لیے کھرچنے والے کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، ہیرے کے پیسنے والے پہیے بنیادی طور پر پیسنے، پیسنے اور پالش کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں، جن میں سے ہیرے پیسنے والے پہیوں کی کارکردگی سب سے زیادہ ہوتی ہے اور یہ SiC کی پروسیسنگ کے لیے ایک اہم ذریعہ ہیں۔ تاہم، SiC مواد میں نہ صرف اعلی سختی کی خصوصیات ہیں، بلکہ اس کی زیادہ ٹوٹ پھوٹ اور کم فریکچر کی سختی بھی پیسنے کے عمل میں مواد کے ٹوٹنے والے فریکچر کو آسان بناتی ہے، اس طرح مواد کی سطح پر ایک ٹوٹی ہوئی تہہ رہ جاتی ہے، اور سطح اور ذیلی سطح کو شدید نقصان پہنچانا، جو مشینی درستگی کو متاثر کرتا ہے۔ لہذا، پیسنے کی کارکردگی اور SiC کی سطح کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے پیسنے کے طریقہ کار اور SiC کے ذیلی سطح کے نقصان کا گہرائی سے مطالعہ کرنا بہت اہمیت کا حامل ہے۔ 1. سخت اور ٹوٹنے والے مواد کو پیسنے کا طریقہ جب کھرچنے والے ذرات سطح پر ٹکرانے اور دراڑوں کے ساتھ کام کرتے ہیں، پیسنے کی پیشرفت کے ساتھ، کچھ کھرچنے والے ذرات کو پیسنے کے بوجھ کے عمل کے تحت ورک پیس میں دبایا جاتا ہے، اور بے نقاب نوک کو مائیکرو کٹنگ کے لیے ورک پیس کی سطح کو کھرچنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ . کھرچنے والے دانوں کا دوسرا حصہ ورک پیس اور پیسنے والی ڈسک کے درمیان رولنگ ایکشن پیدا کرنے کے لیے گھومتا ہے، جس سے ورک پیس کی سطح مائیکرو کریکس بن جاتی ہے، اور شگاف ورک پیس کی سطح پر ٹوٹنے والی چپس کی شکل میں پھیلتا ہے، اس طرح سطح کا مقصد حاصل ہوتا ہے۔ سے ہٹانا. چونکہ سخت اور ٹوٹنے والے مواد کی تناؤ کی طاقت کمپریشن طاقت سے کم ہوتی ہے، جب کھرچنے والے ذرات کو لوڈ کیا جاتا ہے، سخت اور ٹوٹنے والے مواد کی سطح پر زیادہ سے زیادہ تناؤ کے دباؤ پر مائکرو کریکس پیدا ہوں گے۔ جب کراس کراسنگ دراڑیں پھیلتی ہیں اور ایک دوسرے کو عبور کرتی ہیں، تو دراڑ سے گھرا ہوا حصہ ٹوٹ کر چھوٹے چھوٹے ٹکڑوں میں گر جائے گا۔ سخت اور ٹوٹنے والے مواد کو پیستے وقت یہ چپ بنانے اور سطح کی تشکیل کا بنیادی عمل ہے۔ چونکہ سلکان کاربائیڈ ایک قسم کا زیادہ سختی کا ٹوٹنے والا مواد ہے، اس لیے خصوصی پیسنے والے سیال کی ضرورت ہوتی ہے۔ سلکان کاربائیڈ کو پیسنے کی بنیادی تکنیکی مشکل زیادہ سختی والے مواد کی پتلی موٹائی کی درست پیمائش اور کنٹرول میں ہے۔ پیسنے کے بعد، ویفر کی سطح کو نقصان پہنچے گا، مائیکرو کریک اور بقایا تناؤ، اور سلکان کاربائیڈ ویفر کا پتلا ہونا سلیکان کاربائیڈ ویفر کی نسبت زیادہ وارپج کا سبب بنے گا۔ 2. سلکان کاربائیڈ کی پالش کرنے والی پروسیسنگ پر تحقیق۔ فی الحال، سلکان کاربائیڈ کے پالش کرنے کے طریقوں میں بنیادی طور پر مکینیکل پالش، میگنیٹورہیولوجیکل پالش، کیمیکل مکینیکل پالش (CMP)، الیکٹرو کیمیکل پالش (ECMP)، کیٹالسٹ اسسٹڈ پالشنگ یا کیٹالسٹ اسسٹڈ اینچنگ (CACP/CARE)، ٹرائیبو کیمیکل پالشنگ (TCP) شامل ہیں۔ اور پلازما اسسٹڈ پالشنگ (PAP)۔ کیمیکل پالشنگ (CMP) ٹیکنالوجی اس وقت سیمی کنڈکٹر پروسیسنگ کا ایک اہم ذریعہ ہے، اور یہ سنگل کرسٹل سلکان کی سطح کو ایٹم لیول تک پروسیس کرنے کے لیے بھی سب سے موثر ٹیکنالوجی ہے۔ یہ واحد عملی ٹکنالوجی ہے جو پروسیسنگ کے عمل میں مقامی اور عالمی منصوبہ بندی کو محسوس کرسکتی ہے۔ CMP کی پروسیسنگ کی کارکردگی کا تعین بنیادی طور پر ورک پیس کی سطح پر کیمیائی رد عمل کی شرح سے ہوتا ہے۔ SiC مواد کی چمکانے کی شرح پر عمل کے پیرامیٹرز کے اثر و رسوخ کا مطالعہ کرنے سے، نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ گردش کی شرح اور چمکانے کے دباؤ کا بہت اثر ہے۔ اور پالش کرنے والے حل کے درجہ حرارت اور پی ایچ کی قدر کا بہت کم اثر ہوتا ہے۔ مواد کی چمکانے کی شرح کو بہتر بنانے کے لیے، گھومنے کی رفتار کو ہر ممکن حد تک بڑھایا جانا چاہیے۔ اگرچہ چمکانے کے دباؤ میں اضافہ بھی ہٹانے کی شرح کو بہتر بنا سکتا ہے، یہ پالش پیڈ کو نقصان پہنچانا آسان ہے۔ فی الحال، سلکان کاربائڈ کے پالش کرنے کے طریقہ کار میں کم مواد کو ہٹانے کی شرح اور اعلی قیمت کے مسائل ہیں، اور کوئی کھرچنے والی پیسنے اور پالش کرنے، کیٹلیٹک معاون پروسیسنگ اور دیگر پروسیسنگ کے طریقے نہیں ہیں. مشکل حالات اور ڈیوائس کے پیچیدہ آپریشن کی وجہ سے، یہ اب بھی لیبارٹری میں ہے، اور اس کی بڑے پیمانے پر پیداوار کا احساس ہونے کا امکان نہیں ہے۔ سلکان کاربائیڈ سب سے پہلے 1905 میں میٹورائٹس میں دریافت ہوئی تھی، اور اب یہ بنیادی طور پر مصنوعی ترکیب سے آتی ہے۔ سلکان کاربائیڈ کے بہت سے استعمال ہیں، اور اس کی صنعت کا دورانیہ وسیع ہے۔ اسے مونو کرسٹل لائن سلکان، پولی کرسٹل لائن سلکان، پوٹاشیم آرسنائیڈ، شی ینگ کرسٹل، وغیرہ، سولر فوٹوولٹک انڈسٹری، سیمی کنڈکٹر انڈسٹری اور پیزو الیکٹرک کرسٹل انڈسٹری کے لیے انجینئرنگ پروسیسنگ مواد کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ [سلیکون کاربائیڈ پروسیسنگ کا عمل بہاؤ] سلیکن کاربائیڈ ویفرز اعلیٰ طہارت کے سلکان پاؤڈر اور اعلیٰ پاکیزگی والے کاربن پاؤڈر سے خام مال کے طور پر بنائے جاتے ہیں، اور سلکان کاربائیڈ کرسٹل فزیکل ویپر ٹرانسپورٹ (PVT) کے ذریعے اگائے جاتے ہیں، اور پھر سلیکون کاربائیڈ ویفرز میں پروسیس کیے جاتے ہیں۔ . ① خام مال کی ترکیب. اعلی پاکیزگی والے سلکان پاؤڈر اور اعلی پاکیزگی والے کاربن پاؤڈر کو ایک خاص تناسب کے مطابق ملایا جاتا ہے، اور سلکان کاربائیڈ کے ذرات کو 2,000 ℃ سے زیادہ درجہ حرارت پر ردعمل کے ذریعے ترکیب کیا جاتا ہے۔ کرشنگ، صفائی اور دیگر عمل کے بعد، اعلی طہارت کا سلکان کاربائیڈ مائکرو پاؤڈر خام مال تیار کیا جاتا ہے جو کرسٹل کی ترقی کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔ ② کرسٹل ترقی. اعلی پاکیزگی والے سلکان کاربائیڈ مائیکرو پاؤڈر کو خام مال کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، سلکان کاربائیڈ کرسٹل کو جسمانی بخارات کی نقل و حمل (PVT) کے ذریعے خود تیار شدہ کرسٹل گروتھ فرنس میں اگایا گیا تھا۔ اس کی نشوونما کا اصول درج ذیل شکل میں دکھایا گیا ہے۔اعلی پاکیزگی والے سلکان کاربائیڈ مائکرو پاؤڈر اور سیڈ کرسٹل کو بالترتیب ایک بیلناکار مہر بند گریفائٹ کروسیبل کے نیچے اور اوپر ایک ہی کرسٹل گروتھ فرنس میں رکھا گیا ہے۔ کروسیبل کو برقی مقناطیسی انڈکشن کے ذریعے 2,000 ℃ سے زیادہ گرم کیا جاتا ہے، اور سیڈ کرسٹل کا درجہ حرارت نچلے مائکرو پاؤڈر سے تھوڑا کم ہوتا ہے، اس طرح کروسیبل میں محوری درجہ حرارت کا میلان بنتا ہے۔ سلیکون کاربائیڈ کا مائیکرو پاؤڈر اعلی درجہ حرارت پر گیسی مادوں جیسے Si2C، SiC2، Si، وغیرہ کی تشکیل کرتا ہے، اور درجہ حرارت کے میلان سے چلنے سے، یہ کم درجہ حرارت کے ساتھ سیڈ کرسٹل تک پہنچتا ہے، اور اس پر کرسٹلائز کر کے سلنڈر سیلیکون کاربائیڈ پنڈ بناتا ہے۔ . ③ پنڈ پروسیسنگ. حاصل کردہ سلکان کاربائیڈ انگوٹ کو ایکس رے سنگل کرسٹل اورینٹر کا استعمال کرتے ہوئے اورینٹ کیا جاتا ہے، پھر اسے فلیٹ اور رول کیا جاتا ہے، اور معیاری قطر کے ساتھ سلکان کاربائیڈ کرسٹل میں پروسیس کیا جاتا ہے۔ ④ کرسٹل کاٹنے. سلکان کاربائیڈ کرسٹل کو باریک ٹکڑوں میں کاٹنے کے لیے ملٹی وائر کاٹنے کا سامان استعمال کریں جس کی موٹائی 1 ملی میٹر سے زیادہ نہ ہو۔ ⑤ ویفر پیسنے. مختلف ذرات کے سائز کے ساتھ ڈائمنڈ پیسنے والے سیال کے ذریعہ ویفر کو مطلوبہ چپٹی اور کھردری پر پیسنا۔ ⑥ ویفر پالش. مکینیکل پالش اور کیمیکل مکینیکل پالش کے ذریعے ایک سلکان کاربائیڈ پالش کرنے والا ویفر حاصل کیا جاتا ہے جس کی سطح کو کوئی نقصان نہیں ہوتا ہے۔ ⑦ ویفر معائنہ. آپٹیکل مائیکروسکوپ، ایکس رے ڈفریکٹومیٹر، اٹامک فورس مائکروسکوپ، نان کنٹیکٹ ریزسٹویٹی ٹیسٹر، سطح فلیٹنیس ٹیسٹر، سطح کی خرابی جامع ٹیسٹر اور دیگر آلات اور آلات، مختلف پیرامیٹرز جیسے مائیکرو ٹیوبول کثافت، کرسٹل کوالٹی، سطح کی کھردری، مزاحمت، وار پیج گھماؤ، موٹائی میں تبدیلی، سلکان کاربائیڈ ویفر کی سطح کی کھرچوں کا پتہ چلا، اور ویفر کے معیار کے درجے کے مطابق فیصلہ کیا گیا۔ ⑧ ویفر کی صفائی۔ سلیکن کاربائیڈ پالش کرنے والی شیٹ کو کلیننگ ایجنٹ اور خالص پانی سے صاف کرنا تاکہ سطح کے بقایا آلودگیوں کو دور کیا جا سکے جیسے پالش کرنے والی شیٹ پر پالش کرنے کا محلول، اور پھر الٹرا ہائی پیوریٹی نائٹروجن اور اسپن ڈرائر کے ذریعے ویفر کو اڑانا اور گھمانا؛ ویفر کو الٹرا کلین روم میں ایک صاف ویفر باکس میں پیک کیا جاتا ہے تاکہ ایک سلکان کاربائیڈ ویفر بنایا جا سکے جسے فوری طور پر نیچے کی طرف کھولا اور استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ویفر کا سائز جتنا بڑا ہوگا، متعلقہ کرسٹل کو بڑھانا اور اس پر کارروائی کرنا اتنا ہی مشکل ہوگا، جبکہ ڈاؤن اسٹریم ڈیوائسز کی مینوفیکچرنگ کی کارکردگی جتنی زیادہ ہوگی، یونٹ کی لاگت اتنی ہی کم ہوگی۔ اس وقت، بین الاقوامی سلکان کاربائیڈ ویفر مینوفیکچررز بنیادی طور پر 4 انچ سے 6 انچ کے سلکان کاربائیڈ ویفر فراہم کرتے ہیں، اور بین الاقوامی معروف کاروباری اداروں جیسے کری اور II-VI نے 8 انچ کی سلکان کاربائیڈ ویفر پروڈکشن لائنوں کی تعمیر میں سرمایہ کاری کرنا شروع کر دی ہے۔ [سلیکون کاربائیڈ انڈسٹری کی صورتحال]01. سلکان کاربائیڈ (SiC) ہائی پاور ڈیوائسز کے لیے ایک مثالی مواد ہے۔ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں سلکان پہلی نسل کا بنیادی مواد ہے۔ اس وقت دنیا میں انٹیگریٹڈ سرکٹ کے 95 فیصد سے زیادہ اجزاء سلکان سے بنے ہیں۔ اس وقت، الیکٹرک گاڑیوں، 5G اور دیگر ایپلی کیشنز کی ترقی کے ساتھ، ہائی پاور، ہائی وولٹیج اور ہائی فریکوئینسی ڈیوائسز کی مانگ میں تیزی سے اضافہ ہو رہا ہے۔ جب وولٹیج 900V سے زیادہ ہو جائے گا، تو سلیکون پر مبنی پاور MOSFET اور IGBT کا مختصر بورڈ سامنے آ جائے گا، جو تبادلوں کی کارکردگی، سوئچنگ فریکوئنسی اور کام کرنے کا درجہ حرارت جیسے بہت سے پہلوؤں میں محدود ہو گا۔ سلیکون کاربائیڈ (SiC) بڑے درجہ حرارت، ہائی وولٹیج، ہائی فریکوئنسی، ہائی پاور الیکٹرانک آلات، ایرو اسپیس اور دیگر انتہائی ماحول میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے کیونکہ اس کے وسیع بینڈ گیپ (Si کے 3 گنا)، ہائی تھرمل چالکتا (Si کا 3.3 گنا یا GaAs کا 10 گنا)، ہائی الیکٹران سیچوریشن مائیگریشن ریٹ (2.5 بار Si کے بریک ڈاون) اور الیکٹرک فیلڈ بریک ڈاؤن (5 گنا)۔ سلیکان کاربائیڈ کوارٹج ریت، پیٹرولیم کوک (یا کوئلہ کوک)، چورا (سبز سلکان کاربائیڈ تیار کرنے پر نمک کی ضرورت ہوتی ہے) اور دیگر خام مال کو اعلی درجہ حرارت پر مزاحمتی بھٹی میں ڈال کر بنایا جاتا ہے۔ 02. SiC پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کے فوائد تیسری نسل کا سیمی کنڈکٹر، جسے اس کی جسمانی ساخت کی وجہ سے وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر بھی کہا جاتا ہے، بنیادی طور پر گیلیم نائٹرائڈ اور سلکان کاربائیڈ سے ظاہر ہوتا ہے۔ اس کے سیمی کنڈکٹر کی کارکردگی کی خصوصیات پہلی نسل کے سیلیکون اور دوسری جنریشن گیلیم آرسنائیڈ سے مختلف ہیں، جس کی وجہ سے اس میں ہائی بینڈ گیپ، ہائی تھرمل چالکتا، ہائی بریک ڈاؤن فیلڈ طاقت اور ہائی الیکٹران سیچوریشن ڈرفٹ ریٹ کے فوائد ہیں۔ اس طرح چھوٹے پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز تیار کرنے کے قابل ہیں جو سخت حالات جیسے کہ اعلی درجہ حرارت، ہائی پاور، ہائی وولٹیج، ہائی فریکوئنسی اور تابکاری کے خلاف مزاحمت کے لیے زیادہ موزوں ہیں، اور روایتی سلکان پر مبنی پاور سیمی کنڈکٹر آلات کی جسمانی حدود کو مؤثر طریقے سے توڑتے ہوئے اور ان کے مواد.

فی الحال، SiC سبسٹریٹ کی تیاری کے بنیادی عمل کو تقریباً دو مراحل میں تقسیم کیا گیا ہے: پہلا مرحلہ یہ ہے کہ SiC پاؤڈر کو ایک ہی کرسٹل فرنس میں اعلی درجہ حرارت پر بنایا جاتا ہے اور پھر سنگل کرسٹل فرنس میں SiC انگوٹ بنتا ہے۔ دوم، کھردری مشینی، کاٹنا، پیسنا اور پالش کرنا SiC انگوٹ کو شفاف یا پارباسی SiC ویفر (یعنی SiC سبسٹریٹ) حاصل کرنے کے لیے بغیر کسی نقصان کے اور کم کھردری کے۔

تکنیکی ارتقاء کی سمت: آلات کے لحاظ سے، 3.3kv سے زیادہ اعلیٰ برداشت کرنے والے وولٹیج والے آلات تیار کیے جا رہے ہیں، اور آلے کی کارکردگی اور وشوسنییتا کو بہتر بنانے کے لیے خندق کا ڈیزائن متعارف کرایا گیا ہے۔ پیکیجنگ کے لحاظ سے، سلکان کاربائیڈ کے اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحمت کے فوائد کو پورا کرنے کے لیے پیکیجنگ کے عمل کو بہتر بنایا جائے گا۔