سیڑھیوں کی ایک اڑان چڑھ کر ایڈوانس SiC الیکٹریفیکیشن کیسے مستقبل میں ہمارے سیمی کنڈکٹرز آٹوموبائل اور دیگر صنعتوں کی کارکردگی کو بہتر بنائیں گے؟ جان پامور، کری کمپنی کے وولف اسپیڈ کے چیف ٹیکنالوجی آفیسر

بہت سے پاور سپلائی سسٹم سلکان (Si) ٹیکنالوجی سے سلکان کاربائیڈ (SiC) ٹیکنالوجی میں تبدیل ہو رہے ہیں۔ 1980 کی دہائی میں بائی پولر سیمی کنڈکٹر کے موصل گیٹ بائی پولر ٹرانزسٹر (IGBT) میں تبدیل ہونے کے بعد سے یہ پاور سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی سب سے بڑی تبدیلی ہوگی۔ اس تبدیلی کے ساتھ ہی، اس سے متاثر ہونے والی بہت سی صنعتیں بھی جامع تبدیلی کے ایک غیر معمولی دور کا سامنا کر رہی ہیں۔ آٹوموبائل انڈسٹری سے لے کر سولر انرجی تک، سلکان کاربائیڈ (SiC) کے فوائد نمایاں ہو چکے ہیں۔ بڑی تبدیلیوں سے گزرتے ہوئے، تمام بڑے مینوفیکچررز سلکان کاربائیڈ (SiC) کو اپنی اپنی ٹیکنالوجیز میں مزید مربوط کرنے کی کوششیں کر رہے ہیں۔

آٹوموبائل انڈسٹری جدید صنعت میں بے مثال تبدیلیوں کی ایک عام مثال ہے۔ اگلی دہائی میں، آٹوموبائل انڈسٹری اندرونی دہن کے انجن سے الیکٹریفیکیشن میں تبدیل ہو جائے گی۔ سلیکون (Si) سے سلکان کاربائیڈ (SiC) میں تبدیلی الیکٹرک گاڑیوں کو صارفین کی ضروریات کو پورا کرنے میں مدد دینے میں اہم کردار ادا کرتی ہے، اور ساتھ ہی، یہ موسمیاتی تبدیلی کے اثرات سے متعلق حکومتی ضوابط کو پورا کر سکتی ہے۔ سلیکون کاربائیڈ (SiC) سلوشنز برقی گاڑیوں کی مدد کر رہے ہیں "سیڑھیوں کی ایک پرواز سے اوپر جا کر"، ایپلی کیشنز کو اپ گریڈ کر رہے ہیں جیسے کہ فاسٹ چارجنگ انفراسٹرکچر، ڈرائیو انورٹر اور پاور سپلائی، اور ٹیلی کمیونیکیشنز اور ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کی ترقی کو فروغ دے رہے ہیں۔

تصویر 1. لیبارٹری میں کری ملازمین

الیکٹرک گاڑی کا موقع

صارفین کی بڑھتی ہوئی طلب اور حکومتی ضوابط کی مضبوطی کے ساتھ، آٹوموبائل مینوفیکچررز جیسے کہ ٹیسلا، فورڈ اور ووکس ویگن نے اعلان کیا کہ وہ اگلی دہائی میں الیکٹرک گاڑیوں میں $300 بلین سے زیادہ کی سرمایہ کاری کریں گے۔ تجزیہ کاروں کا اندازہ ہے کہ 2030 تک خالص الیکٹرک گاڑیوں (BEV) کی تعداد آٹوموبائل کی کل تعداد کے 15% تک پہنچ جائے گی۔ لہذا، اگلے چند سالوں میں، الیکٹرک گاڑیوں کے لیے سلیکون کاربائیڈ (SiC) اجزاء کی مارکیٹ میں تیزی سے اضافہ ہوگا۔

برقی کاری اس قدر اہم ہے کہ مینوفیکچررز سلیکون کاربائیڈ (SiC) کے فوائد پر مزید آنکھیں بند نہیں کر سکتے۔ روایتی برقی گاڑیوں میں استعمال ہونے والی سلیکون (Si) ٹیکنالوجی کے مقابلے میں، سلکان کاربائیڈ (SiC) بیٹری کی زندگی کو بڑھا سکتی ہے، اس کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتی ہے اور چارجنگ کا وقت کم کر سکتی ہے۔ لہذا، بہت سے سپلائرز نے الیکٹرک گاڑیوں کے منصوبے تیار کرنے کے لیے کری کے ساتھ اپنے تعاون کا اعلان کیا ہے۔ مثال کے طور پر، ڈیلفی ٹیکنالوجیز سلکان کاربائیڈ (SiC) سیمی کنڈکٹر کا استعمال کرتے ہوئے ایک زیادہ موثر، چھوٹا اور ہلکا انورٹر سسٹم تیار کر رہی ہے، جبکہ ZF گروپ ایک آل الیکٹرک ڈرائیو پاور ٹرین تیار کر رہا ہے۔ ABB گروپ سلیکون کاربائیڈ (SiC) کا استعمال کرتے ہوئے مختلف پاور سسٹم تیار کر رہا ہے اور فراہم کر رہا ہے۔

کارکردگی میں بہتری

سلیکون کاربائیڈ (SiC) کا سوئچنگ نقصان سلکان (Si) پر مبنی IGBT کے مقابلے میں بہت کم ہے۔ اس کے علاوہ، سلکان کاربائیڈ ڈیوائس میں کوئی بلٹ ان وولٹیج نہیں ہے، اور اس کی ترسیل کا نقصان واضح طور پر کم ہے۔ لہذا، سلکان کاربائیڈ (SiC) میں زیادہ طاقت کی کثافت، ہلکا وزن اور زیادہ آپریٹنگ فریکوئنسی ہے۔ ایک حالیہ آٹوموبائل ٹیسٹ میں، سلکان (Si) کے مقابلے میں، Cree کی سلکان کاربائیڈ (SiC) ٹیکنالوجی نے انورٹر کے نقصان کو تقریباً 78% تک کم کیا ہے۔ آٹوموٹیو سیکٹر میں، کارکردگی میں یہ بہتری پاور ٹرین سلوشنز، پاور کنورٹرز، اور نان آن بورڈ چارجر اور آن بورڈ چارجر پر لاگو کی جا سکتی ہے۔ روایتی سلکان (Si) پر مبنی سلوشنز کے مقابلے میں، سلکان کاربائیڈ (SiC) الیکٹرک گاڑیوں کی مجموعی کارکردگی کو 5% سے 10% تک بہتر بنا سکتی ہے۔ مینوفیکچررز اس کا استعمال کروزنگ رینج کو بڑھانے یا بھاری اور مہنگی بیٹریوں کے استعمال کو کم کرنے کے لیے کر سکتے ہیں۔

اس کے علاوہ، سلکان کاربائیڈ (SiC) کولنگ کی ضروریات کو بھی کم کر سکتا ہے، جگہ بچا سکتا ہے، اور اس کا وزن سلکان (Si) پر مبنی اسکیم سے ہلکا ہے۔ سلکان کاربائیڈ (SiC) تیز رفتار چارجرز کے لیے بھی مدد فراہم کر سکتی ہے، اور فی الحال 75 منٹ تک چارج کرنے کے بعد بیٹری کی زندگی کو 5 میل تک بڑھایا جا سکتا ہے۔

سلکان کاربائیڈ (SiC) سلوشنز کی لاگت میں مسلسل کمی نے اسے اپنانے کی شرح میں مزید اضافہ کیا ہے۔ آٹوموبائل کو ایک مثال کے طور پر لیتے ہوئے، ہم اندازہ لگاتے ہیں کہ الیکٹرک گاڑی میں استعمال ہونے والے سلکان کاربائیڈ (SiC) اجزاء کی قیمت تقریباً $250 سے $500 ہے (اس کی بجلی کی ضروریات پر منحصر ہے)۔ آٹوموبائل مینوفیکچررز کی طرف سے بیٹری کی لاگت، بیٹریوں اور انورٹرز کے حجم اور وزن اور ہر الیکٹرک گاڑی کی کولنگ کی ضروریات کے لحاظ سے بچت کی گئی کل لاگت $2,000 تک زیادہ ہو سکتی ہے۔ اگرچہ بہت سے عوامل سلیکون (Si) سے سلکان کاربائیڈ (SiC) میں تبدیلی کا باعث بن رہے ہیں، یہ کلید ہے۔

آٹوموبائل انڈسٹری سے باہر

آٹوموبائل انڈسٹری کی مانگ میں کری کے 9 بلین ڈالر کے سلکان کاربائیڈ (SiC) کے مواقع کا تقریباً نصف حصہ ہے، جبکہ شمسی توانائی، ایرو اسپیس، اور مواصلاتی انفراسٹرکچر کے شعبے دیگر مطالبات کے اہم محرک ہیں۔ Canaccord Genuity کمپنی کی حالیہ پیشن گوئی کے مطابق، 2030 تک، سلکان کاربائیڈ (SiC) کی طلب 20 بلین امریکی ڈالر سے تجاوز کر جائے گی۔

شکل 2. کری 650V MOSFET

سلیکون کاربائیڈ (SiC) پاور ڈیوائسز صنعتی اور توانائی کے اداروں کو بجلی اور جگہ کے استعمال کی شرح کو زیادہ سے زیادہ کرنے میں بھی مدد دے سکتی ہیں۔ سلیکون کاربائیڈ (SiC) اعلیٰ کارکردگی، زیادہ طاقت کی کثافت اور ہلکے وزن کے ساتھ اعلی تعدد والی صنعتی بجلی کی فراہمی اور بلاتعطل بجلی کی فراہمی کی اجازت دیتا ہے۔ SiC کے ذریعے لائے جانے والے فوائد اس کی اپنی لاگت سے کہیں زیادہ ہیں۔

ان شعبوں میں، اعلی کارکردگی کا مطلب زیادہ منافع ہے۔ پاور الیکٹرانکس کے شعبے میں، سلیکون کاربائیڈ (SiC) کی کارکردگی سلکان (Si) کے مقابلے میں بہت زیادہ ہے، اور اس کی طاقت کی کثافت سلکان (Si) سے تین گنا زیادہ ہے، جو ہائی وولٹیج کے نظام کو ہلکا، چھوٹا، زیادہ موثر اور زیادہ کفایتی بناتا ہے۔ یہ شاندار کارکردگی دھماکہ خیز مقام پر پہنچ گئی ہے، اور مینوفیکچررز اگر موجودہ مارکیٹ میں مسابقتی رہنا چاہتے ہیں تو اس پر مزید آنکھیں بند نہیں کر سکتے۔

سیمی کنڈکٹر مستقبل

سیلیکون کاربائیڈ (SiC) کو اپنانے میں لاگت اہم رکاوٹ ہے۔ تاہم، پیداوار اور تجربے میں مسلسل بہتری کے ساتھ، اس کی قیمت بھی کم ہو رہی ہے۔ لہذا، اس کی تیاری زیادہ موثر اور بہتر ہو جاتا ہے. مزید اہم بات یہ ہے کہ صارفین کو یہ احساس ہو گیا ہے کہ سلکان کاربائیڈ (SiC) کی اصل قدر ڈیوائس لیول کے مقابلے کے بجائے سسٹم لیول میں ہے۔ مختلف صنعتوں کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، سلیکون کاربائیڈ (SiC) کی تیاری کو مزید فروغ دیا جائے گا، اور پیداوار میں اضافہ ہوتا رہے گا، اس طرح اس کی قیمت میں کمی ہوتی رہے گی۔ Cree کو ایک حوالہ کے طور پر لیتے ہوئے، Cree نے ان مطالبات کو پورا کرنے کے لیے بڑے پیمانے پر سرمایہ کاری کی ہے، جس میں ریاست نیویارک میں ایک فیکٹری کی تعمیر بھی شامل ہے جو جدید ٹیکنالوجی کو اپناتی ہے اور گاڑیوں کے ضوابط کے معیارات پر پورا اترتی ہے، جس سے پیداواری صلاحیت 30 کے مقابلے میں 2017 گنا سے زیادہ ہو جائے گی۔

سلیکون (Si) سے سلکان کاربائیڈ (SiC) میں تبدیلی اب یہ سوال نہیں ہے کہ یہ کب اور کب ہوگا۔ ہم پہلے ہی اس میں ہیں۔ بہت ساری صنعتوں کی عظیم تبدیلیوں میں مکمل طور پر حصہ لینا دلچسپ ہے۔ ان صنعتوں کا مستقبل کبھی جامد نہیں ہوگا، اور ہم یقینی طور پر بے مثال تبدیلیاں دیکھتے رہیں گے۔ اور وہ مینوفیکچررز جو ان تبدیلیوں کو تیزی سے ڈھال سکتے ہیں یقیناً نتیجہ خیز نتائج حاصل کریں گے۔