فی الحال، سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں زیادہ تر 100mm اور 150mm ویفرز سنگل کرسٹل سلکان کاربائیڈ سے بنے ہیں جس میں ہیکساگونل جالی ساخت ہے (بالترتیب 4-انچ اور 6-انچ ویفرز کے لیے 4H اور 6H سے ظاہر ہوتا ہے)۔ تاہم، بڑے SiC ڈیوائس مینوفیکچررز 150mm سے 200mm ویفرز میں کامیابی کے ساتھ منتقل ہو رہے ہیں، اور دیگر مینوفیکچررز بھی اس سپلائی سے فائدہ اٹھا رہے ہیں۔

مثال کے طور پر، Yole گروپ کے تجزیہ کاروں کے مطابق، Infineon متعدد سپلائرز سے ویفرز حاصل کرتا ہے، بشمول STMicroelectronics، جس نے سویڈش کمپنی Norstel میں اکثریتی حصص حاصل کیا۔ سلیکون پاور ڈیوائس فراہم کرنے والا Rohm اپنی صلاحیت اور شراکت داری کو بڑھا رہا ہے۔ جولائی میں، Rohm نے 10 سالہ معاہدے پر دستخط کیے اور Wolfspeed کو 2mm ننگے اور epitaxial SiC ویفرز کی فراہمی کے لیے $150 بلین ڈپازٹ ادا کیا۔ Rohm نے مٹسوبشی کے ساتھ ایک معاہدہ بھی کیا، جو جاپان میں ایک SiC پلانٹ کی تعمیر سمیت ٹیکنالوجی اور توسیع میں 260 بلین جاپانی ین کی سرمایہ کاری کرے گا۔

"روہم روایتی پاور سیمی کنڈکٹر فیلڈ میں ایک نووارد ہے، لیکن اب [ہماری مصنوعات] اپنی اعلی کارکردگی کی وجہ سے توجہ حاصل کر رہی ہیں،" کمپنی کے صدر ہیدیتوشی شیباٹا نے ایک حالیہ پریس ریلیز میں کہا۔ "SiC اسے بھی حاصل کرسکتا ہے۔"

دریں اثنا، SOITEC اور STMicroelectronics سنگل کرسٹل سبسٹریٹس پر ملٹی کرسٹل لائن SiC نامی ایک طریقہ تلاش کر رہے ہیں، جس میں سنگل کرسٹل سلیکون ویفرز کو ایک سے زیادہ ٹکڑوں میں تقسیم کرنا اور فضلہ کو کم کرنے کے لیے ڈونر ویفر سبسٹریٹس کو دوبارہ استعمال کرنا شامل ہے۔ ملٹی کرسٹل لائن سلکان سبسٹریٹس کا فائدہ یہ ہے کہ سبسٹریٹ کے ذریعے دھاتی کنیکٹرز کو حرارت پہنچانے کی صلاحیت، تیزی سے سوئچنگ اور بہترین گرمی کی کھپت کو قابل بناتا ہے۔

کچھ پہلوؤں میں، سلکان کاربائیڈ سلیکون کی ترقی کی رفتار پر عمل پیرا ہے۔ تاہم، SiC میں خرابی کی سطح کی وجہ سے، ڈیٹا کا اشتراک ضروری ہے۔

بوش سے تعلق رکھنے والے بورنفیلڈ نے کہا کہ "ہم خام مال کے ڈیٹا اور آلات کے ڈیٹا کا سلیکون ویفر سپلائرز کے ساتھ تبادلہ کرتے ہیں۔" "ہم اچھے ارتباط کی نشاندہی کرنے اور اس معلومات کو شیئر کرنے کے لیے جدید AI پر مبنی نظام بھی استعمال کرتے ہیں تاکہ دونوں کمپنیاں آگے بڑھ سکیں۔"

اس کے باوجود، ڈیٹا کا اشتراک ابھی تک وسیع نہیں ہے۔ سلیکون کے برعکس، 150mm سے 200mm انگوٹ سائز میں منتقلی ویفر/انگوٹ فارم کے لحاظ سے نمایاں طور پر زیادہ منافع نہیں لاتی ہے۔ مزید برآں، 200mm کے لیے بڑے بیج کرسٹل کی ضرورت ہوتی ہے، جو 2,500°C پر بڑھنے میں زیادہ وقت لیتے ہیں۔ فی الحال، پیداواری صلاحیت میں اضافہ (وفر/انگوٹ) 20% کی حد میں ہو سکتا ہے۔ TECHCET کے تجزیہ کاروں کا تخمینہ ہے کہ پنڈ کی ترقی کی لاگت کا حصہ سلائسنگ، پیسنے، پالش کرنے اور CMP کے عمل کے مقابلے میں کم ہوگا۔

آٹوموٹو چپس کی مانگ الیکٹرک گاڑیوں سے زیادہ ہے۔

STMicroelectronics کے مارکیٹنگ ڈائریکٹر برائے آٹوموٹیو انٹیلیجنٹ پاور اینڈ ڈسکریٹ پروڈکٹس، لی بیل نے کہا، "ہم الیکٹرک گاڑیوں کی پیداوار میں اضافے کے مقابلے میں آٹوموٹیو سیمی کنڈکٹر ایپلی کیشنز کی مانگ میں تیزی سے اضافہ دیکھ رہے ہیں۔" "یہ مختلف عوامل کی وجہ سے ہے۔ جدید ڈرائیور کی حفاظت کی خصوصیات، خود مختار گاڑیوں کا کنٹرول، جدید کنیکٹیویٹی، اور سہولت کے افعال سبھی سیمی کنڈکٹرز کی مانگ کو بڑھا رہے ہیں، لیکن پاور سسٹم کی برقی کاری سے مختلف طریقے سے،" انہوں نے کہا۔ "2022 تک، تقریباً دو تہائی الیکٹرک گاڑیاں ہائبرڈ ہوں گی، جن میں سے ایک تہائی بیٹری سے چلنے والی ہو گی۔ 2030 تک، یہ رجحان پلٹ جائے گا۔ اس کی وجہ مارکیٹ میں قبولیت میں اضافہ، چارجنگ انفراسٹرکچر کی بہتر دستیابی ہے، لیکن شاید زیادہ تر اہم بات یہ ہے کہ یہ وہ جگہ ہے جہاں کار ساز اپنی تحقیق اور مینوفیکچرنگ بجٹ لگا رہے ہیں۔" یہ تبدیلی SiC MOSFETs کے استعمال کے لیے ایک اہم محرک ہے۔

بیل نے نشاندہی کی کہ کرشن انورٹر اکثر بڑے چپس استعمال کرتے ہیں۔ انہوں نے مزید کہا کہ پاور سیمی کنڈکٹرز گاڑی کے چارجنگ سسٹم اور DC-DC کنورٹر کے بڑے صارفین ہیں جو بیٹری سے انٹرنیٹ آف تھنگس سسٹم تک وولٹیج کو کم کرتے ہیں۔ یہ دونوں ہائبرڈ گاڑیوں کے فن تعمیر میں غائب ہیں۔

انہوں نے اس بات پر بھی زور دیا کہ کارکردگی (پیکیجنگ ڈیوائسز اور ماڈیولز) بنیادی تشویش کا باعث ہے کیونکہ سسٹم میں بجلی کا کم نقصان، کار اور ٹرک کی رینج اتنی ہی لمبی ہوتی ہے۔ انہوں نے کہا، "ہم نے 210kW کے انورٹر سسٹم (تقریباً 280 ہارس پاور کے برابر) کا SiC MOSFETs اور Silicon IGBTs کے ساتھ موازنہ کرتے ہوئے ایک مطالعہ کیا۔" "سلیکون کاربائیڈ کا طریقہ مسلسل 98% آپریشنل کارکردگی فراہم کرتا ہے، جبکہ IGBT طریقہ کم کارگر ہے، خاص طور پر کم آپریٹنگ لوڈ رینج میں، جہاں گاڑی اپنی زندگی کا تقریباً 95% خرچ کرتی ہے۔"

کل طاقت ترسیل کے نقصانات اور سوئچنگ نقصانات کا مجموعہ ہے۔ انہوں نے کہا کہ "سلیکون کاربائیڈ سوئچنگ کے نقصانات کو چار کے فیکٹر سے کم کرتی ہے۔" ST فی الحال 30% کی بہتر RDSon کارکردگی کے ساتھ اپنی چوتھی نسل کی SiC مصنوعات تیار کر رہا ہے۔

Bosch's Bornefeld نے 2030 کے لیے طلب اور صلاحیت کی پیشن گوئیاں پیش کیں، جو جاپان، جنوبی کوریا، چین، ملائیشیا، جرمنی، آسٹریا، اور ریاستہائے متحدہ میں عالمی ویفر اور ویفر فیب کی قابل قدر صلاحیتوں کی نشاندہی کرتی ہیں۔ درحقیقت، صنعت کو محتاط رہنے کی ضرورت ہے کہ وہ زیادہ تعمیر نہ کریں (شکل 5 دیکھیں)۔ "سوال یہ ہے کہ 'چین میں کیا ہو رہا ہے؟' چین پہلے ہی سلکان کاربائیڈ کے خام مال میں سرفہرست ہے، اور وہ مناسب قیمتوں پر بہت اعلیٰ معیار کے ویفر فراہم کر رہے ہیں،" بورنفیلڈ نے کہا۔ "وہ سامان کے لحاظ سے بھی تیزی سے پکڑ رہے ہیں۔ لہذا، ہمیں مجموعی صلاحیت کو دیکھنے اور ٹریک کرنے کی ضرورت ہے۔"

آخر میں، PowerAmerica سے Veliadis نے wafer fabs میں SiC اور GaN جیسے وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز کے ہنر مندانہ عمل درآمد کے لیے ضروری کام کی جگہ کی تربیت کے بارے میں بات کی۔ انہوں نے کہا، "SIC اور GaN MOSFET مینوفیکچرنگ میں مہارت رکھنے والے انجینئرز کی بہت زیادہ مانگ ہے، اور SiC wafer fabs اور Silicon wafer fabs کے درمیان نمایاں فرق موجود ہیں۔"

نتیجہ

صاف توانائی اور الیکٹرک گاڑیوں میں منتقلی کے لیے متبادل سیمی کنڈکٹر مواد جیسے SiC اور GaN کی ضرورت ہوگی، اور آنے والے عشروں میں پاور ڈیوائسز کو یقینی طور پر نمایاں اصلاح سے گزرنا پڑے گا۔ تکنیکی بہتری اور صلاحیت میں توسیع کا جنون جاری نہیں رہ سکتا، لیکن پاور ڈیوائسز اب بھی بہت سی کمپنیوں کے روڈ میپ کا کلیدی حصہ ہوں گی۔

"ہم جانتے ہیں کہ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری $1 ٹریلین کی مارکیٹ کی طرف بڑھ رہی ہے، لیکن ہر کوئی جاننا چاہتا ہے کہ 2030 کے بعد کیا ہوگا،" ڈیوڈ برٹز، اپلائیڈ میٹریلز ICAPS کے اسٹریٹجک مارکیٹنگ ڈائریکٹر نے کہا۔ "میں یہاں یہ ثابت کرنے آیا ہوں کہ سیمی کنڈکٹرز کا پانچواں دور درحقیقت توانائی کی پیداوار اور نقل و حمل کی تبدیلی سے چلتا ہے۔"

SiC wafers، آلات اور ماڈیولز کی ترقی کا انتظام کرنا SiC مارکیٹ کا آج تک کا سب سے مشکل پہلو ہو سکتا ہے، ساتھ ہی سپلائی چین کے مسائل، تکنیکی خلا کو پُر کرنا، اور جغرافیائی سیاسی تبدیلیاں۔ بہر حال، ایسا لگتا ہے کہ سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی کی صنعت بہت سی چیزوں پر اتفاق رائے پر پہنچ گئی ہے، خاص طور پر اگلی نسل کی بجلی کی کارکردگی اور کارکردگی کی مانگ کے حوالے سے۔