SiC में अर्धचालक पदार्थ के रूप में उत्कृष्ट गुण होते हैं, विशेष रूप से विद्युत रूपांतरण और नियंत्रण में उपयोग किए जाने वाले विद्युत घटकों के लिए।परंपरागत सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में, यह कम ऑन-रेज़िस्टेंस, उच्च-गति स्विचिंग और उच्च-तापमान एवं उच्च-वोल्टेज पर कार्य करने की क्षमता रखता है, इसलिए यह बिजली आपूर्ति, ऑटोमोबाइल, रेलवे, औद्योगिक उपकरण और घरेलू उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों में बहुत लोकप्रिय है। हालांकि SiC को कृत्रिम संश्लेषण के माध्यम से निर्मित किया जा सकता है, लेकिन इसकी अत्यंत जटिल प्रक्रिया के कारण SiC पावर कंपोनेंट्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन एक समय शोधकर्ताओं के लिए सिरदर्द बना हुआ था।

※ सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) क्या है?

सिलिकॉन कार्बाइड कार्बन और सिलिकॉन तत्वों से बना एक यौगिक अर्धचालक पदार्थ है।सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), गैलियम नाइट्राइड (GaN), एल्युमीनियम नाइट्राइड (ALN), गैलियम ऑक्साइड (Ga2O3), आदि को सामूहिक रूप से वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर पदार्थ कहा जाता है क्योंकि इनका बैंडगैप 2.2eV से अधिक होता है। चीन में इन्हें तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर पदार्थ भी कहा जाता है।

भौतिक दृष्टि से, अर्धचालक उद्योग को निम्नलिखित भागों में विभाजित किया गया है:

पहली पीढ़ी के मौलिक अर्धचालक पदार्थ: जैसे सिलिकॉन (Si) और जर्मेनियम (Ge);

दूसरी पीढ़ी के यौगिक अर्धचालक पदार्थ: जैसे गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), इंडियम फॉस्फाइड (InP), आदि;

तीसरी पीढ़ी के वाइड बैंडगैप पदार्थ: जैसे सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), गैलियम नाइट्राइड (GaN), एल्युमिनियम नाइट्राइड (ALN), गैलियम ऑक्साइड (Ga2O3), आदि।

इनमें से, सिलिकॉन कार्बाइड और गैलियम नाइट्राइड वर्तमान में सबसे उज्ज्वल व्यावसायिक संभावनाओं वाले अर्धचालक पदार्थ हैं, और इन्हें अर्धचालक उद्योग में "स्वर्ण पथ" की नई पीढ़ी कहा जा सकता है।

सिलिकॉन कार्बाइड की खोज इतिहास में पहली बार 1891 में हुई थी। अमेरिकी वैज्ञानिक एचिसन ने हीरे के विद्युतीकरण के दौरान एक कार्बन यौगिक की खोज की। यह सिलिकॉन कार्बाइड का पहला संश्लेषण और खोज थी। सौ वर्षों के शोध के बाद, विशेष रूप से 21वीं सदी में प्रवेश करने के बाद, मानव जाति ने अंततः सिलिकॉन कार्बाइड के लाभों और विशेषताओं को स्पष्ट किया और सिलिकॉन कार्बाइड की विशेषताओं का उपयोग करके विभिन्न नए उपकरण बनाए। सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग का तेजी से विकास हुआ है।

परंपरागत सिलिकॉन सामग्रियों की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड का बैंड गैप सिलिकॉन की तुलना में 3 गुना अधिक है; इसकी तापीय चालकता सिलिकॉन की तुलना में 4-5 गुना अधिक है; इसका ब्रेकडाउन वोल्टेज सिलिकॉन की तुलना में 8 गुना अधिक है; और इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव दर सिलिकॉन की तुलना में 2 गुना अधिक है।विभिन्न विशेषताओं के कारण सिलिकॉन कार्बाइड उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति वाले उपकरणों के निर्माण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है जो उच्च तापमान, उच्च वोल्टेज और उच्च धाराओं को सहन कर सकते हैं।

वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड के लगभग 200 ज्ञात क्रिस्टल संरचना रूप हैं, जिनमें क्यूबिक क्लोज-पैक्ड स्फेलेराइट α क्रिस्टल संरचना (2H, 4H, 6H, 15R) और हेक्सागोनल क्लोज-पैक्ड वुर्ट्ज़ाइट β क्रिस्टल संरचना (3C-SiC) शामिल हैं।

इनमें से, β क्रिस्टल संरचना (3C-SiC) का उपयोग उच्च आवृत्ति वाले उपकरणों और अन्य पतली फिल्म सामग्रियों के लिए सब्सट्रेट बनाने में किया जा सकता है, जैसे कि गैलियम नाइट्राइड एपिटैक्सियल परतें उगाना और सिलिकॉन कार्बाइड-आधारित गैलियम नाइट्राइड माइक्रोवेव रेडियो फ्रीक्वेंसी उपकरण बनाना। α क्रिस्टल रूप 4H का उपयोग उच्च-शक्ति वाले उपकरण बनाने में किया जा सकता है; 6H सबसे स्थिर है और इसका उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण बनाने में किया जा सकता है।

※ सिलिकॉन कार्बाइड के प्रदर्शन संबंधी लाभ

यदि हम केवल सिलिकॉन कार्बाइड चिप्स की बात करें, तो पावर सेमीकंडक्टर्स के संदर्भ में, सिलिकॉन कार्बाइड के पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित पावर चिप्स की तुलना में अतुलनीय लाभ हैं: सिलिकॉन कार्बाइड अधिक करंट और वोल्टेज सहन कर सकता है, इसकी स्विचिंग गति अधिक होती है, ऊर्जा हानि कम होती है और यह उच्च तापमान के प्रति अधिक प्रतिरोधी होता है। इसलिए, सिलिकॉन कार्बाइड से बने पावर मॉड्यूल में कैपेसिटर, इंडक्टर, कॉइल और ऊष्मा अपव्यय घटकों की संख्या को काफी कम किया जा सकता है, जिससे पूरा पावर डिवाइस मॉड्यूल हल्का, ऊर्जा-बचत करने वाला और अधिक शक्तिशाली आउटपुट क्षमता वाला बन जाता है। यह विश्वसनीयता को भी बढ़ाता है। इसके लाभ स्पष्ट हैं। इसका संक्षिप्त विवरण इस प्रकार है:

1. कम प्रतिबाधा से उत्पाद का आकार छोटा होता है और दक्षता बढ़ती है;

2. उच्च आवृत्ति और तेज स्विचिंग गति के लिए उपयुक्त;

3. उत्कृष्ट उच्च तापमान गुणधर्म, उच्च तापमान पर कार्य करने में सक्षम।

※ सिलिकॉन कार्बाइड इतना महंगा क्यों है?

सभी जानते हैं कि सिलिकॉन कार्बाइड के भविष्य में अपार व्यावसायिक संभावनाएं हैं, लेकिन इस उद्योग में शामिल होने वाले हर व्यक्ति को पहली और सबसे व्यावहारिक समस्या का सामना करना पड़ेगा: इस सामग्री का क्या किया जाए?

परंपरागत सिलिकॉन-आधारित उद्योगों के अत्यंत परिपक्व व्यावसायिक वातावरण का कम से कम आधा कारण यह है कि सिलिकॉन सामग्री अपेक्षाकृत आसानी से प्राप्त की जा सकती है।सिलिकॉन सामग्री की परिपक्व और कुशल निर्माण तकनीक के कारण सिलिकॉन सामग्री वर्तमान में बहुत सस्ती है। फिलहाल, 6 इंच की पॉलिश की हुई सिलिकॉन वेफर की कीमत केवल 150 युआन, 8 इंच की 300 युआन और 12 इंच की लगभग 850 युआन है।

जब कच्चा माल पर्याप्त रूप से सस्ता होगा तभी उद्योग का विस्तार किया जा सकता है!

वर्तमान में, चोक्रालस्की विधि का उपयोग करके, लगभग 2-3 मीटर लंबी सिलिकॉन की एकल क्रिस्टल छड़ को 72 घंटों में उगाया जा सकता है, और एक एकल क्रिस्टल छड़ एक बार में हजारों सिलिकॉन वेफर्स को काट सकती है।

क्या आप जानते हैं कि 72 घंटों में सिलिकॉन कार्बाइड का एक एकल क्रिस्टल कितना मोटा उगाया जा सकता है? कुछ सेंटीमीटर से भी कम!!!

वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड के एकल क्रिस्टल उगाने की सबसे तेज़ विधि की वृद्धि दर लगभग 0.1 मिमी/घंटा से 0.2 मिमी/घंटा है, इसलिए 7.2 घंटों में क्रिस्टल की मोटाई केवल 72 मिमी से 14.4 मिमी होती है।

तो आप अंदाजा लगा सकते हैं कि सिलिकॉन कार्बाइड के सिंगल वेफर्स कितने महंगे हो सकते हैं। फिलहाल, 4 इंच के सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स की कीमत लगभग 2,000-3,000 युआन है, और 6 इंच के सबस्ट्रेट्स की कीमत 6,000-8,000 युआन तक पहुंच गई है। एपिटैक्सियल वेफर्स की कीमत X2 से भी अधिक है, और इनकी कीमत अभी भी तय नहीं है और ये स्टॉक में उपलब्ध नहीं हैं।

दुनिया की अग्रणी सिलिकॉन कार्बाइड कंपनी के रूप में, संयुक्त राज्य अमेरिका की क्री कंपनी का उत्पादन क्षमता के लगभग 70% से अधिक हिस्से पर एकाधिकार है। इसलिए, घरेलू और विदेशी डाउनस्ट्रीम निर्माताओं ने उत्पादन क्षमता को सुरक्षित करने के लिए क्री के साथ दीर्घकालिक अनुबंध किए हैं।

※ सिलिकॉन कार्बाइड बाजार

सिलिकॉन कार्बाइड एमओएसएफईटी और सिलिकॉन कार्बाइड डायोड का उपयोग सौर ऊर्जा, यूपीएस, औद्योगिक, ऑटोमोटिव और अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है:मुख्य रूप से फोटोवोल्टिक ऊर्जा भंडारण में इनवर्टर, डेटा सेंटर सर्वर के लिए यूपीएस पावर सप्लाई, स्मार्ट ग्रिड चार्जिंग स्टेशन और उच्च रूपांतरण दक्षता की आवश्यकता वाले अन्य क्षेत्रों में SiC का उपयोग होता है। हालांकि, हाल के वर्षों में इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड वाहनों (xEV) के विकास के साथ, SiC ने इस नए क्षेत्र में भी तेजी से अपनी जगह बनाई है। इसके अंतर्गत आने वाले उद्योगों में ऊर्जा (पीवी, ईवी चार्जिंग, स्मार्ट ग्रिड आदि), ऑटोमोबाइल (ओबीसी, इनवर्टर), बुनियादी ढांचा (सर्वर आदि) शामिल हैं।

संक्षेप में कहें तो, निकट भविष्य में हम यह अनुमान लगा सकते हैं कि सिलिकॉन कार्बाइड का पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग पर क्रांतिकारी प्रभाव पड़ेगा!

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