प्रधान संपादक की प्रस्तावना

2020 में, हमने संयुक्त रूप से कोविड-19 महामारी की वैश्विक महामारी का सामना किया। लगभग 2 लाख लोग चुपचाप अपनी जान गंवा बैठे। जीवन का सम्मान करना, विज्ञान का सम्मान करना और महामारी से लड़ने के लिए एकजुट होना अंतरराष्ट्रीय स्तर पर सर्वसम्मत विचार बन गए। वुहान का लॉकडाउन, यांग्त्ज़ी नदी में आई भीषण बाढ़, ऑस्ट्रेलिया में लगी भीषण आग, अफ्रीका में टिड्डियों का प्रकोप और नागोर्नो-काराबाख क्षेत्र में भयंकर युद्धों का प्रकोप, ये सभी घटनाएं आज भी हमारे मन में ताजा हैं। यह कहा जा सकता है कि 2020 बड़ी आपदाओं का वर्ष था; लेकिन यह सब कुछ नहीं है। 2020 में, हमने 15 एशियाई-प्रशांत देशों द्वारा आरसीईपी क्षेत्रीय मुक्त व्यापार सहयोग समझौते पर हस्ताक्षर होते हुए भी देखा, जिससे विश्व के आर्थिक विश्वास को बल मिला, स्पेसएक्स ने पहली वाणिज्यिक मानवयुक्त अंतरिक्ष उड़ान हासिल की और चांग'ई-5 मिशन पूरी तरह सफल रहा। ऐसे समय में जब विश्व अर्थव्यवस्था बुरी तरह प्रभावित हुई थी, चीन एकमात्र प्रमुख अर्थव्यवस्था बन गया जिसने सकारात्मक विकास हासिल किया। आर्थिक सुधार के इंजन के रूप में, सेमीकंडक्टर उद्योग ने भी 2020 में अपनी जिम्मेदारियों को निभाने का साहस दिखाया और शानदार परिणाम हासिल किए: 5G के वर्ष में, 5nm 5G चिप को जोरदार तरीके से लॉन्च किया गया, और Apple ने TSMC की 5nm प्रक्रिया का उपयोग करते हुए 11.8 बिलियन ट्रांजिस्टर को एकीकृत करने वाली A14 बायोनिक चिप लॉन्च की। इसके बाद से, Huawei और Samsung ने भी Kirin 9000 श्रृंखला और Exyons 1080 जारी किए हैं। क्लाउड पर EDA की खोज और कार्यान्वयन, EDA सॉफ्टवेयर विक्रेताओं, IC डिज़ाइन कंपनियों और फाउंड्रीज़ के बीच सहयोग और प्रोत्साहन से EDA टूल के उपयोग की आवश्यकताओं के अनुकूल ढलने की क्षमता, कंप्यूटिंग शक्ति की बड़े पैमाने पर स्वचालित बुद्धिमान शेड्यूलिंग और लचीली कंप्यूटिंग शक्ति सहायता प्रदान करने के लिए विशाल क्लाउड संसाधनों का उपयोग किया जा रहा है, जिससे चिप्स के अनुसंधान और विकास चक्र और उत्पादन दर में सीधे सुधार हो रहा है और चिप डिज़ाइन लागत कम हो रही है। 3D उन्नत पैकेजिंग तकनीक में लगातार सुधार हो रहा है, जिससे मूर के नियम की बाधा दूर हो रही है। एकीकरण, प्रदर्शन, बिजली की खपत आदि के मामले में इसके स्पष्ट लाभ हैं। सैमसंग ने इस वर्ष घोषणा की कि उसकी नई X-Cube3D पैकेजिंग तकनीक उपयोग के लिए तैयार है... बेशक, सेमीकंडक्टर क्षेत्र में एक उभरते सितारे के रूप में, तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर और अन्य यौगिक सेमीकंडक्टरों ने भी काफी ध्यान आकर्षित किया है और इनमें कई खूबियां हैं। कृपया नीचे बेल्जियम की सेमीकंडक्टर कंपनी सिस्सोइड के शानदार डिज़ाइनों पर एक नज़र डालें!

    सिस्सोइड चाइना के महाप्रबंधक डॉ. लूओ निंगशेंग के साथ "कंपाउंड सेमीकंडक्टर" पर विशेष साक्षात्कार          

डॉ. लूओ निंगशेंग वर्तमान में बेल्जियम की सिस्सोइड कंपनी के चीन के महाप्रबंधक हैं। इससे पहले, उन्होंने कई यूरोपीय और अमेरिकी सेमीकंडक्टर कंपनियों में सेमीकंडक्टर बाजार और व्यवसाय प्रबंधन में काम किया है, मुख्य रूप से चीन और एशिया-प्रशांत बाजारों और व्यवसाय के लिए जिम्मेदार रहे हैं। इन कंपनियों में संयुक्त राज्य अमेरिका में सिनैप्टिक्स (नैस्डैक: SYNA), संयुक्त राज्य अमेरिका में सिलिकॉन डेटा, यूनाइटेड किंगडम में पिकोचिप और संयुक्त राज्य अमेरिका में इनोवेटिव माइक्रो टेक्नोलॉजी शामिल हैं। उन्होंने चीनी विज्ञान अकादमी के शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्निकल फिजिक्स से पीएचडी प्राप्त की और बाद में कई वर्षों तक यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका में विजिटिंग स्कॉलर के रूप में सामग्री भौतिकी अनुसंधान में लगे रहे, जिसमें जर्मनी के गोटिंगेन में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर फ्लूइड डायनामिक्स में ठोस सतह भौतिकी अनुसंधान और संयुक्त राज्य अमेरिका में लुइसविले विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग में सेमीकंडक्टर नैनोमैटेरियल्स अनुसंधान शामिल हैं।

2021 आ रहा है। नए साल का सामना करते हुए, आप यौगिक अर्धचालक उद्योग के विकास और परिवर्तनों को किस प्रकार देखते हैं, और 2020 के बारे में आपके क्या निष्कर्ष और अंतर्दृष्टि हैं? 2020 में टेस्ला के बाद, जब BYD ने चीन में SiC MOSFETs द्वारा संचालित इलेक्ट्रिक वाहनों को आधिकारिक तौर पर लॉन्च करने में अग्रणी भूमिका निभाई, तो प्रमुख इलेक्ट्रिक वाहन निर्माता भी इलेक्ट्रिक वाहनों में SiC के अनुप्रयोग पर अधिक ध्यान दे रहे हैं। OBC, DC-DC और चार्जिंग पाइल के संदर्भ में, आमतौर पर अपेक्षाकृत कम लागत वाले SiC MOSFETs का उपयोग किया जा सकता है, जिससे दक्षता में सुधार होता है और लागत को अपेक्षाकृत कम रखते हुए आकार और वजन कम होता है। मोटर ड्राइव अनुप्रयोगों के लिए, उच्चतम संभव दक्षता और न्यूनतम ऊष्मा हानि प्राप्त करने के लिए, उच्च श्रेणी के SiC MOSFETs (अर्थात, जिनका आंतरिक प्रतिरोध अपेक्षाकृत कम होता है) का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रिक वाहनों के मोटरों के संदर्भ में, उद्योग ने आम तौर पर यह पुष्टि की है कि पारंपरिक IGBT को SiC MOSFET से बदलने पर वाहन की समग्र ऊर्जा दक्षता में 5-10% की वृद्धि हो सकती है, जिसका अर्थ है कि समान बैटरी पैक स्थितियों में क्रूज़िंग रेंज में 5-10% की वृद्धि हो सकती है, जो काफी आकर्षक है। 2021 वह वर्ष होगा जब इलेक्ट्रिक वाहनों के क्षेत्र में SiC का उपयोग तेजी से बढ़ने लगेगा, क्योंकि इस वर्ष हुई भारी कमी इसका संकेत है। इसके अलावा, GaN ने भी हाल ही में काफी अच्छा विकास किया है, और इसका मुख्य उपयोग मोबाइल उपकरणों के लिए फास्ट चार्जर में होता है। चूंकि यह उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों से जुड़ा है, इसलिए इसकी मांग बहुत अधिक होगी, और GaN उपकरणों की शिपमेंट जल्द ही SiC उपकरणों की तुलना में कई गुना अधिक हो जाएगी।

प्रश्न: 5G, नई ऊर्जा वाहनों, बिग डेटा, AI, IoT और अन्य तकनीकी क्षेत्रों के तीव्र विकास के साथ, यौगिक अर्धचालकों के लिए अनेक अवसर उत्पन्न होंगे। आपके विचार से यौगिक अर्धचालकों के सामने कौन सी चुनौतियाँ और अवसर हैं? यौगिक अर्धचालक (SiC और GaN) पारंपरिक Si उपकरणों को प्रतिस्थापित करने वाले नए अर्धचालक उपकरण हैं, जिनके लिए सबसे बड़ी चुनौती लागत नियंत्रण है, जिसमें उत्पादन उपज और उत्पादन पैमाने का नियंत्रण शामिल है। उत्पादन दर में निरंतर सुधार और उत्पादन पैमाने के विस्तार से ही लागत को धीरे-धीरे कम किया जा सकता है, जिससे बाजार में इनका व्यापक उपयोग संभव हो सकेगा। चुनौतियाँ ही अवसर हैं, और यही विभिन्न यौगिक अर्धचालक निर्माताओं के लिए बाजार हिस्सेदारी हासिल करने और उसे बढ़ाने का मुख्य आधार है।

प्रश्न: सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) एक ऐसा पदार्थ है जिसमें विकास की अपार संभावनाएं हैं, विशेष रूप से विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोवेव रेडियो फ्रीक्वेंसी उपकरणों के अनुप्रयोग में। वर्तमान में इस पर काफी ध्यान दिया जा रहा है। आपकी कंपनी सिलिकॉन कार्बाइड के बाजार विकास को किस प्रकार देखती है? सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थों के उन्नयन और विकास को कैसे बढ़ावा दिया जा सकता है? उत्तर:

जैसे-जैसे SiC जैसे तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर पावर सेमीकंडक्टर उपकरण अधिक परिपक्व और लोकप्रिय होते जाएंगे, वे शुरुआती चरण में अनुप्रयोगों में Si उपकरणों की जगह ले लेंगे। हालांकि, बाद के चरण में, वे अपने प्रदर्शन लाभों का सक्रिय रूप से उपयोग करके कई नए अनुप्रयोगों का निर्माण करेंगे, यानी वे उन अनुप्रयोगों में शामिल होंगे जो पहले Si उपकरणों के लिए दुर्गम थे। उदाहरण के लिए, SiC का अंतर्निहित उच्च-तापमान प्रतिरोध सिस्सोइड उच्च-तापमान सेमीकंडक्टर उपकरणों के साथ बहुत अच्छी तरह मेल खाता है, जो पावर सिस्टम डिज़ाइन के स्वरूप को काफी हद तक बदल देगा और डिज़ाइन इंजीनियरों को विस्तार के लिए नए और व्यापक अवसर प्रदान करेगा। इन विशिष्ट, भविष्य के उच्च-तापमान, उच्च-शक्ति-घनत्व अनुप्रयोगों में गहन रूप से एकीकृत इलेक्ट्रिक वाहन पावरट्रेन, बहु-इलेक्ट्रिक और पूर्ण-इलेक्ट्रिक विमान और यहां तक ​​कि इलेक्ट्रिक विमान, मोबाइल ऊर्जा भंडारण चार्जिंग स्टेशन और पावर बैंक, और विभिन्न पावर अनुप्रयोग शामिल हैं जहां तरल शीतलन की गंभीर सीमाएं हैं। 

इलेक्ट्रिक वाहनों का पावरट्रेन (मोटर, इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल और गियरबॉक्स) तीन-इन-वन की ओर बढ़ रहा है, लेकिन वर्तमान में यह केवल संरचनात्मक रूप से एक साथ जुड़ा हुआ है, जो कमजोर एकीकरण है। संरचनात्मक रूप से देखा जाए तो, भविष्य में पावरट्रेन का गहन एकीकरण अपरिहार्य है, क्योंकि इससे आयतन लगभग एक तिहाई, वजन लगभग एक तिहाई और आंतरिक खपत लगभग एक तिहाई कम हो सकती है, और कुल लागत 2 से 4 गुना तक कम हो सकती है। हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल भाग मोटर के साथ घनिष्ठ रूप से एकीकृत होगा, और गहन एकीकरण से पावर घनत्व में काफी वृद्धि होगी। उच्च तापमान सबसे बड़ी चुनौती है जिसे टाला नहीं जा सकता।

परंपरागत विमानों में, टेल रडर, पंखों, लैंडिंग गियर आदि को नियंत्रित करने वाली यांत्रिक क्रियाएं पारंपरिक हाइड्रोलिक ट्रांसमिशन पर निर्भर करती हैं। तरल पदार्थ होने के कारण, हाइड्रोलिक तेल पर्यावरण से अत्यधिक प्रभावित होता है और इसके रखरखाव की लागत भी अधिक होती है। वर्तमान में, आंशिक या पूर्ण विद्युतीकरण की ओर रुझान बढ़ रहा है, जिसे बहु-विद्युत और सर्व-विद्युत विमान की अवधारणा कहा जाता है। विमान में हाइड्रोलिक तेल सर्किट के स्थान पर विद्युत मोटरों का उपयोग करके यांत्रिक संचालन करने से उच्च विश्वसनीयता, मजबूत रखरखाव क्षमता प्राप्त होती है और अतिरिक्त बैकअप डिज़ाइन की सुविधा मिलती है। हालांकि, सबसे बड़ी समस्या यह है कि विमान में मोटरों और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रणों को जल शीतलन से सुसज्जित करने की अनुमति नहीं है, और केवल जबरन वायु शीतलन और प्राकृतिक शीतलन पर ही निर्भर रहना पड़ता है। इसलिए, बहु-विद्युत या सर्व-विद्युत विमान, या यहां तक ​​कि विद्युत विमान के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण डिज़ाइन को साकार करने के लिए, सबसे पहले हल की जाने वाली प्रमुख तकनीकी समस्या उच्च तापमान है। 

इसके अलावा, कई अनुप्रयोग परिदृश्य हैं, विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों के व्यापक प्रसार के साथ, अर्ध-मोबाइल ऊर्जा भंडारण चार्जिंग स्टेशन और पूरी तरह से मोबाइल पावर बैंक कुछ स्थितियों में निश्चित चार्जिंग की कमियों को प्रभावी ढंग से पूरा करेंगे। हालांकि, इस प्रकार के मोबाइल चार्जिंग अनुप्रयोग के लिए, जल-शीतलन तंत्र न केवल अतिरिक्त वजन और आकार का बोझ लाएगा, बल्कि इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह अपने साथ संग्रहित विद्युत ऊर्जा की खपत करता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के लिए प्राकृतिक शीतलन सर्वोत्तम तरीका होगा, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली की तापीय प्रबंधन समस्या का उचित समाधान आवश्यक है।

ऊपर बताए गए तीन विशिष्ट उच्च-तापमान अनुप्रयोगों के अतिरिक्त, कई विशेष औद्योगिक अनुप्रयोगों में जहाँ तरल शीतलन की गंभीर सीमाएँ होती हैं, इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणालियों को भी इसी प्रकार की उच्च-तापमान संबंधी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। उच्च-तापमान विद्युत नियंत्रण तकनीक उपरोक्त उच्च-तापमान अनुप्रयोगों को साकार करने की कुंजी है। इसकी मूल कार्यान्वयन तकनीक SiC पावर उपकरणों की उच्च-तापमान पैकेजिंग तकनीक और उससे मेल खाने वाली उच्च-तापमान ड्राइव सर्किट तकनीक है।

SiC सामग्री और उनकी उपकरण संरचनाओं में स्वाभाविक रूप से उच्च तापमान प्रतिरोध होता है, और ये निर्वात स्थितियों में 400 से 600 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान को भी सहन कर सकती हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, हवा के संपर्क में आने से होने वाले ऑक्सीकरण को रोकने के लिए, SiC उपकरणों को पैकेजिंग में पैक करना आवश्यक है, और यदि उन्हें उच्च तापमान सहन करना है, तो उन्हें उच्च तापमान प्रतिरोधी पैकेजिंग का उपयोग करना होगा। वर्तमान में उद्योग में 150 डिग्री सेल्सियस का जंक्शन तापमान उच्चतम मानक है। 175 डिग्री सेल्सियस के जंक्शन तापमान स्तर का पता अभी-अभी चलना शुरू हुआ है। कुछ मानक पैकेज उपलब्ध हैं जिनका उपयोग किया जा सकता है। 200 डिग्री सेल्सियस या उससे अधिक तापमान वाले पैकेजों के लिए पैकेजिंग सामग्री और प्रक्रियाओं पर बहुत सख्त आवश्यकताएं होती हैं, और तापीय चालकता और ऊष्मा अपव्यय प्रदर्शन आवश्यकताओं को सुनिश्चित करने के लिए इन्हें नंगे चिप की विशेषताओं के अनुसार अनुकूलित किया जाना चाहिए।

SiC पावर डिवाइस और मॉड्यूल का अनुप्रयोग ड्राइवर सर्किट और उनके संबंधित चिप्स से अविभाज्य रूप से जुड़ा हुआ है। हालांकि, अधिकांश ड्राइवर सर्किट चिप्स साधारण सिलिकॉन डिवाइस होते हैं और उच्च तापमान सहन नहीं कर सकते। यदि वे 175°C जैसे उच्च तापमान पर 1,000 घंटे तक काम कर सकें, तो यह दुर्लभ है। इसके अलावा, उच्च तापमान प्रतिरोध समस्या का केवल एक पहलू है। इससे भी अधिक गंभीर मुद्दा उच्च तापमान पर डिवाइस के प्रदर्शन की स्थिरता है। साधारण सिलिकॉन डिवाइस का प्रदर्शन 70°C से ऊपर बहुत तेजी से कमजोर हो जाता है, इसलिए उन्हें उच्च तापमान पर उपयोग नहीं किया जा सकता है। 20 से अधिक वर्षों के नवोन्मेषी अनुसंधान एवं विकास और अनुप्रयोग परीक्षण के बाद, सिस्सोइड के SOI विशेष सिलिकॉन डिवाइस 175°C के उच्च तापमान प्रतिरोध तक पहुंच गए हैं और 15 वर्षों तक लगातार काम कर सकते हैं। इनका प्रदर्शन पूरे तापमान रेंज में उत्कृष्ट स्थिरता दिखाता है और SiC के उच्च-तापमान अनुप्रयोगों का आधार स्तंभ है।

प्रश्न: कृपया इस बारे में अपने विचार साझा करें कि चीन का यौगिक अर्धचालक उद्योग अंतरराष्ट्रीय अनुभव से कैसे सीख सकता है और औद्योगिक विकास को गति दे सकता है। उत्तर: यद्यपि चीन ने यौगिक अर्धचालकों के क्षेत्र में देर से शुरुआत की है और विदेशी देशों से पीछे है, फिर भी यह क्षेत्र चीन में तीव्र विकास के लिए अत्यंत उपयुक्त है। इसके तीन मुख्य कारण हैं। पहला, यौगिक अर्धचालकों की प्रक्रियाएं मूल रूप से माइक्रोन स्तर पर होती हैं। सामग्री से लेकर उपकरण तक, घरेलू औद्योगिक श्रृंखला का पूर्ण समर्थन उपलब्ध है, और उन्हें सूक्ष्म नैनोस्केल विनिर्माण उपकरणों (विशेष रूप से फोटोलिथोग्राफी मशीनों) के आयात की आवश्यकता से गंभीर रूप से बाधित नहीं होना पड़ेगा। दूसरा, यौगिक अर्धचालकों की उपकरण संरचना अपेक्षाकृत सरल है और इसके लिए बहुत जटिल शीर्ष-स्तरीय ईडीए समर्थन की आवश्यकता नहीं होती है। यह आयात की आवश्यकता के कारण होने वाली गंभीर बाधाओं को भी दूर करता है। तीसरा, चीन के पास एक विशाल और व्यापक अनुप्रयोग बाजार है। इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि यौगिक अर्धचालक चीन के समग्र अर्धचालक उद्योग के सुधार के लिए महत्वपूर्ण सफलताओं में से एक होंगे। हाल के वर्षों में, देश ने अर्धचालक विनिर्माण उद्योग को बहुत महत्व दिया है और इसमें भारी निवेश किया है। दर्जनों वेफर फैब्स शुरू किए गए हैं, विस्तारित किए गए हैं या बनाए गए हैं। हाल ही में, उद्योग जगत के कुछ लोगों ने माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम प्रोसेसिंग को एक अलग अनुशासन के रूप में मान्यता देने की मांग उठाई है। यह एक सराहनीय कदम है। हालांकि, घरेलू वेफर फ़ैब्रिकेशन संयंत्रों को देखें तो, उन सभी के पास नए कारखाने और नए उपकरण हैं, और निवेश भी बहुत बड़ा है। सबसे बड़ी कमी प्रक्रिया विकास के क्षेत्र में प्रतिभा की है, और रखरखाव प्रक्रिया में प्रतिभा संचय की व्यवस्था की। पारंपरिक यांत्रिक प्रसंस्करण, जैसे कि खराद मशीनें, मिलें और वेल्डर, में बहुस्तरीय शिल्पकार प्रणाली है जो पेशे के विकास को बढ़ावा देने और बनाए रखने के लिए लाभ और सब्सिडी से जुड़ी है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम प्रोसेसिंग जैसे महत्वपूर्ण उद्योग में एक अधिक व्यापक प्रतिभा प्रशिक्षण प्रणाली होनी चाहिए।