मेरे देश का सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग अभूतपूर्व लाभ ला सकता है

 
2021 की शुरुआत से ही सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी के क्षेत्र में घरेलू और विदेशी कंपनियों ने एक के बाद एक अच्छी खबरें दी हैं।  
1 मार्च, 2021 को, जापान की टोयोटा त्सुशो कंपनी लिमिटेड ने सतह नैनोकंट्रोल तकनीक - डायनेमिक एजिंग - के सफल विकास की आधिकारिक घोषणा की। यह तकनीक किसी भी आकार और स्रोत के SiC सबस्ट्रेट्स के बेस प्लेन डिसलोकेशन (BPD) को 1 से कम कर सकती है।  
    चित्र 1 टोयोटा डायनेमिक एजिंग तकनीक  
संयोगवश, 3 मार्च, 2021 को, हंटियन तियानचेंग इलेक्ट्रॉनिक टेक्नोलॉजी (ज़ियामेन) कंपनी लिमिटेड ने घोषणा की कि उसने सिलिकॉन कार्बाइड सुपरजंक्शन डीप ट्रेंच एपिटैक्सी की प्रमुख निर्माण प्रक्रिया में सफलता प्राप्त कर ली है।  
    चित्र2 सिलिकॉन कार्बाइड सुपरजंक्शन डीप ट्रेंच एपिटैक्सी के लिए प्रमुख विनिर्माण प्रक्रियाएं  
सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी, सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग श्रृंखला का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। अब जबकि सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी तकनीक का विकास तीव्र गति से आगे बढ़ रहा है, तो इसका संपूर्ण सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी पारिस्थितिकी तंत्र पर क्या प्रभाव पड़ेगा? कृपया मुझे एक-एक करके इन बिंदुओं पर चर्चा करने की अनुमति दें।  
           

इससे अंतरराष्ट्रीय सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी उद्योग के स्वरूप में बदलाव आ सकता है।

   
सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग श्रृंखला मुख्य रूप से वेफर निर्माण, एपिटैक्सियल वृद्धि, उपकरण निर्माण, मॉड्यूल पैकेजिंग और परीक्षण, और सिस्टम अनुप्रयोग जैसे कई महत्वपूर्ण चरणों में विभाजित है। इनमें से, एपिटैक्सियल वृद्धि अतीत और भविष्य के बीच एक महत्वपूर्ण कड़ी है और अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।  
    चित्र 3 सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग श्रृंखलाचूंकि मौजूदा उपकरण मूल रूप से एपिटैक्सियल परत पर निर्मित होते हैं, इसलिए एपिटैक्सियल परत की गुणवत्ता संबंधी आवश्यकताएं बहुत अधिक होती हैं। वोल्टेज प्रतिरोध में निरंतर सुधार के साथ, एपिटैक्सियल परत की आवश्यक मोटाई भी बढ़ती जाती है। सामान्यतः, जब वोल्टेज लगभग 600V होता है, तो आवश्यक एपिटैक्सियल परत की मोटाई लगभग 6 माइक्रोन होती है; जब वोल्टेज 1200-1700V के बीच होता है, तो आवश्यक एपिटैक्सियल परत की मोटाई 10-15 माइक्रोन तक पहुंच जाती है। यदि वोल्टेज 10,000 वोल्ट से अधिक हो जाता है, तो 100 माइक्रोन से अधिक मोटाई वाली एपिटैक्सियल परत की आवश्यकता हो सकती है। एपिटैक्सियल परत की मोटाई में निरंतर वृद्धि के साथ, मोटाई और प्रतिरोधकता की एकरूपता और दोष घनत्व को नियंत्रित करना उतना ही कठिन होता जाता है।  
वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी के लिए प्रचलित तकनीकों में ऑब्लिक स्टेप फ्लो तकनीक और टीसीएस तकनीक आदि शामिल हैं।  
तथाकथित बेवल कटिंग स्टेप फ्लो तकनीक में सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट को काटते समय लगभग 8° का तिरछा कोण बनाया जाता है। इस प्रकार काटे गए सब्सट्रेट की सतह पर उच्च स्टेप फ्लो घनत्व उत्पन्न होता है, जिससे वेफर-स्तर सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी आसानी से प्राप्त की जा सकती है। वर्तमान में, तिरछी स्टेप फ्लो तकनीक अपेक्षाकृत विकसित है। हालांकि, इस तकनीक में दो कमियां हैं: पहली, यह तकनीक बेसल प्लेन डिसलोकेशन को नहीं रोक सकती; दूसरी, इस तकनीक से सब्सट्रेट सामग्री की बर्बादी होती है।  
स्टेप फ्लो तकनीक की सीमाओं को पार करने के लिए, लोगों ने रिएक्शन चैंबर में क्लोरीन तत्व युक्त सिलिकॉन स्रोत जोड़ने का प्रयास किया और निरंतर सुधार के माध्यम से अंततः टीसीएस जैसी तकनीकों का विकास किया। वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी तकनीक सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी उपकरणों के साथ व्यापक रूप से एकीकृत है। 2014 में, टीसीएस और अन्य तकनीकों का पहली बार इटली की एलपीई कंपनी द्वारा व्यावसायीकरण किया गया। 2017 में, एआईएक्सट्रॉन ने उपकरण को उन्नत किया और इस तकनीक को व्यावसायिक उपकरणों में शामिल किया।  
वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल उपकरण पर मुख्य रूप से इटली की एलपीई कंपनी, जर्मनी की एआईएक्सट्रॉन कंपनी और जापान की नुफ्लेयर कंपनी का एकाधिकार है।  
    चित्र4 वैश्विक सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग परिदृश्य    
       

चित्र 5 मौजूदा सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी उपकरण का विश्लेषण

यह अनुमान लगाया जा रहा है कि सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल उपकरणों की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर 2023 तक 50% से अधिक हो जाएगी।        
      चित्र 6 सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी उपकरण की बाजार संभावनाएं    
सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी तकनीक के उदय के साथ, यह अरबों डॉलर का उद्योग एक नए दौर के फेरबदल की शुरुआत कर सकता है।  
             

इससे मेरे देश के सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट सामग्री उद्योग को परिपक्वता मिल सकती है।

 
सिलिकॉन कार्बाइड तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थों का एक विशिष्ट प्रतिनिधि है। विभिन्न उपयोगों के आधार पर, इसे आभूषण-श्रेणी के सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थ, विद्युत उपकरणों के लिए एन-प्रकार के सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थ और विद्युत रेडियो आवृत्ति उपकरणों के लिए अर्ध-अचालक सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थों में विभाजित किया जा सकता है। यद्यपि हाल के वर्षों में आभूषण-श्रेणी के सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थों और अर्ध-अचालक सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थों के बाजार में तेजी से वृद्धि हुई है, फिर भी भविष्य के बाजार में एन-प्रकार के सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थ ही सर्वोपरि भूमिका निभाएंगे।  
आभूषण निर्माण में इस्तेमाल होने वाले सिलिकॉन कार्बाइड और अर्ध-अरोधक सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थों की तुलना में, एन-टाइप सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थों की क्रिस्टल गुणवत्ता की आवश्यकताएँ कहीं अधिक होती हैं। इस क्षेत्र में, मेरे देश की सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट कंपनियों और सीआरईई की अंतरराष्ट्रीय स्तर की प्रथम श्रेणी की कंपनियों के बीच अभी भी एक निश्चित अंतर है।  
यदि टोयोटा द्वारा विकसित डायनेमिक एजिंग जैसी तकनीकों को हमारे देश में बड़े पैमाने पर लागू किया जा सके, तो एन-टाइप सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट सामग्रियों के लिए प्रवेश बाधा निस्संदेह काफी कम हो जाएगी। चीन इलेक्ट्रॉनिक मैटेरियल्स इंडस्ट्री एसोसिएशन की सेमीकंडक्टर मैटेरियल्स शाखा के आंकड़ों के अनुसार, हमने 30 से अधिक सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट सामग्री परियोजनाएं शुरू की हैं, जिनमें 30 अरब युआन से अधिक का निवेश किया गया है। हालांकि, तकनीकी खामियों जैसे कारणों से, एन-टाइप सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स की उत्पादन क्षमता में देरी हुई है। यदि सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल तकनीक में कोई महत्वपूर्ण सफलता प्राप्त होती है, तो यह हमारे देश की सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट सामग्री कंपनियों के लिए एक नया रास्ता खोल देगा।    
           

इससे मेरे देश के सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण उद्योग को बढ़ावा मिल सकता है।

   
हालांकि मेरे देश ने 30 से अधिक सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट परियोजनाओं में निवेश किया है, फिर भी सबसे अधिक बाजार मांग वाले 6-इंच एन-टाइप सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स की मांग अभी भी आयात पर बहुत अधिक निर्भर है। सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट और एपिटैक्सी की लागत वर्तमान में सिलिकॉन कार्बाइड मॉड्यूल की कुल लागत का 50% से अधिक है। यदि इस समस्या का समाधान नहीं किया गया, तो मेरे देश के सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका के मुकाबले प्रतिस्पर्धी बनना मुश्किल होगा।  
बाजार अनुसंधान इकाई योले ने बताया कि सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के विकास में अपार संभावनाएं हैं और आरओएचएम, बॉम्बार्डियर, क्री, एसडीके, एसटीमाइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, इन्फिनियन टेक्नोलॉजीज, लिटेलफ्यूज, एस्काट्रॉन और अन्य निर्माताओं ने इसमें भारी निवेश किया है। योले का अनुमान है कि 2023 तक SiC पावर सेमीकंडक्टर बाजार का आकार 1.4 अरब अमेरिकी डॉलर तक पहुंच जाएगा, जिसमें 2016 से 2023 तक 28% की चक्रवृद्धि वृद्धि दर (CAGR) होगी और 2020 से 2022 तक यह दर बढ़कर 40% हो जाएगी।     

कुल मिलाकर, भविष्य में व्यापक संभावनाएं हैं, लेकिन घरेलू सिलिकॉन कार्बाइड उद्योग में सहकर्मियों को आगे बढ़ने के लिए प्रोत्साहित किया जाना चाहिए।

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