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2021 में घरेलू सिलिकॉन कार्बाइड बाजार पर हमला!
2022-03-17
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सेमीकंडक्टर उद्योग को "सामग्रियों की एक पीढ़ी, प्रौद्योगिकी की एक पीढ़ी, उद्योग की एक पीढ़ी" के रूप में जाना जाता है। पहली पीढ़ी सिलिकॉन थी, दूसरी पीढ़ी गैलियम आर्सेनाइड थी, और आज हम तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर उद्योग श्रृंखला का अध्ययन करने जा रहे हैं।
गैलियम नाइट्राइड (GaN) और सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) को तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक की जोड़ी कहा जाता है। इस लेख में, हम सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पर ध्यान केंद्रित करेंगे।
आज, जब सिलिकॉन सामग्री सैद्धांतिक प्रदर्शन सीमा के करीब है, तो सिलिकॉन-सीजन पावर उपकरणों को हमेशा "आदर्श उपकरण" माना जाता रहा है और उनकी उच्च सहन क्षमता, कम हानि, उच्च दक्षता और अन्य विशेषताओं के कारण इनकी अत्यधिक अपेक्षा की जाती है।
5जी, नई ऊर्जा वाहन, फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन और एयरोस्पेस जैसे रणनीतिक उभरते उद्योगों के तेजी से विकास के साथ, उद्योग श्रृंखला में ऊपर और नीचे की ओर स्थित कंपनियों ने बाजार में प्रवेश करने की होड़ लगा दी है।बाजार में मांग की अपार वृद्धि की संभावना, निवेश के अनुकूल माहौल और नीतिगत समर्थन के साथ, मेरे देश के एसआईसी उद्योग ने बुनियादी ढांचा तैयार कर लिया है।.
अनुप्रयोग क्षेत्रों के परिप्रेक्ष्य से, नई ऊर्जा वाहन SiC उपकरणों के लिए सबसे बड़ा अनुप्रयोग बाजार हैं, जिनका हिस्सा 50% से अधिक है। भविष्य में, चीन सबसे बड़ा SiC बाजार बन जाएगा।
जैसे-जैसे पहली और दूसरी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री प्रक्रियाएं भौतिक सीमाओं के करीब पहुंच रही हैं, तीसरी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री, जिससे पारंपरिक अर्धचालक प्रौद्योगिकी की बाधाओं को दूर करने की उम्मीद है, उद्योग विकास की पसंदीदा बन गई है।
दरअसल, चीन में अर्धचालक सामग्रियों को "पीढ़ियों" में विभाजित करने का कारण आंशिक रूप से अर्धचालक सामग्रियों के बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग के बाद हुई तीन औद्योगिक क्रांतियों के कारण है।
अर्धचालक पदार्थों की पहली पीढ़ी का प्रतिनिधित्व सिलिकॉन (Si) द्वारा किया जाता है, जिसने भारी-भरकम इलेक्ट्रॉन ट्यूबों को प्रतिस्थापित किया और एकीकृत सर्किट को मूल आधार बनाकर सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के तीव्र विकास को बढ़ावा दिया।
दूसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थ मुख्य रूप से गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), इंडियम एंटीमोनाइड (InSb) आदि हैं। इंडियम फॉस्फाइड अर्धचालक लेजर ऑप्टिकल संचार प्रणालियों के प्रमुख घटक हैं, और गैलियम आर्सेनाइड उच्च गति उपकरणों ने ऑप्टिकल फाइबर और मोबाइल संचार उद्योगों के लिए नए द्वार खोल दिए हैं।
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) द्वारा दर्शाए गए तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थ नई ऊर्जा, फोटोवोल्टिक्स, इलेक्ट्रिक वाहनों और अन्य उद्योगों के विकास को प्रभावी ढंग से बढ़ावा दे रहे हैं।
सेमीकंडक्टर सामग्रियों के तीन महत्वपूर्ण मापदंडों के आधार पर, तीसरी पीढ़ी की सेमीकंडक्टर सामग्रियां सिलिकॉन सामग्री उपकरणों की तुलना में तीन संकेतकों में अधिक मजबूत हैं: इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (कम वोल्टेज स्थितियों के तहत उच्च-आवृत्ति परिचालन प्रदर्शन), संतृप्ति बहाव दर (उच्च वोल्टेज स्थितियों के तहत उच्च-आवृत्ति परिचालन प्रदर्शन), और बैंडगैप चौड़ाई (वोल्टेज सहन क्षमता, अधिकतम परिचालन तापमान और उपकरण का ऑप्टिकल प्रदर्शन)।
इनमें सबसे आकर्षक तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक का "वाइड बैंड गैप (डब्ल्यूबीजी)" है। उच्च बैंड गैप का लाभ यह है कि उपकरण उच्च वोल्टेज और उच्च तापमान के प्रति प्रतिरोधी होता है, उच्च शक्ति, विकिरण प्रतिरोध, मजबूत चालकता, तीव्र कार्य गति और कम कार्य हानि प्रदान करता है।
देश के परिप्रेक्ष्य से देखें तो चीन दुनिया का सबसे बड़ा नई ऊर्जा वाहन बाजार है, जिसकी बिक्री अन्य सभी देशों से कहीं अधिक है और वैश्विक हिस्सेदारी में 40% से अधिक का योगदान है।अनुप्रयोग क्षेत्रों के परिप्रेक्ष्य से, नई ऊर्जा वाहन SiC उपकरणों के लिए सबसे बड़ा अनुप्रयोग बाजार हैं, जिनका हिस्सा 50% से अधिक है। भविष्य में, चीन सबसे बड़ा SiC बाजार बन जाएगा।
आईएचएस के आंकड़ों के अनुसार, कुल सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) बाजार इस वर्ष 50 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच जाएगा और 2028 तक बढ़कर 160 मिलियन अमेरिकी डॉलर हो जाएगा। इनमें से, इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग बाजार में, SiC की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर अगले कुछ वर्षों में 59% तक है; फोटोवोल्टिक और ऊर्जा भंडारण बाजार में भी SiC की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर 26% है; और बिजली आपूर्ति क्षेत्र में भी यह दर 16% है। कुल मिलाकर चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर भी 16% तक है।
सरकार वेंचर कैपिटल की भूमिका निभाती है और बड़ी संख्या में SiC परियोजनाओं के निवेश और निर्माण में भाग लेती है।
अधिकांश SiC परियोजनाओं में स्थानीय सरकारों और उद्यमों द्वारा संयुक्त रूप से निवेश और निर्माण किया जाता है। स्थानीय सरकारें अपेक्षाकृत अधिक निवेश करती हैं और अधिक जोखिम उठाती हैं।
चीन में प्रथम और द्वितीय श्रेणी के शहरों में केंद्रित पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित परियोजनाओं के विपरीत, सिलिकॉन-कार्बन परियोजनाएं पूरे देश में फैली हुई हैं।
सिलिकॉन-आधारित परियोजनाओं की तुलना में, सिलिकॉन-आधारित परियोजनाओं में कुल निवेश अपेक्षाकृत कम है, और कई छोटे और मध्यम आकार के शहरों की सरकारें शहर की छवि को बेहतर बनाने और अर्धचालक उद्योग के विस्तार को बढ़ाने के लिए उत्सुक हैं।
स्थानीय सरकारों द्वारा विशेष रूप से शामिल कुछ SiC परियोजनाओं का सारांश
पूंजी निवेश को लेकर उत्साह बढ़ रहा है और SiC उद्योग में भारी मात्रा में धन का प्रवाह हो रहा है।
केंद्र और स्थानीय सरकारों ने SiC उद्योग के विकास को बढ़ावा देने के लिए कई नीतियां लागू की हैं।
इसके अतिरिक्त, "मेड इन चाइना 2025" में, देश ने 5G संचार के स्थानीयकरण दर और कुशल ऊर्जा प्रबंधन के लिए विशिष्ट लक्ष्य निर्धारित किए हैं। इस लक्ष्य के तहत उन्नत अर्धचालक सामग्रियों के स्थानीयकरण दर को 2025 तक 50% तक पहुंचाना आवश्यक है। ये अनुकूल नीतियां SiC बाजार के आगे विकास और वृद्धि में महत्वपूर्ण योगदान देंगी।
2021 म्यूनिख इलेक्ट्रॉनिक्स शो में लुजिंग सेमीकंडक्टर की भागीदारी के दौरान, टीवी कॉलम समूह "क्वालिटी" ने कंपनी के महाप्रबंधक श्री जू वेनहुई का साक्षात्कार लिया, जिसमें उन्होंने तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टरों के विकास के संबंध में "मेड इन चाइना 2025" पर चर्चा की। सिलिकॉन कार्बाइड पावर उपकरणों का उपयोग अगले 3-5 वर्षों में व्यापक रूप से किया जाएगा, और कुछ क्षेत्रों में तो यह सिलिकॉन-आधारित उत्पादों को पूरी तरह से प्रतिस्थापित भी कर सकता है।
विदेशी बाजारों की तुलना में, हमारे देश ने SiC सामग्रियों और उपकरणों पर अनुसंधान अपेक्षाकृत देर से शुरू किया। विभिन्न कारकों के चलते, चीन की SiC उद्योग श्रृंखला ने बुनियादी ढांचा तैयार कर लिया है और कुछ निश्चित परिणाम प्राप्त कर लिए हैं, जिससे विदेशी उन्नत प्रौद्योगिकियों के साथ अंतर धीरे-धीरे कम हो रहा है। प्रत्येक कड़ी में कई अग्रणी कंपनियां उभर कर सामने आई हैं।
तकनीकी संकेतकों और अंतरराष्ट्रीय निर्माताओं के बीच स्पष्ट अंतर है, और उत्पाद की एकरूपता एक ऐसी कमी है जिसे दूर करना मुश्किल है।
घरेलू सामग्रियों में प्रौद्योगिकी के अंतर और एकरूपता संबंधी समस्याओं के कारणों को मोटे तौर पर निम्नलिखित दो श्रेणियों में सारांशित किया जा सकता है:
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सामग्री मिलान, उपकरण की सटीकता और तापीय क्षेत्र नियंत्रण जैसे तकनीकी पहलुओं के लिए लंबे समय तक ज्ञान संचय की आवश्यकता होती है। घरेलू निर्माताओं ने अपेक्षाकृत देर से शुरुआत की और कम निवेश किया, जिससे अग्रणी विदेशी निर्माताओं के मुकाबले एक स्पष्ट अंतर रह गया है।
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घरेलू निर्माताओं के ग्राहक कम और बिखरे हुए होते हैं, और उनकी प्रतिक्रिया की गति धीमी होती है तथा प्रतिक्रिया की सामग्री अपूर्ण होती है। CREE की उत्पाद श्रृंखला में सबस्ट्रेट्स, एपिटैक्सी, डिवाइस और यहां तक कि मॉड्यूल भी शामिल हैं, और बैक-एंड से मिलने वाली प्रतिक्रिया पर्याप्त और समय पर होती है।
तकनीकी अंतर सीधे तौर पर सब्सट्रेट के खराब समग्र प्रदर्शन और उच्च आवश्यकताओं वाली उत्पादन लाइनों में इसके उपयोग में असमर्थता का कारण बनता है।
संगति की समस्या का अर्थ है कि उच्च गुणवत्ता वाले सब्सट्रेट का अनुपात कम है, जो सीधे तौर पर सब्सट्रेट की लागत में काफी वृद्धि का कारण बनता है।
मुख्यतः उपरोक्त दो बिंदुओं के कारण, घरेलू उत्पाद वर्तमान में मुख्यधारा की आपूर्ति श्रृंखला में प्रवेश करने में असमर्थ हैं।
तकनीकी बाधाएं कम हैं, और समग्र तकनीकी स्तर विदेशी देशों से बहुत अलग नहीं है।
एपिटैक्सियल तकनीक अपेक्षाकृत सरल है, और इसकी मुख्य प्रक्रिया मूल SiC सब्सट्रेट पर एकल क्रिस्टल की एक नई परत उगाना है। यह पूरी औद्योगिक श्रृंखला में कम मूल्यवर्धन और कम तकनीकी बाधा वाला एक चरण है।
एपिटैक्सियल प्रक्रिया उन्नत उपकरणों पर निर्भर करती है (वर्तमान में उद्योग में मुख्य उपकरण ऐक्सट्रॉन और अन्य कंपनियों द्वारा प्रदान किए गए सीवीडी उपकरण हैं)। वाष्प निक्षेपण प्रक्रिया प्रवाह मीटरों द्वारा सख्ती से नियंत्रित होती है। उद्योग और उपकरण विक्रेताओं के पास अपेक्षाकृत उन्नत तकनीकें हैं।
घरेलू निर्माता हान तियानचेंग को उदाहरण के तौर पर लें तो, तकनीकी स्तर के मामले में यह जापान की अग्रणी अंतरराष्ट्रीय एक्सटेंशन कंपनी शोवा डेन्को से बहुत अलग नहीं है। सर्वेक्षण से मिली प्रतिक्रिया के अनुसार, हान तियानचेंग और शोवा डेन्को ने विश्वभर के कई बाजारों में प्रतिस्पर्धा की है।
तकनीकी संकेतकों और अंतरराष्ट्रीय निर्माताओं के बीच स्पष्ट अंतर है। उत्पादों की गुणवत्ता में एकरूपता की कमी एक ऐसी खामी है जिसे दूर करना मुश्किल है। घरेलू सामग्रियों के लिए मुख्यधारा की आपूर्ति श्रृंखला में प्रवेश करना अभी भी कठिन है।
डिज़ाइन:SiC डिवाइस का डिज़ाइन अपेक्षाकृत सरल है, और विदेशी देशों के साथ अंतर अपेक्षाकृत कम है।
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SiC SBD डिवाइस डिज़ाइन के लिए कोई पेटेंट संबंधी बाधाएँ नहीं हैं। अग्रणी घरेलू कंपनियों ने Gen 6 SiC SBD का अनुसंधान और विकास शुरू कर दिया है, और विदेशी देशों के साथ अंतर अपेक्षाकृत कम है।
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SiC MOSFET उपकरणों के संदर्भ में, कई घरेलू कंपनियां अनुसंधान और विकास पूरा करने का दावा करती हैं, लेकिन अभी तक बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू नहीं कर पाई हैं। वहीं दूसरी ओर, नवीनतम Gen 4 ट्रेंच SiC MOSFET का पेटेंट विदेशी कंपनियों के पास है, और भविष्य में पेटेंट संबंधी विवाद उत्पन्न हो सकते हैं।
निर्माण:SiC उपकरण निर्माण और विदेशी देशों के बीच स्पष्ट अंतर है।
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अधिकांश SiC SBD उपकरण निर्माण उत्पादन लाइनें अभी शुरुआती चरण में हैं। उन्हें अभी भी उत्पादन क्षमता बढ़ाने जैसे चरणों से गुजरना होगा, और बड़े पैमाने पर उत्पादन और स्थिर उत्पादन के बीच अभी भी एक निश्चित दूरी है।
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वर्तमान में, सभी घरेलू SiC MOSFET डिवाइस निर्माण प्लेटफॉर्म अभी भी निर्माणाधीन हैं, और कुछ कंपनियों की उत्पादन लाइनें अभी भी योजना चरण में हैं, और औपचारिक बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू होने में अभी काफी समय लगेगा।
बाजार में प्रतिस्पर्धा बेहद तीव्र है, और घरेलू उद्योग की समग्र परिपक्वता अभी भी कम है।
एसआईसी मॉड्यूल में घरेलू कंपनियों की वर्तमान प्रतिस्पर्धात्मक स्थिति:
कई घरेलू नई ऊर्जा वाहन निर्माताओं ने अपनी जरूरतों को पूरा करने और उत्पादन प्रक्रिया को सुचारू रूप से चलाने के लिए मौलिक रणनीति अपनाई है और अपनी खुद की SiC मॉड्यूल उत्पादन लाइनें स्थापित की हैं। वहीं दूसरी ओर, कुछ पारंपरिक मॉड्यूल निर्माता भी SiC मॉड्यूल के क्षेत्र में क्षैतिज रूप से अनुसंधान और विकास कर रहे हैं, और Si-आधारित मॉड्यूल के अनुभव का लाभ उठाकर अनुसंधान और विकास की गति को तेज कर रहे हैं।
हालांकि, घरेलू नई ऊर्जा वाहन निर्माताओं की मॉड्यूल उत्पादन लाइनों का अधिकांश निर्माण 2019/20 में शुरू हुआ था, और इसे पूरी क्षमता तक पहुंचने में कम से कम 22 साल लगेंगे। चीन में उभरते हुए अधिकांश मॉड्यूल निर्माता छोटे हैं और अभी तक बड़े पैमाने पर उत्पादन हासिल नहीं कर पाए हैं। घरेलू उद्योग की परिपक्वता का स्तर अभी भी कम है।
घरेलू निर्माताओं के बीच प्रतिस्पर्धा के अलावा, एसआईसी क्षेत्र में असली प्रतिस्पर्धी दबाव अभी भी विदेशी दिग्गजों से आ रहा है। वर्तमान में, इन्फिनियन, एसटी और रोहम जैसे प्रमुख अंतरराष्ट्रीय निर्माताओं के 600-1700V सिलिकॉन कार्बाइड एसबीडी और एमओएसएफईटी का बड़े पैमाने पर उत्पादन हो रहा है। घरेलू सिलिकॉन कार्बाइड निर्माता फिलहाल मुख्य रूप से डायोड उत्पाद लॉन्च कर रहे हैं। केवल कुछ ही एमओएसएफईटी निर्माता बड़े पैमाने पर उत्पादन कर रहे हैं, और अभी भी इसमें काफी प्रगति की गुंजाइश है। उत्पादन लाइनों के संदर्भ में, क्री, इन्फिनियन आदि ने 8-इंच की लाइनें बिछाना शुरू कर दिया है, जबकि घरेलू निर्माता अभी भी 6-इंच की लाइनों में बदलाव कर रहे हैं। अकेले क्री का सबस्ट्रेट बाजार में लगभग 40% हिस्सा है।
घरेलू एसआईसी उद्योग श्रृंखला की कंपनियों के लिए आने वाले लंबे समय तक प्रतिस्पर्धा का रास्ता स्पष्ट नहीं होगा। अभी लंबा सफर तय करना बाकी है! लेकिन सौभाग्य से, एसआईसी ने 5जी, नई ऊर्जा वाहनों और फोटोवोल्टिक्स जैसे विभिन्न क्षेत्रों में उत्कृष्ट प्रदर्शन किया है। बाजार काफी बड़ा है और घरेलू विकल्पों की मांग निरंतर बनी हुई है, इसलिए घरेलू कंपनियां अभी भी प्रतिस्पर्धा कर सकती हैं!
शेडोंग तियान्यू,तियानके हेडा, झोंगके ऊर्जा बचत, टोंगगुआंग क्रिस्टल
हान तियान तियान चेंग,डोंगगुआन तियान्यू
सनन एकीकरण,टाइको तियानरुं, ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स, बेसिक सेमीकंडक्टर,जिनान लुजिंग सेमीकंडक्टरप्रतीक्षा करें.
अस्वीकरण: यह लेख "लू जिंगशिन सिटी" से लिया गया है। यह लेख केवल लेखक के निजी विचारों को दर्शाता है और सैको माइक्रो और उद्योग के विचारों का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। यह केवल पुनर्मुद्रण और साझाकरण के लिए है और बौद्धिक संपदा अधिकारों के संरक्षण का समर्थन करता है। पुनर्मुद्रण के लिए कृपया मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन होता है, तो कृपया इसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।
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