خبریں - سلکان کاربائیڈ کی ساخت اور ترقی کی ٹیکنالوجی (Ⅱ)

چوتھا، جسمانی بخارات کی منتقلی کا طریقہ

دیجسمانی بخارات کی نقل و حمل (PVT)یہ طریقہ 1955 میں لیلی کے ذریعہ ایجاد کردہ بخارات کے مرحلے کی سبلمیشن ٹیکنالوجی سے شروع ہوا ہے۔ SiC پاؤڈر کو گریفائٹ ٹیوب میں رکھا جاتا ہے اور SiC پاؤڈر کو گلنے اور سبلیمیٹ کرنے کے لیے اسے اعلی درجہ حرارت پر گرم کیا جاتا ہے، اور پھر گریفائٹ ٹیوب کو ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ SiC پاؤڈر کے گلنے کے بعد، بخارات کے مرحلے کے اجزاء جمع ہوتے ہیں اور گریفائٹ ٹیوب کے ارد گرد SiC کرسٹل میں کرسٹلائز ہوتے ہیں۔ اگرچہ یہ طریقہ بڑے سائز کے SiC سنگل کرسٹل کو حاصل کرنا مشکل بناتا ہے، اور گریفائٹ ٹیوب میں جمع ہونے کے عمل کو کنٹرول کرنا مشکل ہے، لیکن یہ بعد کے محققین کے لیے خیالات فراہم کرتا ہے۔
Ym Terairov et al. روس میں اس بنیاد پر سیڈ کرسٹل کا تصور متعارف کرایا اور کرسٹل کی بے قابو شکل اور SiC کرسٹل کی نیوکلیشن پوزیشن کے مسئلے کو حل کیا۔ اس کے بعد کے محققین نے بہتری کا سلسلہ جاری رکھا اور بالآخر آج صنعتی استعمال میں فزیکل گیس فیز ٹرانسپورٹ (PVT) طریقہ تیار کیا۔

ابتدائی SiC کرسٹل نمو کے طریقہ کار کے طور پر، جسمانی بخارات کی منتقلی کا طریقہ SiC کرسٹل کی نمو کے لیے سب سے مرکزی دھارے میں اضافے کا طریقہ ہے۔ دوسرے طریقوں کے مقابلے میں، طریقہ کار میں ترقی کے سازوسامان، ایک سادہ ترقی کے عمل، مضبوط کنٹرول، مکمل ترقی، اور تحقیق کے لئے کم تقاضے ہیں، اور صنعتی استعمال کو محسوس کیا گیا ہے۔ موجودہ مین اسٹریم PVT طریقہ سے اگائے جانے والے کرسٹل کی ساخت کو شکل میں دکھایا گیا ہے۔

محوری اور شعاعی درجہ حرارت کے شعبوں کو گریفائٹ کروسیبل کے بیرونی تھرمل موصلیت کے حالات کو کنٹرول کرکے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ SiC پاؤڈر کو زیادہ درجہ حرارت کے ساتھ گریفائٹ کروسیبل کے نچلے حصے میں رکھا جاتا ہے، اور SiC سیڈ کرسٹل کو کم درجہ حرارت پر گریفائٹ کروسیبل کے اوپر رکھا جاتا ہے۔ پاؤڈر اور بیج کے درمیان فاصلہ عام طور پر دسیوں ملی میٹر تک کنٹرول کیا جاتا ہے تاکہ بڑھتے ہوئے سنگل کرسٹل اور پاؤڈر کے درمیان رابطے سے بچا جا سکے۔ درجہ حرارت کا میلان عام طور پر 15-35℃/cm کی حد میں ہوتا ہے۔ کنویکشن بڑھانے کے لیے بھٹی میں 50-5000 Pa کی ایک غیر فعال گیس رکھی جاتی ہے۔ اس طرح، انڈکشن ہیٹنگ کے ذریعے SiC پاؤڈر کو 2000-2500℃ تک گرم کرنے کے بعد، SiC پاؤڈر Si، Si2C، SiC2 اور دیگر بخارات کے اجزاء میں گل جائے گا، اور گیس کی نقل و حمل کے ساتھ بیج کے سرے تک پہنچایا جائے گا۔ SiC کرسٹل کو بیج کرسٹل پر کرسٹلائز کیا جاتا ہے تاکہ سنگل کرسٹل کی نمو حاصل کی جا سکے۔ اس کی عام ترقی کی شرح 0.1-2 ملی میٹر فی گھنٹہ ہے۔

PVT عمل ترقی کے درجہ حرارت، درجہ حرارت کے میلان، ترقی کی سطح، مواد کی سطح کے وقفہ کاری، اور ترقی کے دباؤ کے کنٹرول پر توجہ مرکوز کرتا ہے، اس کا فائدہ یہ ہے کہ اس کا عمل نسبتاً پختہ ہے، خام مال پیدا کرنا آسان ہے، لاگت کم ہے، لیکن ترقی کا عمل PVT طریقہ کا مشاہدہ کرنا مشکل ہے، کرسٹل کی ترقی کی شرح 0.2-0.4mm/h، بڑی موٹائی (>50mm) کے ساتھ کرسٹل اگانا مشکل ہے۔ کئی دہائیوں کی مسلسل کوششوں کے بعد، PVT طریقہ سے اگائے جانے والے SiC سبسٹریٹ ویفرز کی موجودہ مارکیٹ بہت بڑی رہی ہے، اور SiC سبسٹریٹ ویفرز کی سالانہ پیداوار لاکھوں ویفرز تک پہنچ سکتی ہے، اور اس کا سائز بتدریج 4 انچ سے 6 تک تبدیل ہو رہا ہے۔ انچ، اور SIC سبسٹریٹ کے 8 انچ نمونے تیار کیے ہیں۔

پانچواں، اعلی درجہ حرارت کیمیائی بخارات جمع کرنے کا طریقہ

ہائی ٹمپریچر کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (HTCVD) ایک بہتر طریقہ ہے جس کی بنیاد کیمیکل واپر ڈیپوزیشن (CVD) ہے۔ یہ طریقہ پہلی بار 1995 میں Kordina et al.، Linkoping یونیورسٹی، سویڈن نے تجویز کیا تھا۔
ترقی کی ساخت کا خاکہ تصویر میں دکھایا گیا ہے:

جب SiC کرسٹل کو مائع مرحلے کے طریقے سے اگایا جاتا ہے، تو معاون محلول کے اندر درجہ حرارت اور کنویکشن کی تقسیم کو تصویر میں دکھایا گیا ہے:

یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ معاون محلول میں کروسیبل دیوار کے قریب درجہ حرارت زیادہ ہے، جبکہ بیج کرسٹل میں درجہ حرارت کم ہے۔ ترقی کے عمل کے دوران، گریفائٹ کروسیبل کرسٹل کی نمو کے لیے C ذریعہ فراہم کرتا ہے۔ چونکہ مصلی کی دیوار کا درجہ حرارت زیادہ ہے، C کی حل پذیری بڑی ہے، اور تحلیل کی شرح تیز ہے، C کا ایک سیر شدہ محلول بنانے کے لیے C کی ایک بڑی مقدار کو کروسیبل دیوار پر تحلیل کیا جائے گا۔ یہ محلول بڑی مقدار کے ساتھ تحلیل شدہ C کو معاون محلول کے اندر کنویکشن کے ذریعے سیڈ کرسٹل کے نچلے حصے میں منتقل کیا جائے گا۔ سیڈ کرسٹل اینڈ کے کم درجہ حرارت کی وجہ سے، متعلقہ C کی حل پذیری اسی طرح کم ہو جاتی ہے، اور اس حالت میں کم درجہ حرارت والے سرے پر منتقل ہونے کے بعد اصل C- سیچوریٹڈ محلول C کا سپر سیچوریٹڈ محلول بن جاتا ہے۔ معاون محلول میں Si کے ساتھ مل کر محلول میں سپر سیچوریٹڈ C بیج کرسٹل پر SiC کرسٹل ایپیٹیکسیل اگ سکتا ہے۔ جب سی کا سوراخ شدہ حصہ باہر نکل جاتا ہے، تو محلول کنویکشن کے ساتھ کروسیبل دیوار کے اعلی درجہ حرارت والے سرے پر واپس آجاتا ہے اور سی کو دوبارہ تحلیل کر کے ایک سنترپت محلول بناتا ہے۔

پورا عمل دہرایا جاتا ہے، اور SiC کرسٹل بڑھتا ہے۔ مائع مرحلے کی ترقی کے عمل میں، حل میں C کی تحلیل اور ورن ترقی کی پیشرفت کا ایک بہت اہم اشاریہ ہے۔ کرسٹل کی مستحکم نشوونما کو یقینی بنانے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ کروسیبل دیوار پر C کی تحلیل اور بیج کے آخر میں ہونے والی بارش کے درمیان توازن برقرار رکھا جائے۔ اگر C کی تحلیل C کی ورن سے زیادہ ہے، تو کرسٹل میں C بتدریج افزودہ ہو جاتا ہے، اور SiC کا بے ساختہ نیوکلیشن واقع ہو گا۔ اگر C کی تحلیل C کی ورن سے کم ہے تو، محلول کی کمی کی وجہ سے کرسٹل کی نمو مشکل ہو جائے گی۔
ایک ہی وقت میں، نقل و حمل کے ذریعہ C کی نقل و حمل بھی ترقی کے دوران C کی فراہمی کو متاثر کرتی ہے۔ کرسٹل کے اچھے معیار اور کافی موٹائی کے ساتھ SiC کرسٹل کو اگانے کے لیے، مندرجہ بالا تین عناصر کے توازن کو یقینی بنانا ضروری ہے، جس سے SiC مائع مرحلے کی ترقی کی دشواری بہت زیادہ بڑھ جاتی ہے۔ تاہم، متعلقہ نظریات اور ٹیکنالوجیز کی بتدریج بہتری اور بہتری کے ساتھ، SiC کرسٹل کے مائع مرحلے کی ترقی کے فوائد بتدریج ظاہر ہوں گے۔
اس وقت، جاپان میں 2 انچ کے سی سی کرسٹل کی مائع مرحلے کی ترقی حاصل کی جا سکتی ہے، اور 4 انچ کرسٹل کی مائع مرحلے کی ترقی بھی تیار کی جا رہی ہے۔ فی الحال، متعلقہ ملکی تحقیق کے اچھے نتائج سامنے نہیں آئے ہیں، اور متعلقہ تحقیقی کام کو فالو اپ کرنا ضروری ہے۔

ساتویں، SiC کرسٹل کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات

(1) مکینیکل خصوصیات: SiC کرسٹل میں انتہائی سختی اور اچھی لباس مزاحمت ہوتی ہے۔ اس کی موہس سختی 9.2 اور 9.3 کے درمیان ہے، اور اس کی کرٹ سختی 2900 اور 3100Kg/mm2 کے درمیان ہے، جو کہ دریافت ہونے والے مواد میں ہیرے کے کرسٹل کے بعد دوسرے نمبر پر ہے۔ SiC کی بہترین مکینیکل خصوصیات کی وجہ سے، پاؤڈر SiC اکثر کاٹنے یا پیسنے کی صنعت میں استعمال ہوتا ہے، جس کی سالانہ مانگ لاکھوں ٹن تک ہوتی ہے۔ کچھ ورک پیسوں پر پہننے والی مزاحم کوٹنگ بھی SiC کوٹنگ کا استعمال کرے گی، مثال کے طور پر، کچھ جنگی جہازوں پر لباس مزاحم کوٹنگ SiC کوٹنگ پر مشتمل ہوتی ہے۔

(2) تھرمل خصوصیات: SiC کی تھرمل چالکتا 3-5 W/cm·K تک پہنچ سکتی ہے، جو روایتی سیمی کنڈکٹر Si سے 3 گنا اور GaAs سے 8 گنا زیادہ ہے۔ SiC کے ذریعہ تیار کردہ ڈیوائس کی حرارت کی پیداوار کو تیزی سے دور کیا جاسکتا ہے، لہذا SiC ڈیوائس کی حرارت کی کھپت کے حالات کی ضروریات نسبتاً ڈھیلی ہیں، اور یہ ہائی پاور ڈیوائسز کی تیاری کے لیے زیادہ موزوں ہے۔ SiC میں مستحکم تھرموڈینامک خصوصیات ہیں۔ عام دباؤ کے حالات میں، SiC براہ راست ایک بخارات میں گل جائے گا جس میں Si اور C زیادہ ہو گا۔

(3) کیمیائی خصوصیات: SiC میں مستحکم کیمیائی خصوصیات ہیں، اچھی سنکنرن مزاحمت ہے، اور کمرے کے درجہ حرارت پر کسی بھی معروف تیزاب کے ساتھ رد عمل ظاہر نہیں کرتی ہے۔ لمبے عرصے تک ہوا میں رکھا ہوا SiC آہستہ آہستہ گھنے SiO2 کی ایک پتلی تہہ بنائے گا، مزید آکسیڈیشن رد عمل کو روکے گا۔ جب درجہ حرارت 1700 ℃ سے زیادہ بڑھ جاتا ہے، SiO2 پتلی تہہ تیزی سے پگھلتی ہے اور آکسائڈائز ہوتی ہے۔ SiC پگھلے ہوئے آکسیڈینٹس یا اڈوں کے ساتھ آکسیڈیشن کے ایک سست رد عمل سے گزر سکتا ہے، اور SiC ویفرز کو عام طور پر پگھلے ہوئے KOH اور Na2O2 میں corroded کیا جاتا ہے تاکہ SiC کرسٹل میں سندچیوتی کو نمایاں کیا جا سکے۔

(4) برقی خصوصیات: وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز کے نمائندہ مواد کے طور پر SiC، 6H-SiC، اور 4H-SiC بینڈ گیپ کی چوڑائی بالترتیب 3.0 eV اور 3.2 eV ہے، جو Si سے 3 گنا اور GaAs سے 2 گنا ہے۔ SiC سے بنے سیمی کنڈکٹر آلات میں چھوٹے رساو والے کرنٹ اور بڑے بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈز ہوتے ہیں، اس لیے SiC کو ہائی پاور ڈیوائسز کے لیے ایک مثالی مواد سمجھا جاتا ہے۔ SiC کی سیر شدہ الیکٹران کی نقل و حرکت بھی Si کے مقابلے میں 2 گنا زیادہ ہے، اور اعلی تعدد والے آلات کی تیاری میں بھی اس کے واضح فوائد ہیں۔ P قسم کے SiC کرسٹل یا N-type SiC کرسٹل کو کرسٹل میں موجود ناپاک ایٹموں کو ڈوپ کر کے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ فی الحال، P قسم کے SiC کرسٹل بنیادی طور پر Al، B، Be، O، Ga، Sc، اور دیگر ایٹموں کے ذریعے ڈوپ کیے جاتے ہیں، اور N-type sic کرسٹل بنیادی طور پر N ایٹموں کے ذریعے ڈوپ کیے جاتے ہیں۔ ڈوپنگ ارتکاز اور قسم میں فرق کا SiC کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات پر بہت زیادہ اثر پڑے گا۔ ایک ہی وقت میں، مفت کیریئر کو ڈیپ لیول ڈوپنگ جیسے V کے ذریعے کیل لگایا جا سکتا ہے، مزاحمتی صلاحیت کو بڑھایا جا سکتا ہے، اور نیم موصل سی سی کرسٹل حاصل کیا جا سکتا ہے۔

(5) آپٹیکل خواص: نسبتاً وسیع بینڈ گیپ کی وجہ سے، ان ڈوپڈ SiC کرسٹل بے رنگ اور شفاف ہے۔ ڈوپڈ SiC کرسٹل اپنی مختلف خصوصیات کی وجہ سے مختلف رنگ دکھاتے ہیں، مثال کے طور پر، N ڈوپنگ کے بعد 6H-SiC سبز ہوتا ہے۔ 4H-SiC بھورا ہے۔ 15R-SiC پیلا ہے۔ Al کے ساتھ ڈوپڈ، 4H-SiC نیلا دکھائی دیتا ہے۔ رنگ کے فرق کو دیکھ کر SiC کرسٹل کی قسم میں فرق کرنے کا یہ ایک بدیہی طریقہ ہے۔ پچھلے 20 سالوں میں SiC سے متعلقہ شعبوں پر مسلسل تحقیق کے ساتھ، متعلقہ ٹیکنالوجیز میں زبردست پیش رفت ہوئی ہے۔

آٹھواں، SiC ترقی کی حیثیت کا تعارف

اس وقت، SiC صنعت تیزی سے کامل بن گئی ہے، سبسٹریٹ ویفرز سے،اورepitaxialویفرزڈیوائس کی تیاری اور پیکیجنگ کے لیے پوری صنعتی سلسلہ پختہ ہو چکا ہے، اور یہ SIC سے متعلقہ مصنوعات مارکیٹ میں فراہم کر سکتا ہے۔

کری SiC کرسٹل گروتھ انڈسٹری میں ایک رہنما ہے جس میں SiC سبسٹریٹ ویفرز کے سائز اور معیار دونوں میں نمایاں مقام حاصل ہے۔ کری فی الحال 300,000 SiC سبسٹریٹ چپس ہر سال تیار کرتی ہے، جو کہ عالمی ترسیل کا 80% سے زیادہ ہے۔

ستمبر 2019 میں، کری نے اعلان کیا کہ وہ نیو یارک اسٹیٹ، USA میں ایک نئی سہولت تعمیر کرے گی، جو 200 ملی میٹر قطر کی طاقت اور RF SiC سبسٹریٹ ویفرز کو اگانے کے لیے جدید ترین ٹیکنالوجی کا استعمال کرے گی، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ اس کی 200 ملی میٹر SiC سبسٹریٹ مواد کی تیاری کی ٹیکنالوجی ہے۔ زیادہ بالغ ہو جاؤ.

اس وقت مارکیٹ میں موجود SiC سبسٹریٹ چپس کی مرکزی دھارے کی مصنوعات بنیادی طور پر 4H-SiC اور 6H-SiC کنڈکٹیو اور 2-6 انچ کی نیم موصل قسمیں ہیں۔
اکتوبر 2015 میں، کری N-type اور LED کے لیے 200 mm SiC سبسٹریٹ ویفرز لانچ کرنے والی پہلی کمپنی تھی، جس نے مارکیٹ میں 8 انچ کے SiC سبسٹریٹ ویفرز کا آغاز کیا۔
2016 میں، Romm نے Venturi ٹیم کو اسپانسر کرنا شروع کیا اور روایتی 200 kW inverter میں IGBT + Si FRD سلوشن کو تبدیل کرنے کے لیے کار میں IGBT + SiC SBD مجموعہ استعمال کرنے والا پہلا شخص تھا۔ بہتری کے بعد اسی پاور کو برقرار رکھتے ہوئے انورٹر کے وزن میں 2 کلو اور سائز میں 19 فیصد کمی کی گئی ہے۔

2017 میں، SiC MOS + SiC SBD کو مزید اپنانے کے بعد، نہ صرف وزن میں 6 کلو گرام کی کمی ہوئی ہے، بلکہ سائز میں 43 فیصد کمی ہوئی ہے، اور انورٹر کی طاقت بھی 200 کلو واٹ سے بڑھا کر 220 کلو واٹ کر دی گئی ہے۔
Tesla کے 2018 میں اپنی ماڈل 3 مصنوعات کے مین ڈرائیو انورٹرز میں SIC پر مبنی ڈیوائسز کو اپنانے کے بعد، مظاہرے کے اثر کو تیزی سے بڑھایا گیا، جس سے xEV آٹوموٹیو مارکیٹ جلد ہی SiC مارکیٹ کے لیے جوش و خروش کا باعث بن گئی۔ SiC کے کامیاب اطلاق کے ساتھ، اس کی متعلقہ مارکیٹ آؤٹ پٹ ویلیو میں بھی تیزی سے اضافہ ہوا ہے۔

نویں، نتیجہ:

SiC سے متعلقہ صنعت کی ٹیکنالوجیز میں مسلسل بہتری کے ساتھ، اس کی پیداوار اور بھروسے میں مزید بہتری آئے گی، SiC آلات کی قیمت بھی کم ہو جائے گی، اور SiC کی مارکیٹ میں مسابقت زیادہ واضح ہو گی۔ مستقبل میں، SiC آلات مختلف شعبوں جیسے آٹوموبائل، مواصلات، پاور گرڈ، اور نقل و حمل میں زیادہ وسیع پیمانے پر استعمال کیے جائیں گے، اور مصنوعات کی مارکیٹ وسیع ہو جائے گی، اور مارکیٹ کے سائز کو مزید وسیع کیا جائے گا، جو ملک کے لیے ایک اہم معاون بن جائے گا۔ معیشت

پوسٹ ٹائم: جنوری-25-2024