سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں ایس آئی سی سبسٹریٹس اور کرسٹل گروتھ کا اہم کردار

سلکان کاربائیڈ (SiC) انڈسٹری چین کے اندر، سبسٹریٹ سپلائرز بنیادی طور پر قدر کی تقسیم کی وجہ سے اہم فائدہ اٹھاتے ہیں۔SiC سبسٹریٹس کل قیمت کا 47% ہے، اس کے بعد epitaxial تہہ 23% ہےجبکہ ڈیوائس ڈیزائن اور مینوفیکچرنگ باقی 30% ہے۔ یہ الٹی ویلیو چین سبسٹریٹ اور ایپیٹیکسیل پرت کی پیداوار میں شامل اعلی تکنیکی رکاوٹوں سے پیدا ہوتی ہے۔

3 بڑے چیلنجز SiC سبسٹریٹ کی نمو کو متاثر کرتے ہیں:سخت ترقی کے حالات، سست ترقی کی شرح، اور کرسٹاللوگرافک ضروریات کا مطالبہ. یہ پیچیدگیاں پروسیسنگ کی دشواری میں اضافہ کرتی ہیں، جس کے نتیجے میں مصنوعات کی کم پیداوار اور زیادہ لاگت آتی ہے۔ مزید برآں، ایپیٹیکسیل پرت کی موٹائی اور ڈوپنگ ارتکاز اہم پیرامیٹرز ہیں جو براہ راست ڈیوائس کی حتمی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔

SiC سبسٹریٹ مینوفیکچرنگ کا عمل:

خام مال کی ترکیب:اعلی پاکیزگی والے سلکان اور کاربن پاؤڈر کو ایک مخصوص ترکیب کے مطابق احتیاط سے ملایا جاتا ہے۔ یہ مرکب ایک اعلی درجہ حرارت کے رد عمل سے گزرتا ہے (2000 ° C سے اوپر) SiC ذرات کو کنٹرول شدہ کرسٹل ڈھانچے اور ذرہ سائز کے ساتھ ترکیب کرنے کے لیے۔ بعد میں کرشنگ، چھلنی اور صفائی کے عمل سے کرسٹل کی نشوونما کے لیے موزوں اعلیٰ پاکیزگی والا SiC پاؤڈر ملتا ہے۔

کرسٹل کی ترقی:SiC سبسٹریٹ مینوفیکچرنگ میں سب سے اہم قدم کے طور پر، کرسٹل کی نمو سبسٹریٹ کی برقی خصوصیات کا تعین کرتی ہے۔ فی الحال، فزیکل ویپر ٹرانسپورٹ (PVT) طریقہ تجارتی SiC کرسٹل نمو پر حاوی ہے۔ متبادلات میں ہائی ٹمپریچر کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (HT-CVD) اور مائع فیز ایپیٹیکسی (LPE) شامل ہیں، حالانکہ ان کا تجارتی اختیار محدود ہے۔

کرسٹل پروسیسنگ:اس مرحلے میں پیچیدہ مراحل کی ایک سیریز کے ذریعے SiC باؤلز کو پالش ویفرز میں تبدیل کرنا شامل ہے: انگوٹ پروسیسنگ، ویفر سلائسنگ، پیسنا، پالش کرنا اور صفائی کرنا۔ ہر قدم اعلی درستگی کے سازوسامان اور مہارت کا مطالبہ کرتا ہے، بالآخر حتمی SiC سبسٹریٹ کے معیار اور کارکردگی کو یقینی بناتا ہے۔

1. SiC کرسٹل گروتھ میں تکنیکی چیلنجز:

SiC کرسٹل کی ترقی کو کئی تکنیکی رکاوٹوں کا سامنا ہے:

اعلی نمو کا درجہ حرارت:2300 ° C سے زیادہ، یہ درجہ حرارت ترقی کی بھٹی کے اندر درجہ حرارت اور دباؤ دونوں پر سخت کنٹرول کی ضرورت ہے۔

پولی ٹائپزم کنٹرول:SiC 250 سے زیادہ پولی ٹائپس کی نمائش کرتا ہے، جس میں 4H-SiC الیکٹرانک ایپلی کیشنز کے لیے انتہائی مطلوب ہے۔ اس مخصوص پولی ٹائپ کو حاصل کرنے کے لیے نمو کے دوران سلکان سے کاربن کے تناسب، درجہ حرارت کے میلان، اور گیس کے بہاؤ کی حرکیات پر قطعی کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔

سست ترقی کی شرح:PVT، تجارتی طور پر قائم ہونے کے دوران، تقریباً 0.3-0.5mm/h کی سست شرح نمو کا شکار ہے۔ 2 سینٹی میٹر کرسٹل کو اگانے میں تقریباً 7 دن لگتے ہیں، زیادہ سے زیادہ قابل حصول کرسٹل کی لمبائی 3-5 سینٹی میٹر تک محدود ہے۔ یہ سیلیکون کرسٹل کی نمو کے ساتھ بالکل متصادم ہے، جہاں باؤلز 72 گھنٹوں کے اندر 2-3m اونچائی تک پہنچ جاتے ہیں، نئی سہولیات میں قطر 6-8 انچ اور یہاں تک کہ 12 انچ تک پہنچ جاتا ہے۔ یہ تضاد SiC انگوٹ کے قطر کو محدود کرتا ہے، عام طور پر 4 سے 6 انچ تک۔

جبکہ فزیکل ویپر ٹرانسپورٹ (PVT) تجارتی SiC کرسٹل نمو پر حاوی ہے، متبادل طریقے جیسے ہائی ٹمپریچر کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (HT-CVD) اور Liquid Fase Epitaxy (LPE) الگ الگ فوائد پیش کرتے ہیں۔ تاہم، اپنی حدود پر قابو پانا اور شرح نمو اور کرسٹل کوالٹی کو بڑھانا وسیع تر SiC انڈسٹری کو اپنانے کے لیے بہت اہم ہے۔

یہاں ان کرسٹل نمو کی تکنیکوں کا تقابلی جائزہ ہے:

(1) جسمانی بخارات کی نقل و حمل (PVT):

اصول: SiC کرسٹل نمو کے لیے "sublimation-transport-recrystallization" میکانزم کا استعمال کرتا ہے۔

عمل: اعلی پاکیزگی کاربن اور سلکان پاؤڈر عین تناسب میں ملا دیئے جاتے ہیں۔ SiC پاؤڈر اور ایک بیج کرسٹل بالترتیب ترقی کی بھٹی کے اندر ایک کروسیبل کے نیچے اور اوپر رکھا جاتا ہے۔ 2000 ° C سے زیادہ درجہ حرارت درجہ حرارت کا میلان پیدا کرتا ہے، جس کی وجہ سے SiC پاؤڈر سرفہرست ہو جاتا ہے اور بیج کرسٹل پر دوبارہ کرسٹلائز ہو جاتا ہے، جس سے باؤل بنتا ہے۔

خرابیاں: سست شرح نمو (7 دنوں میں تقریباً 2 سینٹی میٹر)، پرجیوی ردعمل کے لیے حساسیت جس کی وجہ سے بڑھے ہوئے کرسٹل میں زیادہ خرابی کی کثافت ہوتی ہے۔

(2) اعلی درجہ حرارت کیمیائی بخارات جمع (HT-CVD):

اصول: 2000-2500 ° C کے درمیان درجہ حرارت پر، اعلی طہارت کی پیشگی گیسیں جیسے سائلین، ایتھین یا پروپین، اور ہائیڈروجن کو ایک رد عمل کے چیمبر میں متعارف کرایا جاتا ہے۔ یہ گیسیں اعلی درجہ حرارت والے زون میں گل جاتی ہیں، جس سے گیسی ایس آئی سی کے پیش خیمہ بنتے ہیں جو بعد میں نچلے درجہ حرارت والے علاقے میں بیج کرسٹل پر جمع اور کرسٹلائز ہوتے ہیں۔

فوائد: کرسٹل کی مسلسل نشوونما کو قابل بناتا ہے، اعلی پاکیزگی والی گیسی پیشگی استعمال کرتا ہے جس کے نتیجے میں کم نقائص کے ساتھ اعلی طہارت کے SiC کرسٹل ہوتے ہیں۔

خرابیاں: سست شرح نمو (تقریباً 0.4-0.5mm/h)، اعلی سازوسامان اور آپریشنل اخراجات، گیس کے ان لیٹ اور آؤٹ لیٹس کے بند ہونے کی حساسیت۔

(3) مائع فیز ایپیٹیکسی (LPE):

(اگرچہ آپ کے اقتباس میں شامل نہیں ہے، میں مکمل ہونے کے لیے LPE کا ایک مختصر جائزہ شامل کر رہا ہوں۔)

اصول: ایک "تحلیل-برسات" میکانزم استعمال کرتا ہے۔ 1400-1800 ° C کے درجہ حرارت پر، کاربن اعلی طہارت کے سلکان پگھلنے میں تحلیل ہو جاتا ہے۔ جیسے ہی ٹھنڈا ہوتا ہے، SiC کرسٹل سپر سیچوریٹڈ محلول سے باہر نکل جاتے ہیں۔

فوائد: نمو کا کم درجہ حرارت ٹھنڈک کے دوران تھرمل دباؤ کو کم کرتا ہے، جس کے نتیجے میں خرابی کی کثافت کم ہوتی ہے اور کرسٹل کا معیار زیادہ ہوتا ہے۔ PVT کے مقابلے میں نمایاں طور پر تیزی سے ترقی کی شرح پیش کرتا ہے۔

خرابیاں: کروسیبل سے دھات کی آلودگی کا خطرہ، قابل حصول کرسٹل سائز میں محدود، بنیادی طور پر لیبارٹری کے پیمانے پر ترقی تک محدود۔

ہر طریقہ منفرد فوائد اور حدود پیش کرتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ ترقی کی تکنیک کا انتخاب مخصوص درخواست کی ضروریات، لاگت کے تحفظات، اور مطلوبہ کرسٹل خصوصیات پر منحصر ہے۔

2. SiC کرسٹل پروسیسنگ چیلنجز اور حل:

ویفر سلائسنگ:SiC کی سختی، ٹوٹ پھوٹ، اور رگڑنے کی مزاحمت سلائسنگ کو مشکل بناتی ہے۔ روایتی ہیرے کی تار کاٹنے میں وقت لگتا ہے، فضول خرچ اور مہنگا ہوتا ہے۔ حلوں میں سلائسنگ کی کارکردگی اور ویفر کی پیداوار کو بہتر بنانے کے لیے لیزر ڈائسنگ اور کولڈ اسپلٹنگ تکنیک شامل ہیں۔

ویفر کا پتلا ہونا:SiC کی کم فریکچر سختی اسے پتلا ہونے کے دوران کریک کرنے کا خطرہ بناتی ہے، یکساں موٹائی میں کمی کو روکتی ہے۔ موجودہ تکنیک گھومنے والی پیسنے پر انحصار کرتی ہیں، جو پہیے کے پہننے اور سطح کو پہنچنے والے نقصان سے دوچار ہوتی ہے۔ الٹراسونک وائبریشن اسسٹڈ گرائنڈنگ اور الیکٹرو کیمیکل مکینیکل پالش جیسے جدید طریقے مواد کو ہٹانے کی شرح کو بڑھانے اور سطح کے نقائص کو کم کرنے کے لیے تلاش کیے جا رہے ہیں۔

3. مستقبل کا آؤٹ لک:

SiC کرسٹل کی نمو اور ویفر پروسیسنگ کو بہتر بنانا SiC کو وسیع پیمانے پر اپنانے کے لیے بہت ضروری ہے۔ مستقبل کی تحقیق ترقی کی شرح کو بڑھانے، کرسٹل کے معیار کو بہتر بنانے، اور اس امید افزا سیمی کنڈکٹر مواد کی مکمل صلاحیت کو کھولنے کے لیے ویفر پروسیسنگ کی کارکردگی کو بڑھانے پر توجہ مرکوز کرے گی۔**