सिलिकॉन कार्बाइड के पिछले जीवन को समझें!

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) को कच्चे माल के रूप में क्वार्ट्ज रेत, पेट्रोलियम कोक (या कोयला कोक), और लकड़ी के चिप्स का उपयोग करके एक प्रतिरोध भट्टी में उच्च तापमान पर गलाया जाता है। सिलिकॉन कार्बाइड प्रकृति में एक दुर्लभ खनिज, मोइसानाइट के रूप में भी मौजूद है। सिलिकॉन कार्बाइड को मोइसानाइट भी कहा जाता है। समकालीन गैर-ऑक्साइड उच्च तकनीक वाले दुर्दम्य कच्चे माल जैसे सी, एन और बी में, सिलिकॉन कार्बाइड सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला और किफायती है। इसे एमरी रेत या दुर्दम्य रेत कहा जा सकता है।

1. सिलिकॉन कार्बाइड का अतीत और वर्तमान जीवन
इसके स्थिर रासायनिक गुणों, उच्च तापीय चालकता, छोटे तापीय विस्तार गुणांक और अच्छे पहनने के प्रतिरोध के कारण, सिलिकॉन कार्बाइड के अपघर्षक के रूप में उपयोग किए जाने के अलावा कई अन्य उपयोग भी हैं, जैसे सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर को एक विशेष प्रक्रिया के साथ आंतरिक दीवार पर कोटिंग करना। टरबाइन प्ररित करनेवाला या सिलेंडर ब्लॉक, यह इसके पहनने के प्रतिरोध में सुधार कर सकता है और इसकी सेवा जीवन को 1 से 2 गुना तक बढ़ा सकता है; इससे बनी उन्नत दुर्दम्य सामग्री थर्मल शॉक प्रतिरोधी, आकार में छोटी, वजन में हल्की, उच्च शक्ति वाली और अच्छी ऊर्जा बचत प्रभाव वाली है। निम्न-ग्रेड सिलिकॉन कार्बाइड (लगभग 85% SiC युक्त) एक उत्कृष्ट डीऑक्सीडाइज़र है। यह इस्पात निर्माण में तेजी ला सकता है, रासायनिक संरचना के नियंत्रण की सुविधा प्रदान कर सकता है और इस्पात की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है। इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग विद्युत ताप तत्वों के लिए सिलिकॉन कार्बाइड छड़ के उत्पादन में भी व्यापक रूप से किया जाता है।
सिलिकॉन कार्बाइड बहुत कठोर है, इसकी मोह कठोरता 9.5 है, जो दुनिया के सबसे कठोर हीरे (स्तर 10) के बाद दूसरे स्थान पर है। इसमें उत्कृष्ट तापीय चालकता है, एक अर्धचालक है, और उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण का विरोध कर सकता है।

2. सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की लाभप्रद विशेषताएं
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) वर्तमान में सबसे परिपक्व वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री है। दुनिया भर के देश SiC के अनुसंधान को बहुत महत्व देते हैं और सक्रिय विकास में बहुत सारी जनशक्ति और भौतिक संसाधनों का निवेश किया है। संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोप, जापान आदि ने न केवल राष्ट्रीय स्तर पर संबंधित अनुसंधान योजनाएं तैयार की हैं, बल्कि कुछ अंतरराष्ट्रीय इलेक्ट्रॉनिक्स दिग्गजों ने भी सिलिकॉन कार्बाइड सेमीकंडक्टर उपकरणों के विकास में भारी निवेश किया है।
साधारण सिलिकॉन की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग करने वाले घटकों में निम्नलिखित विशेषताएं होती हैं:

उच्च-वोल्टेज विशेषताएँ:
सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण समकक्ष सिलिकॉन उपकरणों के वोल्टेज प्रतिरोध से 10 गुना अधिक हैं।
सिलिकॉन कार्बाइड शोट्की ट्यूबों का वोल्टेज प्रतिरोध 2400V तक पहुंच सकता है।
सिलिकॉन कार्बाइड क्षेत्र प्रभाव ट्यूब हजारों वोल्ट के वोल्टेज का सामना कर सकते हैं, और उनका ऑन-स्टेट प्रतिरोध बहुत बड़ा नहीं है।

उच्च आवृत्ति विशेषताएँ:

उच्च तापमान विशेषताएँ:
आज, जब Si सामग्री सैद्धांतिक प्रदर्शन सीमा के करीब है, SiC बिजली उपकरणों को हमेशा "आदर्श उपकरण" माना जाता है और उनके उच्च वोल्टेज, कम नुकसान, उच्च दक्षता और अन्य विशेषताओं के कारण उच्च प्रत्याशित होते हैं। हालाँकि, पिछले Si सामग्री उपकरणों की तुलना में, SiC पावर उपकरणों के प्रदर्शन और लागत और उच्च प्रौद्योगिकी के लिए उनकी मांग के बीच संतुलन इस बात की कुंजी बन जाएगा कि क्या SiC पावर डिवाइस वास्तव में लोकप्रिय हो सकते हैं।

वर्तमान में, कम-शक्ति वाले सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण प्रयोगशाला से व्यावहारिक उपकरण उत्पादन चरण में प्रवेश कर चुके हैं। वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स की कीमत अभी भी अपेक्षाकृत अधिक है, और उनमें कई दोष भी हैं। निरंतर अनुसंधान और विकास के माध्यम से, यह उम्मीद की जाती है कि सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण 2010 के आसपास बिजली उपकरण बाजार पर हावी हो जाएंगे। लेकिन यह मामला नहीं है।

3. सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की वर्तमान विकास स्थिति क्या है?
1. तकनीकी पैरामीटर: उदाहरण के लिए, शोट्की डायोड वोल्टेज 250 वोल्ट से बढ़कर 1,33 वोल्ट से अधिक हो जाता है, चिप क्षेत्र छोटा होता है, लेकिन करंट केवल कुछ दसियों एम्प्स का होता है। ऑपरेटिंग तापमान को 180 डिग्री तक बढ़ा दिया गया है, जो 600 डिग्री की शुरूआत से बहुत दूर है। वोल्टेज ड्रॉप और भी अधिक असंतोषजनक है, यह सिलिकॉन सामग्री से अलग नहीं है, और उच्च फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप 2V तक पहुंचना चाहिए।
2. बाजार मूल्य: सिलिकॉन सामग्री विनिर्माण का लगभग 5 से 6 गुना।

4. सिलिकॉन कार्बाइड के विकास में क्या कठिनाइयाँ हैं (SiC ) डिवाइस?सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के विकास में समस्या चिप के सिद्धांत डिजाइन, विशेष रूप से चिप संरचना डिजाइन नहीं है। इसे सुलझाना कठिन नहीं है. कठिनाई चिप संरचना की निर्माण प्रक्रिया को साकार करने में है। उदाहरण इस प्रकार हैं: 1. सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स का माइक्रोपाइप दोष घनत्व। 2. एपिटैक्सियल प्रक्रिया दक्षता कम है। 3. डोपिंग प्रक्रिया की विशेष आवश्यकताएं होती हैं।

4. ओमिक संपर्क का उत्पादन. 5. सहायक सामग्रियों का तापमान प्रतिरोध।

उपरोक्त केवल कुछ उदाहरण हैं, सभी नहीं। अभी भी कई प्रक्रिया समस्याएं हैं जिनका कोई आदर्श समाधान नहीं है, जैसे कि सिलिकॉन कार्बाइड सेमीकंडक्टर सतह ट्रेंचिंग प्रक्रिया, टर्मिनल निष्क्रियता प्रक्रिया, और सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET उपकरणों की दीर्घकालिक स्थिरता पर गेट ऑक्साइड परत की इंटरफ़ेस स्थिति का प्रभाव। क्या उद्योग जगत अभी तक आम सहमति पर पहुंच पाया है? लगातार निष्कर्षों आदि ने सिलिकॉन कार्बाइड बिजली उपकरणों के तेजी से विकास में बहुत बाधा डाली है।

5. सिलिकॉन कार्बाइड के मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्रों का विकास अवलोकन

वर्तमान में, सेमीकंडक्टर सामग्रियों की तीसरी पीढ़ी स्वच्छ ऊर्जा और इलेक्ट्रॉनिक सूचना प्रौद्योगिकी की एक नई पीढ़ी में क्रांति ला रही है। चाहे वह प्रकाश व्यवस्था, घरेलू उपकरण, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरण, नई ऊर्जा वाहन, स्मार्ट ग्रिड, या सैन्य आपूर्ति हो, ये उच्च प्रदर्शन वाले अर्धचालक सामग्री की भारी मांग है। तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों के विकास के अनुसार, इसके मुख्य अनुप्रयोग अर्धचालक प्रकाश, बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, लेजर और डिटेक्टर और चार अन्य क्षेत्र हैं।
1. सेमीकंडक्टर प्रकाश व्यवस्था
चार अनुप्रयोग क्षेत्रों में से, सेमीकंडक्टर प्रकाश उद्योग सबसे तेजी से विकसित हुआ है और इसने दसियों अरबों डॉलर का उद्योग पैमाना बनाया है।
2. पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण
पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में, व्यापक बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स का अनुप्रयोग अभी शुरू हुआ है, और बाजार का आकार केवल कुछ सौ मिलियन अमेरिकी डॉलर है। इसका अनुप्रयोग मुख्य रूप से सैन्य अत्याधुनिक उपकरणों के क्षेत्र में केंद्रित है और धीरे-धीरे नागरिक क्षेत्र तक विस्तारित हो रहा है।
3. लेजर और डिटेक्टर
लेजर और डिटेक्टर अनुप्रयोगों के क्षेत्र में, GaN-आधारित लेजर एक विस्तृत स्पेक्ट्रम रेंज को कवर कर सकते हैं और नीले, हरे और पराबैंगनी लेजर और पराबैंगनी पहचान के निर्माण का एहसास कर सकते हैं।
4. अन्य अनुप्रयोग
अत्याधुनिक अनुसंधान के क्षेत्र में, व्यापक बैंडगैप अर्धचालकों का उपयोग सौर कोशिकाओं, बायोसेंसर, जल-आधारित हाइड्रोजन उत्पादन मीडिया और अन्य उभरते अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। वर्तमान में, ये गर्म क्षेत्र अभी भी प्रयोगशाला अनुसंधान और विकास चरण में हैं।