8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल के अध्ययन में प्रगति हुई है

SiC एपिटैक्सियल परत की उच्च गुणवत्ता वाली क्रिस्टल गुणवत्ता की विशेषताएं SiC घटकों की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए एपिटैक्सियल परत में उच्च शुद्धता और कम दोष घनत्व की क्रिस्टल संरचना होनी चाहिए। अच्छी सतह स्थलाकृति के साथ एपिटैक्सियल परत की सतह स्पष्ट चरणों और अशुद्धता कणों के बिना सपाट और चिकनी होनी चाहिए, जो SiC घटकों की स्थिरता में सुधार करने में मदद करती है। एपीटैक्सियल परत में डोपिंग तत्वों को समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए, जो यह सुनिश्चित कर सकता है कि SiC घटकों का विद्युत प्रदर्शन सुसंगत है। उच्च गुणवत्ता वाली SiC एपिटैक्सियल परत प्राप्त करने के लिए, उन्नत विकास प्रौद्योगिकी और प्रक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता होती है। साथ ही एपिटैक्सियल परत की भी जरूरत होती है।

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) एक वाइड बैंड गैप यौगिक अर्धचालक है जिसमें उच्च ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत (Si की लगभग 10 गुना), उच्च संतृप्त इलेक्ट्रॉन बहाव दर (Si की लगभग 2 गुना), और उच्च तापीय चालकता (Si की 3 गुना) है। और GaAs का 10 गुना)। समान सिलिकॉन-आधारित उपकरणों की तुलना में, SiC उपकरणों में उच्च तापमान प्रतिरोध, उच्च वोल्टेज प्रतिरोध, उच्च आवृत्ति विशेषताओं, उच्च रूपांतरण दक्षता, छोटे आकार और हल्के वजन आदि के फायदे हैं, और इलेक्ट्रिक वाहनों, रेल पारगमन में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्षमता है। , उच्च वोल्टेज विद्युत पारेषण और परिवर्तन, फोटोवोल्टिक, 5जी संचार और अन्य क्षेत्र। उच्च गुणवत्ता, कम लागत और बड़े आकार का SiC सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट SiC उपकरणों को तैयार करने का आधार है, और स्वतंत्र बौद्धिक संपदा अधिकारों के साथ SiC क्रिस्टल विकास और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी में महारत हासिल करना संबंधित क्षेत्रों में अनुसंधान का फोकस रहा है।

1999 से, उन्नत सामग्री और संरचनात्मक विश्लेषण की प्रमुख प्रयोगशाला, इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज/बीजिंग नेशनल रिसर्च सेंटर फॉर कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स के चेन शियाओलोंग की शोध टीम ने स्वतंत्र नवाचार के आधार पर थर्मोडायनामिक्स के बुनियादी नियमों का व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया है। और स्व-विकसित विकास उपकरण के साथ SiC क्रिस्टल विकास की विकास गतिशीलता, और क्रिस्टल विकास के दौरान चरण संक्रमण और दोषों के गठन तंत्र को समझा। प्रस्तावित दोष, प्रतिरोधकता नियंत्रण और विस्तार विधियों ने विकास उपकरण से लेकर उच्च गुणवत्ता वाले SiC क्रिस्टल विकास और प्रसंस्करण तक प्रमुख प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला बनाई, और लगातार SiC क्रिस्टल के व्यास को 10 मिमी (2000) से कम से 2 इंच (2005) तक बढ़ाया। . 2006 में, टीम ने चीन में SiC सिंगल क्रिस्टल के औद्योगीकरण का बीड़ा उठाया, बीजिंग तियानके हेडा सेमीकंडक्टर कंपनी लिमिटेड में अनुसंधान परिणामों को सफलतापूर्वक बदल दिया, और 4-इंच (2010) और 6-इंच (2014) को सफलतापूर्वक विकसित किया। उद्योग, विश्वविद्यालय और अनुसंधान के संयोजन के माध्यम से SiC एकल क्रिस्टल। वर्तमान में, बीजिंग तियान्के हेडा ने 4-6 इंच SiC सबस्ट्रेट्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन और बिक्री का एहसास किया है, और अंतरराष्ट्रीय SiC प्रवाहकीय वेफर्स के मुख्य आपूर्तिकर्ताओं में से एक बन गया है।

SiC डिवाइस की लागत मुख्य रूप से सब्सट्रेट, एपिटैक्सियल, फ्लो प्लेट और सीलिंग और अन्य लिंक द्वारा बनाई जाती है, और सब्सट्रेट SiC डिवाइस की लागत का 45% तक होता है। एकल उपकरण की लागत को कम करने और SiC सब्सट्रेट आकार को और विस्तारित करने के लिए, एकल सब्सट्रेट पर उपकरणों की संख्या बढ़ाना लागत को कम करने का मुख्य तरीका है। 8-इंच SiC सब्सट्रेट में 6-इंच वाले सब्सट्रेट की तुलना में महत्वपूर्ण लागत में कमी का लाभ होगा। यह बताया गया है कि अंतरराष्ट्रीय 8-इंच SiC सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट सफलतापूर्वक विकसित किया गया है, लेकिन अभी तक कोई उत्पाद बाजार में नहीं लाया गया है।

8-इंच SiC क्रिस्टल विकास की कठिनाई इस प्रकार है: सबसे पहले, 8-इंच बीज क्रिस्टल विकसित किया जाना चाहिए; दूसरे, बड़े आकार के कारण असमान तापमान क्षेत्र और गैस चरण सामग्री वितरण और परिवहन दक्षता की समस्या को हल करना आवश्यक है। इसके अलावा, बढ़ते तनाव के कारण होने वाली क्रिस्टल क्रैकिंग की समस्या का समाधान करना आवश्यक है। मौजूदा शोध के आधार पर, 2017 में, शोधकर्ता चेन शियाओलोंग, डॉक्टरेट छात्र यांग नैजी, सहयोगी शोधकर्ता ली हुई और मुख्य अभियंता वांग वेनजुन ने 8-इंच SiC क्रिस्टल का अध्ययन करना शुरू किया। निरंतर अनुसंधान के माध्यम से, उन्होंने कमरे के तापमान क्षेत्र वितरण और 8 इंच की वृद्धि के उच्च तापमान गैस चरण परिवहन विशेषताओं में महारत हासिल की। बीज क्रिस्टल के रूप में 6-इंच SiC का उपयोग करते हुए, उन्होंने SiC के विस्तार और विकास के लिए अनुकूल एक उपकरण डिज़ाइन किया। व्यास के विस्तार की प्रक्रिया में बीज क्रिस्टल के किनारे पर पॉलीक्रिस्टलाइन न्यूक्लियेशन की समस्या हल हो गई है। कच्चे माल के परिवहन की दक्षता में सुधार के लिए एक नए प्रकार का विकास उपकरण डिज़ाइन किया गया है। कई पुनरावृत्तियों के माध्यम से, SiC क्रिस्टल का आकार धीरे-धीरे विस्तारित होता है। एनीलिंग प्रक्रिया में सुधार करके, क्रिस्टल में तनाव कम हो जाता है और क्रिस्टल का टूटना रुक जाता है। 8 इंच का SiC क्रिस्टल शुरू में अक्टूबर 2021 में एक स्व-विकसित सब्सट्रेट पर उगाया गया था।

8-इंच SiC कंडक्टिव सिंगल क्रिस्टल का सफल विकास वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर्स के क्षेत्र में भौतिकी संस्थान द्वारा की गई एक और ऐतिहासिक प्रगति है। अनुसंधान और विकास परिणामों के परिवर्तन के बाद, यह चीन के SiC सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट की अंतर्राष्ट्रीय प्रतिस्पर्धात्मकता को बढ़ाने में मदद करेगा और चीन के वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर उद्योग के तेजी से विकास को बढ़ावा देगा।

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