സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സെറാമിക്സ് vs. സെമികണ്ടക്ടർ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്: രണ്ട് വ്യത്യസ്ത ലക്ഷ്യങ്ങളുള്ള ഒരേ വസ്തു.

1. അസംസ്കൃത വസ്തുക്കൾക്കുള്ള വ്യത്യസ്തമായ പരിശുദ്ധി ആവശ്യകതകൾ

 

സെറാമിക്-ഗ്രേഡ് SiC അതിന്റെ പൊടി ഫീഡ്‌സ്റ്റോക്കിന് താരതമ്യേന മൃദുവായ പരിശുദ്ധി ആവശ്യകതകൾ പാലിക്കുന്നു. സാധാരണയായി, 90%-98% പരിശുദ്ധിയുള്ള വാണിജ്യ-ഗ്രേഡ് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് മിക്ക ആപ്ലിക്കേഷൻ ആവശ്യങ്ങളും നിറവേറ്റാൻ കഴിയും, എന്നിരുന്നാലും ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഘടനാപരമായ സെറാമിക്‌സിന് 98%-99.5% പരിശുദ്ധി ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം (ഉദാഹരണത്തിന്, പ്രതികരണ-ബന്ധിത SiC-ക്ക് നിയന്ത്രിത സ്വതന്ത്ര സിലിക്കൺ ഉള്ളടക്കം ആവശ്യമാണ്). ഇത് ചില മാലിന്യങ്ങളെ സഹിക്കുകയും ചിലപ്പോൾ സിന്ററിംഗ് പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും, സിന്ററിംഗ് താപനില കുറയ്ക്കുന്നതിനും, അന്തിമ ഉൽപ്പന്ന സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് (Al₂O₃) അല്ലെങ്കിൽ യിട്രിയം ഓക്സൈഡ് (Y₂O₃) പോലുള്ള സിന്ററിംഗ് സഹായങ്ങൾ മനഃപൂർവ്വം ഉൾപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.

 

സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC-ക്ക് ഏതാണ്ട് പൂർണ്ണമായ പരിശുദ്ധി നിലവാരം ആവശ്യമാണ്. സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്-ഗ്രേഡ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ SiC-ക്ക് ≥99.9999% (6N) പരിശുദ്ധി ആവശ്യമാണ്, ചില ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് 7N (99.99999%) പരിശുദ്ധി ആവശ്യമാണ്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ 10¹⁶ ആറ്റങ്ങൾ/സെ.മീ³-ൽ താഴെ അശുദ്ധി സാന്ദ്രത നിലനിർത്തണം (പ്രത്യേകിച്ച് B, Al, V പോലുള്ള ആഴത്തിലുള്ള ലെവൽ മാലിന്യങ്ങൾ ഒഴിവാക്കുന്നു). ഇരുമ്പ് (Fe), അലുമിനിയം (Al), അല്ലെങ്കിൽ ബോറോൺ (B) പോലുള്ള ട്രെയ്‌സ് മാലിന്യങ്ങൾ പോലും കാരിയർ സ്‌കാറ്ററിംഗ് ഉണ്ടാക്കുന്നതിലൂടെയും, ബ്രേക്ക്ഡൗൺ ഫീൽഡ് ശക്തി കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെയും, ഒടുവിൽ ഉപകരണ പ്രകടനത്തിലും വിശ്വാസ്യതയിലും വിട്ടുവീഴ്ച ചെയ്യുന്നതിലൂടെയും വൈദ്യുത ഗുണങ്ങളെ സാരമായി ബാധിക്കും, ഇത് കർശനമായ അശുദ്ധി നിയന്ത്രണം ആവശ്യമായി വരും.

 

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയൽ

 

2. വ്യത്യസ്തമായ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളും ഗുണനിലവാരവും

 

സെറാമിക്-ഗ്രേഡ് SiC പ്രധാനമായും പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ പൊടിയായോ അല്ലെങ്കിൽ ക്രമരഹിതമായി ഓറിയന്റഡ് ആയ നിരവധി SiC മൈക്രോക്രിസ്റ്റലുകൾ ചേർന്ന സിന്റർ ചെയ്ത ബോഡികളായോ നിലനിൽക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട പോളിടൈപ്പുകളിൽ കർശനമായ നിയന്ത്രണമില്ലാതെ, മൊത്തത്തിലുള്ള മെറ്റീരിയൽ സാന്ദ്രതയിലും ഏകീകൃതതയിലും ഊന്നൽ നൽകിക്കൊണ്ട്, മെറ്റീരിയലിൽ ഒന്നിലധികം പോളിടൈപ്പുകൾ (ഉദാ. α-SiC, β-SiC) അടങ്ങിയിരിക്കാം. ഇതിന്റെ ആന്തരിക ഘടനയിൽ സമൃദ്ധമായ ധാന്യ അതിരുകളും സൂക്ഷ്മ സുഷിരങ്ങളും ഉണ്ട്, കൂടാതെ സിന്ററിംഗ് സഹായങ്ങളും (ഉദാ. Al₂O₃, Y₂O₃) അടങ്ങിയിരിക്കാം.

 

സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC, ഉയർന്ന ക്രമത്തിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളുള്ള സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളോ എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പാളികളോ ആയിരിക്കണം. ഇതിന് കൃത്യമായ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതിക വിദ്യകളിലൂടെ (ഉദാ. 4H-SiC, 6H-SiC) ലഭിച്ച പ്രത്യേക പോളിടൈപ്പുകൾ ആവശ്യമാണ്. ഇലക്ട്രോൺ മൊബിലിറ്റി, ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് തുടങ്ങിയ വൈദ്യുത ഗുണങ്ങൾ പോളിടൈപ്പ് തിരഞ്ഞെടുപ്പിനോട് വളരെ സെൻസിറ്റീവ് ആയതിനാൽ കർശനമായ നിയന്ത്രണം ആവശ്യമാണ്. നിലവിൽ, ഉയർന്ന കാരിയർ മൊബിലിറ്റി, ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ ഫീൽഡ് ശക്തി എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള മികച്ച വൈദ്യുത ഗുണങ്ങൾ കാരണം 4H-SiC വിപണിയിൽ ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നു, ഇത് പവർ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.

 

3. പ്രക്രിയ സങ്കീർണ്ണതയുടെ താരതമ്യം

 

സെറാമിക്-ഗ്രേഡ് SiC, "ഇഷ്ടിക നിർമ്മാണം" പോലെയുള്ള, താരതമ്യേന ലളിതമായ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളാണ് (പൊടി തയ്യാറാക്കൽ → രൂപീകരണം → സിന്ററിംഗ്) ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഈ പ്രക്രിയയിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

 

• വാണിജ്യ-ഗ്രേഡ് SiC പൊടി (സാധാരണയായി മൈക്രോൺ വലിപ്പമുള്ളത്) ബൈൻഡറുകളുമായി കലർത്തുന്നു.
• അമർത്തുന്നതിലൂടെ രൂപീകരണം
• കണികാ വ്യാപനത്തിലൂടെ സാന്ദ്രത കൈവരിക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന താപനില സിന്ററിംഗ് (1600-2200°C).
  മിക്ക ആപ്ലിക്കേഷനുകളും 90% ത്തിലധികം സാന്ദ്രതയിൽ തൃപ്തിപ്പെടുത്താൻ കഴിയും. മുഴുവൻ പ്രക്രിയയ്ക്കും കൃത്യമായ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ നിയന്ത്രണം ആവശ്യമില്ല, പകരം രൂപീകരണത്തിലും സിന്ററിംഗ് സ്ഥിരതയിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ പരിശുദ്ധി ആവശ്യകതകൾ ഉണ്ടെങ്കിലും, സങ്കീർണ്ണമായ ആകൃതികൾക്കുള്ള പ്രക്രിയ വഴക്കം ഗുണങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

 

സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC-യിൽ വളരെ സങ്കീർണ്ണമായ പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു (ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള പൊടി തയ്യാറാക്കൽ → സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വളർച്ച → എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ നിക്ഷേപം → ഉപകരണ നിർമ്മാണം). പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

 

• പ്രധാനമായും ഭൗതിക നീരാവി ഗതാഗതം (PVT) രീതിയിലൂടെയുള്ള അടിവസ്ത്ര തയ്യാറാക്കൽ
• അങ്ങേയറ്റത്തെ സാഹചര്യങ്ങളിൽ (2200-2400°C, ഉയർന്ന വാക്വം) SiC പൊടിയുടെ സപ്ലൈമേഷൻ
• താപനില ഗ്രേഡിയന്റുകളുടെ (±1°C) കൃത്യമായ നിയന്ത്രണം, മർദ്ദ പാരാമീറ്ററുകൾ
• രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (CVD) വഴിയുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർച്ച, ഒരേപോലെ കട്ടിയുള്ളതും ഡോപ്പ് ചെയ്തതുമായ പാളികൾ (സാധാരണയായി നിരവധി മുതൽ പത്ത് മൈക്രോൺ വരെ) സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
  മലിനീകരണം തടയുന്നതിന് മുഴുവൻ പ്രക്രിയയ്ക്കും അൾട്രാ-ക്ലീൻ പരിതസ്ഥിതികൾ (ഉദാ. ക്ലാസ് 10 ക്ലീൻറൂമുകൾ) ആവശ്യമാണ്. അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ പരിശുദ്ധി (>99.9999%), ഉപകരണങ്ങളുടെ സങ്കീർണ്ണത എന്നിവയ്‌ക്ക് കർശനമായ ആവശ്യകതകളോടെ, താപ മണ്ഡലങ്ങളിലും വാതക പ്രവാഹ നിരക്കുകളിലും നിയന്ത്രണം ആവശ്യമുള്ള, തീവ്രമായ പ്രക്രിയ കൃത്യത എന്നിവയാണ് സവിശേഷതകളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നത്.

 

4. കാര്യമായ ചെലവ് വ്യത്യാസങ്ങളും വിപണി ദിശാസൂചനകളും

 

സെറാമിക്-ഗ്രേഡ് SiC സവിശേഷതകൾ:

• അസംസ്കൃത വസ്തു: വാണിജ്യ-ഗ്രേഡ് പൊടി
• താരതമ്യേന ലളിതമായ പ്രക്രിയകൾ
• കുറഞ്ഞ വില: ടണ്ണിന് ആയിരം മുതൽ പതിനായിരം വരെ RMB.
• വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: അബ്രസീവുകൾ, റിഫ്രാക്ടറികൾ, മറ്റ് ചെലവ് സെൻസിറ്റീവ് വ്യവസായങ്ങൾ

 

സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC സവിശേഷതകൾ:

• നീണ്ട അടിവസ്ത്ര വളർച്ചാ ചക്രങ്ങൾ
• വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞ വൈകല്യ നിയന്ത്രണം
• കുറഞ്ഞ വിളവ് നിരക്കുകൾ
• ഉയർന്ന വില: 6 ഇഞ്ച് അടിവസ്ത്രത്തിന് ആയിരക്കണക്കിന് യുഎസ് ഡോളർ.
• കേന്ദ്രീകൃത വിപണികൾ: പവർ ഉപകരണങ്ങൾ, RF ഘടകങ്ങൾ പോലുള്ള ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഉപകരണങ്ങൾ.
  പുതിയ ഊർജ്ജ വാഹനങ്ങളുടെയും 5G ആശയവിനിമയങ്ങളുടെയും ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തോടെ, വിപണിയിലെ ആവശ്യം ക്രമാതീതമായി വളരുകയാണ്.

 

5. വ്യത്യസ്തമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാഹചര്യങ്ങൾ

 

സെറാമിക്-ഗ്രേഡ് SiC പ്രധാനമായും ഘടനാപരമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് "വ്യാവസായിക വർക്ക്ഹോഴ്സ്" ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. അതിന്റെ മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും (ഉയർന്ന കാഠിന്യം, വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം) താപ ഗുണങ്ങളും (ഉയർന്ന താപനില പ്രതിരോധം, ഓക്സിഡേഷൻ പ്രതിരോധം) പ്രയോജനപ്പെടുത്തി, ഇത് ഇനിപ്പറയുന്നവയിൽ മികവ് പുലർത്തുന്നു:

 

• ഉരച്ചിലുകൾ (അരക്കൽ ചക്രങ്ങൾ, സാൻഡ്പേപ്പർ)
• റിഫ്രാക്ടറികൾ (ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ചൂള ലൈനിംഗുകൾ)
• തേയ്മാനം/നാശന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ഘടകങ്ങൾ (പമ്പ് ബോഡികൾ, പൈപ്പ് ലൈനിംഗുകൾ)

 

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സെറാമിക് ഘടനാ ഘടകങ്ങൾ

 

സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC "ഇലക്ട്രോണിക് എലൈറ്റ്" ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ സവിശേഷമായ ഗുണങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നതിന് അതിന്റെ വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ ഗുണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു:

 

• പവർ ഉപകരണങ്ങൾ: ഇവി ഇൻവെർട്ടറുകൾ, ഗ്രിഡ് കൺവെർട്ടറുകൾ (പവർ കൺവേർഷൻ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു)
• ആർ‌എഫ് ഉപകരണങ്ങൾ: 5G ബേസ് സ്റ്റേഷനുകൾ, റഡാർ സിസ്റ്റങ്ങൾ (ഉയർന്ന പ്രവർത്തന ആവൃത്തികൾ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു)
• ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക്സ്: നീല എൽഇഡികൾക്കുള്ള അടിവസ്ത്ര മെറ്റീരിയൽ.

 

200-മില്ലീമീറ്റർ SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ

 

അളവ്	സെറാമിക്-ഗ്രേഡ് SiC	സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC
ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന	പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ, ഒന്നിലധികം പോളിടൈപ്പുകൾ	ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ, കർശനമായി തിരഞ്ഞെടുത്ത പോളിടൈപ്പുകൾ
പ്രോസസ് ഫോക്കസ്	സാന്ദ്രതയും ആകൃതി നിയന്ത്രണവും	ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരവും വൈദ്യുത സ്വത്ത് നിയന്ത്രണവും
പ്രകടന മുൻഗണന	മെക്കാനിക്കൽ ശക്തി, നാശന പ്രതിരോധം, താപ സ്ഥിരത	വൈദ്യുത സവിശേഷതകൾ (ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ്, ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ ഫീൽഡ് മുതലായവ)
ആപ്ലിക്കേഷൻ സാഹചര്യങ്ങൾ	ഘടനാ ഘടകങ്ങൾ, ധരിക്കാൻ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ഭാഗങ്ങൾ, ഉയർന്ന താപനില ഘടകങ്ങൾ	ഉയർന്ന പവർ ഉപകരണങ്ങൾ, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങൾ, ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ
കോസ്റ്റ് ഡ്രൈവറുകൾ	പ്രക്രിയയുടെ വഴക്കം, അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ വില	ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ നിരക്ക്, ഉപകരണ കൃത്യത, അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ പരിശുദ്ധി

 

ചുരുക്കത്തിൽ, അടിസ്ഥാനപരമായ വ്യത്യാസം അവയുടെ വ്യത്യസ്തമായ പ്രവർത്തനപരമായ ഉദ്ദേശ്യങ്ങളിൽ നിന്നാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്: സെറാമിക്-ഗ്രേഡ് SiC "രൂപം (ഘടന)" ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതേസമയം സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC "പ്രോപ്പർട്ടികൾ (ഇലക്ട്രിക്കൽ)" ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആദ്യത്തേത് ചെലവ് കുറഞ്ഞ മെക്കാനിക്കൽ/താപ പ്രകടനം പിന്തുടരുന്നു, രണ്ടാമത്തേത് ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള, ഒറ്റ-ക്രിസ്റ്റൽ ഫങ്ഷണൽ മെറ്റീരിയൽ എന്ന നിലയിൽ മെറ്റീരിയൽ തയ്യാറാക്കൽ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പരകോടിയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഒരേ രാസ ഉത്ഭവം പങ്കിടുന്നുണ്ടെങ്കിലും, സെറാമിക്-ഗ്രേഡും സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് SiC യും പരിശുദ്ധി, ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന, നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകൾ എന്നിവയിൽ വ്യക്തമായ വ്യത്യാസങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു - എന്നിട്ടും രണ്ടും അതത് ഡൊമെയ്‌നുകളിൽ വ്യാവസായിക ഉൽപ്പാദനത്തിനും സാങ്കേതിക പുരോഗതിക്കും ഗണ്യമായ സംഭാവനകൾ നൽകുന്നു.