इलेक्ट्रिक वाहनों, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों और अगली पीढ़ी की संचार तकनीकों के तेजी से उदय से प्रेरित, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सब्सट्रेट उद्योग ने त्वरित विस्तार की अवधि में प्रवेश किया है। वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स में एक मुख्य सामग्री के रूप में, SiC पारंपरिक सिलिकॉन की सीमाओं से परे उच्च तापमान, उच्च वोल्टेज और उच्च-आवृत्ति डिवाइस प्रदर्शन को सक्षम बनाता है। उत्पादन क्षमता बढ़ने के साथ, बाजार व्यापक रूप से अपनाने, कम लागत और निरंतर प्रौद्योगिकी वृद्धि की ओर बढ़ रहा है।
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिलिकॉन और कार्बन से बना एक सिंथेटिक यौगिक है। इसमें बहुत उच्च गलनांक (~2700°C), हीरे के बाद दूसरा सबसे कठोर, उच्च तापीय चालकता, एक विस्तृत बैंडगैप, एक उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र और तेज़ इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव वेग है। ये विशेषताएं SiC को पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और RF अनुप्रयोगों के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्रियों में से एक बनाती हैं।
SiC सब्सट्रेट को विद्युत प्रतिरोधकता द्वारा वर्गीकृत किया गया है:
अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट (≥10⁵ Ω·cm), 5G संचार, रडार और उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स में GaN-on-SiC RF उपकरणों के लिए उपयोग किया जाता है।
कंडक्टिव सब्सट्रेट (15–30 mΩ·cm), EVs, नवीकरणीय ऊर्जा, औद्योगिक मॉड्यूल और रेल ट्रांजिट के लिए पावर उपकरणों में SiC एपिटैक्सियल वेफर्स के लिए उपयोग किया जाता है।
SiC मूल्य श्रृंखला में कच्चे माल का संश्लेषण, क्रिस्टल विकास, पिंड मशीनिंग, वेफर स्लाइसिंग, पीसना, पॉलिशिंग, एपिटैक्सियल विकास, डिवाइस निर्माण और डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोग शामिल हैं। इन चरणों में, सब्सट्रेट निर्माण में सबसे अधिक तकनीकी बाधाएं और लागत योगदान होता है, जो कुल डिवाइस लागत का लगभग 46% है।
अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट उच्च-आवृत्ति RF अनुप्रयोगों का समर्थन करते हैं, जबकि कंडक्टिव सब्सट्रेट उच्च-शक्ति और उच्च-वोल्टेज डिवाइस बाजारों की सेवा करते हैं।
SiC सब्सट्रेट उत्पादन के लिए दोषों, शुद्धता और एकरूपता को नियंत्रित करने के लिए दर्जनों उच्च-सटीक चरणों की आवश्यकता होती है।
उच्च-शुद्धता वाले सिलिकॉन और कार्बन पाउडर को मिलाया जाता है और SiC पाउडर बनाने के लिए 2000°C से ऊपर के तापमान पर प्रतिक्रिया की जाती है जिसमें नियंत्रित क्रिस्टल चरण और अशुद्धता स्तर होते हैं।
क्रिस्टल विकास सब्सट्रेट की गुणवत्ता को प्रभावित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कदम है। मुख्य विधियों में शामिल हैं:
PVT (भौतिक वाष्प परिवहन): मुख्यधारा की औद्योगिक विधि जहां SiC पाउडर एक बीज क्रिस्टल पर उदात्त और पुन: क्रिस्टलीकृत होता है।
HTCVD (उच्च-तापमान CVD): उच्च शुद्धता और कम दोष स्तर को सक्षम करता है लेकिन अधिक जटिल उपकरणों की आवश्यकता होती है।
LPE (तरल चरण एपिटैक्सी): कम-दोष क्रिस्टल का उत्पादन करने में सक्षम लेकिन लागत में अधिक और स्केल करना अधिक जटिल है।
उगाए गए क्रिस्टल को उन्मुख, आकार दिया जाता है और मानकीकृत पिंडों में पीस दिया जाता है।
डायमंड वायर आरी पिंड को वेफर्स में काटती है, जो ताना, धनुष और TTV निरीक्षण से गुजरते हैं।
यांत्रिक और रासायनिक प्रक्रियाएं सतह को पतला करती हैं, क्षति को हटाती हैं और नैनोमीटर-स्तर की सपाटता प्राप्त करती हैं।
अति-स्वच्छ प्रक्रियाएं कणों, धातु आयनों और कार्बनिक संदूषकों को हटाती हैं, जिससे अंतिम SiC सब्सट्रेट का उत्पादन होता है।
उद्योग अनुसंधान से पता चलता है कि वैश्विक SiC सब्सट्रेट बाजार 2022 में लगभग USD 754 मिलियन तक पहुंच गया, जो वर्ष-दर-वर्ष 27.8% की वृद्धि दर्शाता है। बाजार के 2025 तक USD 1.6 बिलियन तक पहुंचने की उम्मीद है।
EVs और नवीकरणीय ऊर्जा से प्रेरित, कंडक्टिव सब्सट्रेट लगभग 68% मांग का हिसाब रखते हैं। अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट लगभग 32% का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो 5G और उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों से प्रेरित हैं।
उद्योग में उच्च तकनीकी सीमाएँ हैं, जिनमें लंबे R&D चक्र, क्रिस्टल दोष नियंत्रण और उन्नत उपकरण आवश्यकताएँ शामिल हैं। जबकि वैश्विक आपूर्तिकर्ता वर्तमान में कंडक्टिव सब्सट्रेट में मजबूत स्थिति रखते हैं, घरेलू निर्माता तेजी से क्रिस्टल विकास गुणवत्ता, दोष घनत्व नियंत्रण और बड़े-व्यास क्षमताओं में सुधार कर रहे हैं। लागत प्रतिस्पर्धात्मकता तेजी से उपज सुधार और उत्पादन पैमाने पर निर्भर करेगी।
प्रति डिवाइस लागत को कम करने और आउटपुट को बढ़ावा देने के लिए बड़े-व्यास वाले वेफर्स में संक्रमण आवश्यक है।
अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट 4-इंच से 6-इंच की ओर बढ़ रहे हैं।
कंडक्टिव सब्सट्रेट 6-इंच से 8-इंच की ओर बढ़ रहे हैं।
उच्च-उपज डिवाइस निर्माण प्राप्त करने के लिए माइक्रोपिपेस, बेसल प्लेन डिसलोकेशन और स्टैकिंग फॉल्ट को कम करना महत्वपूर्ण है।
जैसे-जैसे अधिक निर्माता औद्योगिक-पैमाने के उत्पादन तक पहुँचते हैं, लागत लाभ और आपूर्ति स्थिरता SiC उपकरणों के वैश्विक अपनाने में तेजी लाएगी।
इलेक्ट्रिक वाहन, फास्ट-चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर, फोटोवोल्टिक्स, ऊर्जा भंडारण प्रणाली, औद्योगिक पावर मॉड्यूल और उन्नत संचार प्रणालियों से मजबूत विकास गति आती है।
सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट उद्योग विकास की एक रणनीतिक खिड़की में प्रवेश कर रहा है जिसकी विशेषता विस्तारित अनुप्रयोग, तेजी से प्रौद्योगिकी प्रगति और बढ़ती उत्पादन पैमाने है। जैसे-जैसे वेफर का आकार बढ़ता है और क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार होता है, SiC वैश्विक विद्युतीकरण और पावर रूपांतरण प्रणालियों में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। जो निर्माता दोष नियंत्रण, उपज अनुकूलन और बड़े-व्यास प्रौद्योगिकी में अग्रणी हैं, वे बाजार के अवसर के अगले चरण को जब्त करेंगे।
इलेक्ट्रिक वाहनों, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों और अगली पीढ़ी की संचार तकनीकों के तेजी से उदय से प्रेरित, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सब्सट्रेट उद्योग ने त्वरित विस्तार की अवधि में प्रवेश किया है। वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स में एक मुख्य सामग्री के रूप में, SiC पारंपरिक सिलिकॉन की सीमाओं से परे उच्च तापमान, उच्च वोल्टेज और उच्च-आवृत्ति डिवाइस प्रदर्शन को सक्षम बनाता है। उत्पादन क्षमता बढ़ने के साथ, बाजार व्यापक रूप से अपनाने, कम लागत और निरंतर प्रौद्योगिकी वृद्धि की ओर बढ़ रहा है।
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिलिकॉन और कार्बन से बना एक सिंथेटिक यौगिक है। इसमें बहुत उच्च गलनांक (~2700°C), हीरे के बाद दूसरा सबसे कठोर, उच्च तापीय चालकता, एक विस्तृत बैंडगैप, एक उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र और तेज़ इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव वेग है। ये विशेषताएं SiC को पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और RF अनुप्रयोगों के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्रियों में से एक बनाती हैं।
SiC सब्सट्रेट को विद्युत प्रतिरोधकता द्वारा वर्गीकृत किया गया है:
अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट (≥10⁵ Ω·cm), 5G संचार, रडार और उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स में GaN-on-SiC RF उपकरणों के लिए उपयोग किया जाता है।
कंडक्टिव सब्सट्रेट (15–30 mΩ·cm), EVs, नवीकरणीय ऊर्जा, औद्योगिक मॉड्यूल और रेल ट्रांजिट के लिए पावर उपकरणों में SiC एपिटैक्सियल वेफर्स के लिए उपयोग किया जाता है।
SiC मूल्य श्रृंखला में कच्चे माल का संश्लेषण, क्रिस्टल विकास, पिंड मशीनिंग, वेफर स्लाइसिंग, पीसना, पॉलिशिंग, एपिटैक्सियल विकास, डिवाइस निर्माण और डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोग शामिल हैं। इन चरणों में, सब्सट्रेट निर्माण में सबसे अधिक तकनीकी बाधाएं और लागत योगदान होता है, जो कुल डिवाइस लागत का लगभग 46% है।
अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट उच्च-आवृत्ति RF अनुप्रयोगों का समर्थन करते हैं, जबकि कंडक्टिव सब्सट्रेट उच्च-शक्ति और उच्च-वोल्टेज डिवाइस बाजारों की सेवा करते हैं।
SiC सब्सट्रेट उत्पादन के लिए दोषों, शुद्धता और एकरूपता को नियंत्रित करने के लिए दर्जनों उच्च-सटीक चरणों की आवश्यकता होती है।
उच्च-शुद्धता वाले सिलिकॉन और कार्बन पाउडर को मिलाया जाता है और SiC पाउडर बनाने के लिए 2000°C से ऊपर के तापमान पर प्रतिक्रिया की जाती है जिसमें नियंत्रित क्रिस्टल चरण और अशुद्धता स्तर होते हैं।
क्रिस्टल विकास सब्सट्रेट की गुणवत्ता को प्रभावित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कदम है। मुख्य विधियों में शामिल हैं:
PVT (भौतिक वाष्प परिवहन): मुख्यधारा की औद्योगिक विधि जहां SiC पाउडर एक बीज क्रिस्टल पर उदात्त और पुन: क्रिस्टलीकृत होता है।
HTCVD (उच्च-तापमान CVD): उच्च शुद्धता और कम दोष स्तर को सक्षम करता है लेकिन अधिक जटिल उपकरणों की आवश्यकता होती है।
LPE (तरल चरण एपिटैक्सी): कम-दोष क्रिस्टल का उत्पादन करने में सक्षम लेकिन लागत में अधिक और स्केल करना अधिक जटिल है।
उगाए गए क्रिस्टल को उन्मुख, आकार दिया जाता है और मानकीकृत पिंडों में पीस दिया जाता है।
डायमंड वायर आरी पिंड को वेफर्स में काटती है, जो ताना, धनुष और TTV निरीक्षण से गुजरते हैं।
यांत्रिक और रासायनिक प्रक्रियाएं सतह को पतला करती हैं, क्षति को हटाती हैं और नैनोमीटर-स्तर की सपाटता प्राप्त करती हैं।
अति-स्वच्छ प्रक्रियाएं कणों, धातु आयनों और कार्बनिक संदूषकों को हटाती हैं, जिससे अंतिम SiC सब्सट्रेट का उत्पादन होता है।
उद्योग अनुसंधान से पता चलता है कि वैश्विक SiC सब्सट्रेट बाजार 2022 में लगभग USD 754 मिलियन तक पहुंच गया, जो वर्ष-दर-वर्ष 27.8% की वृद्धि दर्शाता है। बाजार के 2025 तक USD 1.6 बिलियन तक पहुंचने की उम्मीद है।
EVs और नवीकरणीय ऊर्जा से प्रेरित, कंडक्टिव सब्सट्रेट लगभग 68% मांग का हिसाब रखते हैं। अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट लगभग 32% का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो 5G और उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों से प्रेरित हैं।
उद्योग में उच्च तकनीकी सीमाएँ हैं, जिनमें लंबे R&D चक्र, क्रिस्टल दोष नियंत्रण और उन्नत उपकरण आवश्यकताएँ शामिल हैं। जबकि वैश्विक आपूर्तिकर्ता वर्तमान में कंडक्टिव सब्सट्रेट में मजबूत स्थिति रखते हैं, घरेलू निर्माता तेजी से क्रिस्टल विकास गुणवत्ता, दोष घनत्व नियंत्रण और बड़े-व्यास क्षमताओं में सुधार कर रहे हैं। लागत प्रतिस्पर्धात्मकता तेजी से उपज सुधार और उत्पादन पैमाने पर निर्भर करेगी।
प्रति डिवाइस लागत को कम करने और आउटपुट को बढ़ावा देने के लिए बड़े-व्यास वाले वेफर्स में संक्रमण आवश्यक है।
अर्ध-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट 4-इंच से 6-इंच की ओर बढ़ रहे हैं।
कंडक्टिव सब्सट्रेट 6-इंच से 8-इंच की ओर बढ़ रहे हैं।
उच्च-उपज डिवाइस निर्माण प्राप्त करने के लिए माइक्रोपिपेस, बेसल प्लेन डिसलोकेशन और स्टैकिंग फॉल्ट को कम करना महत्वपूर्ण है।
जैसे-जैसे अधिक निर्माता औद्योगिक-पैमाने के उत्पादन तक पहुँचते हैं, लागत लाभ और आपूर्ति स्थिरता SiC उपकरणों के वैश्विक अपनाने में तेजी लाएगी।
इलेक्ट्रिक वाहन, फास्ट-चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर, फोटोवोल्टिक्स, ऊर्जा भंडारण प्रणाली, औद्योगिक पावर मॉड्यूल और उन्नत संचार प्रणालियों से मजबूत विकास गति आती है।
सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट उद्योग विकास की एक रणनीतिक खिड़की में प्रवेश कर रहा है जिसकी विशेषता विस्तारित अनुप्रयोग, तेजी से प्रौद्योगिकी प्रगति और बढ़ती उत्पादन पैमाने है। जैसे-जैसे वेफर का आकार बढ़ता है और क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार होता है, SiC वैश्विक विद्युतीकरण और पावर रूपांतरण प्रणालियों में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। जो निर्माता दोष नियंत्रण, उपज अनुकूलन और बड़े-व्यास प्रौद्योगिकी में अग्रणी हैं, वे बाजार के अवसर के अगले चरण को जब्त करेंगे।
