سلیکون کاربائیڈ کی ماضی کی زندگی کو سمجھیں!

سلکان کاربائیڈ (SiC) کو کوارٹج ریت، پیٹرولیم کوک (یا کول کوک) اور لکڑی کے چپس کو خام مال کے طور پر استعمال کرتے ہوئے مزاحمتی بھٹی میں اعلی درجہ حرارت پر پگھلایا جاتا ہے۔ سلیکن کاربائیڈ فطرت میں ایک نایاب معدنیات، موئسانائٹ کے طور پر بھی موجود ہے۔ سلیکن کاربائیڈ کو موئسانائٹ بھی کہا جاتا ہے۔ عصری نان آکسائیڈ ہائی ٹیک ریفریکٹری خام مال جیسے سی، این، اور بی میں، سلکان کاربائیڈ سب سے زیادہ استعمال شدہ اور اقتصادی ہے۔ اسے ایمری ریت یا ریفریکٹری ریت کہا جا سکتا ہے۔

1. سلکان کاربائیڈ کی ماضی اور حال کی زندگی
اس کی مستحکم کیمیائی خصوصیات، اعلی تھرمل چالکتا، چھوٹے تھرمل ایکسپینشن گتانک، اور اچھی لباس مزاحمت کی وجہ سے، سلیکون کاربائیڈ کو کھرچنے والے کے طور پر استعمال کرنے کے علاوہ اور بھی بہت سے استعمال ہوتے ہیں، جیسے کہ سلیکون کاربائیڈ پاؤڈر کو ایک خاص عمل کے ساتھ کوٹنگ کی اندرونی دیوار پر ٹربائن امپیلر یا سلنڈر بلاک، یہ اپنی پہننے کی مزاحمت کو بہتر بنا سکتا ہے اور اس کی سروس لائف کو 1 سے 2 گنا بڑھا سکتا ہے۔ اس سے بنا جدید ریفریکٹری میٹریل تھرمل جھٹکا مزاحم، سائز میں چھوٹا، وزن میں ہلکا، طاقت میں زیادہ اور توانائی کی بچت کا اچھا اثر رکھتا ہے۔ کم درجے کا سلکان کاربائیڈ (تقریباً 85% SiC پر مشتمل ہے) ایک بہترین ڈی آکسیڈائزر ہے۔ یہ سٹیل سازی کو تیز کر سکتا ہے، کیمیائی ساخت کو کنٹرول کرنے میں سہولت فراہم کر سکتا ہے، اور سٹیل کے معیار کو بہتر بنا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، الیکٹرک ہیٹنگ عناصر کے لیے سلکان کاربائیڈ کی سلاخوں کی تیاری میں سلکان کاربائیڈ بھی بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔
سلیکون کاربائیڈ بہت سخت ہے، جس کی موہس سختی 9.5 ہے، جو دنیا کے سخت ترین ہیرے (سطح 10) کے بعد دوسرے نمبر پر ہے۔ اس میں بہترین تھرمل چالکتا ہے، ایک سیمی کنڈکٹر ہے، اور اعلی درجہ حرارت پر آکسیکرن کے خلاف مزاحمت کر سکتا ہے۔

2. سلکان کاربائیڈ آلات کی فائدہ مند خصوصیات
سلکان کاربائیڈ (SiC) فی الحال سب سے زیادہ پختہ وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر مواد ہے۔ دنیا بھر کے ممالک SiC کی تحقیق کو بہت اہمیت دیتے ہیں اور انہوں نے فعال ترقی میں بہت زیادہ افرادی قوت اور مادی وسائل کی سرمایہ کاری کی ہے۔ ریاستہائے متحدہ، یورپ، جاپان، وغیرہ نے نہ صرف قومی سطح پر متعلقہ تحقیقی منصوبے بنائے ہیں، اور کچھ بین الاقوامی الیکٹرانکس کمپنیاں بھی سلیکون کاربائیڈ سیمی کنڈکٹر آلات کی ترقی میں بہت زیادہ سرمایہ کاری کر چکی ہیں۔
عام سلکان کے مقابلے میں، سلکان کاربائیڈ استعمال کرنے والے اجزاء میں درج ذیل خصوصیات ہیں:

ہائی وولٹیج کی خصوصیات:
سلیکون کاربائیڈ ڈیوائسز مساوی سلکان ڈیوائسز کی وولٹیج مزاحمت سے 10 گنا زیادہ ہیں۔
سلکان کاربائیڈ Schottky ٹیوبوں کی وولٹیج مزاحمت 2400V تک پہنچ سکتی ہے۔
سلیکن کاربائیڈ فیلڈ ایفیکٹ ٹیوب دسیوں ہزار وولٹ کے وولٹیج کو برداشت کر سکتی ہیں، اور ان کی آن سٹیٹ مزاحمت بہت زیادہ نہیں ہے۔

اعلی تعدد کی خصوصیات:

اعلی درجہ حرارت کی خصوصیات:
آج، جب Si مواد نظریاتی کارکردگی کی حد کے قریب ہیں، SiC پاور ڈیوائسز کو ہمیشہ "مثالی ڈیوائسز" کے طور پر شمار کیا جاتا رہا ہے اور ان کے زیادہ برداشت کرنے والے وولٹیج، کم نقصان، اعلی کارکردگی اور دیگر خصوصیات کی وجہ سے بہت زیادہ متوقع ہیں۔ تاہم، پچھلے Si میٹریل ڈیوائسز کے مقابلے میں، SiC پاور ڈیوائسز کی کارکردگی اور قیمت کے درمیان توازن اور اعلی ٹیکنالوجی کی ان کی مانگ اس بات کی کلید بن جائے گی کہ آیا SiC پاور ڈیوائسز واقعی مقبول ہو سکتے ہیں۔

اس وقت کم طاقت والے سلکان کاربائیڈ ڈیوائسز لیبارٹری سے عملی ڈیوائس کی تیاری کے مرحلے میں داخل ہو چکی ہیں۔ اس وقت، سلکان کاربائیڈ ویفرز کی قیمت اب بھی نسبتاً زیادہ ہے، اور ان میں بھی بہت سے نقائص ہیں۔ مسلسل تحقیق اور ترقی کے ذریعے، یہ توقع کی جاتی ہے کہ سلیکون کاربائیڈ ڈیوائسز 2010 کے قریب پاور ڈیوائس مارکیٹ پر حاوی ہوجائیں گی۔ لیکن ایسا نہیں ہے۔

3. سلکان کاربائیڈ آلات کی موجودہ ترقی کی صورتحال کیا ہے؟
1. تکنیکی پیرامیٹرز: مثال کے طور پر، Schottky diode وولٹیج 250 وولٹ سے بڑھ کر 1,000 وولٹ سے زیادہ ہو جاتا ہے، چپ کا رقبہ چھوٹا ہے، لیکن کرنٹ صرف چند دسیوں Amps کا ہے۔ آپریٹنگ درجہ حرارت 180 ڈگری تک بڑھا دیا گیا ہے، جو 600 ڈگری کے تعارف سے بہت دور ہے۔ وولٹیج ڈراپ اور بھی زیادہ غیر اطمینان بخش ہے، یہ سلکان مواد سے مختلف نہیں ہے، اور ہائی فارورڈ وولٹیج ڈراپ 2V تک پہنچنا چاہیے۔
2. مارکیٹ کی قیمت: سلکان میٹریل مینوفیکچرنگ سے تقریباً 5 سے 6 گنا۔

4. سلکان کاربائیڈ کی نشوونما میں کیا مشکلات ہیں (SiC) آلات؟سلکان کاربائیڈ ڈیوائسز کی ترقی میں مسئلہ چپ کا اصولی ڈیزائن نہیں ہے، خاص طور پر چپ کی ساخت کا ڈیزائن۔ اسے حل کرنا مشکل نہیں ہے۔ مشکل چپ ڈھانچے کے مینوفیکچرنگ کے عمل کو سمجھنے میں ہے۔ مثالیں درج ذیل ہیں: 1. سلیکون کاربائیڈ ویفرز کی مائکروپائپ ڈیفیکٹ ڈینسٹی۔ 2. epitaxial عمل کی کارکردگی کم ہے. 3. ڈوپنگ کے عمل کی خصوصی ضروریات ہوتی ہیں۔

4. اومک رابطے کی پیداوار۔ 5. معاون مواد کے درجہ حرارت کی مزاحمت۔

مندرجہ بالا صرف چند مثالیں ہیں، تمام نہیں۔ ابھی بھی بہت سے عمل کے مسائل ہیں جن کا کوئی مثالی حل نہیں ہے، جیسے کہ سلیکن کاربائیڈ سیمی کنڈکٹر کی سطح کی خندق کا عمل، ٹرمینل پاسیویشن کا عمل، اور سلیکن کاربائیڈ MOSFET آلات کے طویل مدتی استحکام پر گیٹ آکسائیڈ پرت کی انٹرفیس حالت کا اثر۔ کیا صنعت ابھی تک اتفاق رائے تک پہنچ گئی ہے؟ مسلسل نتائج وغیرہ نے سلیکون کاربائیڈ پاور ڈیوائسز کی تیز رفتار ترقی میں بڑی رکاوٹ ڈالی ہے۔

5. سلیکون کاربائیڈ کے اہم ایپلیکیشن فیلڈز کی ترقی کا جائزہ

فی الحال، سیمی کنڈکٹر مواد کی تیسری نسل صاف توانائی اور الیکٹرانک انفارمیشن ٹیکنالوجی کی نئی نسل میں انقلاب برپا کر رہی ہے۔ چاہے یہ لائٹنگ ہو، گھریلو ایپلائینسز، کنزیومر الیکٹرانکس کا سامان، نئی انرجی گاڑیاں، سمارٹ گرڈز، یا ملٹری سپلائیز، یہ اعلیٰ کارکردگی والے سیمی کنڈکٹرز ہیں جن کی بہت زیادہ مانگ ہے۔ تیسری نسل کے سیمی کنڈکٹرز کی ترقی کے مطابق، اس کی اہم ایپلی کیشنز سیمی کنڈکٹر لائٹنگ، پاور الیکٹرانک ڈیوائسز، لیزرز اور ڈیٹیکٹرز اور دیگر چار شعبے ہیں۔
1. سیمی کنڈکٹر لائٹنگ
ایپلی کیشن کے چار شعبوں میں، سیمی کنڈکٹر لائٹنگ انڈسٹری نے سب سے تیزی سے ترقی کی ہے اور اس نے دسیوں اربوں ڈالر کی صنعت کا پیمانہ تشکیل دیا ہے۔
2. پاور الیکٹرانک آلات
پاور الیکٹرانکس کے میدان میں، وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز کا اطلاق ابھی شروع ہوا ہے، اور مارکیٹ کا حجم صرف چند سو ملین امریکی ڈالر ہے۔ اس کا اطلاق بنیادی طور پر فوجی جدید آلات کے میدان میں مرکوز ہے اور بتدریج شہری میدان میں پھیل رہا ہے۔
3. لیزر اور ڈٹیکٹر
لیزر اور ڈیٹیکٹر ایپلی کیشنز کے میدان میں، GaN پر مبنی لیزرز وسیع اسپیکٹرم رینج کا احاطہ کر سکتے ہیں اور نیلے، سبز، اور الٹرا وائلٹ لیزرز اور الٹرا وائلٹ ڈٹیکشن کی تیاری کا احساس کر سکتے ہیں۔
4. دیگر ایپلی کیشنز
جدید تحقیق کے میدان میں، وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز سولر سیلز، بائیو سینسرز، واٹر بیسڈ ہائیڈروجن پروڈکشن میڈیا اور دیگر ابھرتی ہوئی ایپلی کیشنز میں استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ فی الحال، یہ گرم علاقے اب بھی لیبارٹری تحقیق اور ترقی کے مرحلے میں ہیں۔