सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) एक उल्लेखनीय यौगिक है जो अर्धचालक उद्योग और उन्नत सिरेमिक उत्पादों, दोनों में पाया जा सकता है। इससे अक्सर आम लोगों में भ्रम पैदा होता है और वे इन्हें एक ही प्रकार का उत्पाद समझने की भूल कर सकते हैं। वास्तव में, समान रासायनिक संरचना साझा करते हुए, SiC या तो घिसाव-रोधी उन्नत सिरेमिक या उच्च-दक्षता वाले अर्धचालक के रूप में प्रकट होता है, और औद्योगिक अनुप्रयोगों में पूरी तरह से अलग-अलग भूमिकाएँ निभाता है। क्रिस्टल संरचना, निर्माण प्रक्रियाओं, प्रदर्शन विशेषताओं और अनुप्रयोग क्षेत्रों के संदर्भ में सिरेमिक-ग्रेड और अर्धचालक-ग्रेड SiC सामग्रियों के बीच महत्वपूर्ण अंतर मौजूद हैं।
- कच्चे माल के लिए भिन्न शुद्धता आवश्यकताएँ
सिरेमिक-ग्रेड SiC के पाउडर फीडस्टॉक के लिए शुद्धता की आवश्यकताएं अपेक्षाकृत कम होती हैं। आमतौर पर, 90%-98% शुद्धता वाले व्यावसायिक-ग्रेड उत्पाद अधिकांश अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं, हालाँकि उच्च-प्रदर्शन संरचनात्मक सिरेमिक के लिए 98%-99.5% शुद्धता की आवश्यकता हो सकती है (उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया-बंधित SiC के लिए नियंत्रित मुक्त सिलिकॉन सामग्री की आवश्यकता होती है)। यह कुछ अशुद्धियों को सहन कर लेता है और कभी-कभी सिंटरिंग प्रदर्शन को बेहतर बनाने, सिंटरिंग तापमान को कम करने और अंतिम उत्पाद घनत्व को बढ़ाने के लिए जानबूझकर एल्युमिनियम ऑक्साइड (Al₂O₃) या यिट्रियम ऑक्साइड (Y₂O₃) जैसे सिंटरिंग सहायक पदार्थों को इसमें शामिल करता है।
अर्धचालक-ग्रेड SiC के लिए लगभग पूर्ण शुद्धता स्तर की आवश्यकता होती है। सब्सट्रेट-ग्रेड सिंगल क्रिस्टल SiC के लिए ≥99.9999% (6N) शुद्धता की आवश्यकता होती है, जबकि कुछ उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए 7N (99.99999%) शुद्धता की आवश्यकता होती है। एपीटैक्सियल परतों को अशुद्धता सांद्रता 10¹⁶ परमाणु/सेमी³ से कम बनाए रखनी चाहिए (विशेषकर B, Al, और V जैसी गहन-स्तर की अशुद्धियों से बचना चाहिए)। यहाँ तक कि लौह (Fe), एल्युमीनियम (Al), या बोरॉन (B) जैसी सूक्ष्म अशुद्धियाँ भी वाहक प्रकीर्णन का कारण बनकर, विखंडन क्षेत्र की प्रबलता को कम करके, और अंततः उपकरण के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित करके विद्युत गुणों को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकती हैं, जिसके लिए सख्त अशुद्धता नियंत्रण आवश्यक है।
सिलिकॉन कार्बाइड अर्धचालक पदार्थ
- विशिष्ट क्रिस्टल संरचनाएं और गुणवत्ता
सिरेमिक-ग्रेड SiC मुख्यतः बहुक्रिस्टलीय चूर्ण या सिंटरित पिंडों के रूप में पाया जाता है, जो अनेक यादृच्छिक रूप से अभिमुख SiC सूक्ष्म क्रिस्टलों से बने होते हैं। इस पदार्थ में अनेक बहुप्रकार (जैसे, α-SiC, β-SiC) हो सकते हैं, विशिष्ट बहुप्रकारों पर सख्त नियंत्रण के बिना, इसके बजाय समग्र पदार्थ घनत्व और एकरूपता पर ज़ोर दिया जाता है। इसकी आंतरिक संरचना में प्रचुर मात्रा में कण सीमाएँ और सूक्ष्म छिद्र होते हैं, और इसमें सिंटरिंग सहायक (जैसे, Al₂O₃, Y₂O₃) भी हो सकते हैं।
अर्धचालक-ग्रेड SiC एकल-क्रिस्टल सब्सट्रेट या उच्च-क्रमबद्ध क्रिस्टल संरचनाओं वाली एपीटैक्सियल परतें होनी चाहिए। इसके लिए सटीक क्रिस्टल वृद्धि तकनीकों (जैसे, 4H-SiC, 6H-SiC) द्वारा प्राप्त विशिष्ट पॉलीटाइप्स की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और बैंडगैप जैसे विद्युत गुण पॉलीटाइप चयन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, जिसके लिए सख्त नियंत्रण आवश्यक है। वर्तमान में, 4H-SiC अपने उच्च वाहक गतिशीलता और विखंडन क्षेत्र शक्ति सहित उत्कृष्ट विद्युत गुणों के कारण बाजार में प्रमुख है, जो इसे विद्युत उपकरणों के लिए आदर्श बनाता है।
- प्रक्रिया जटिलता तुलना
सिरेमिक-ग्रेड SiC में अपेक्षाकृत सरल निर्माण प्रक्रियाएँ (पाउडर तैयार करना → बनाना → सिंटरिंग) अपनाई जाती हैं, जो "ईंट बनाने" के समान है। इस प्रक्रिया में शामिल हैं:
- वाणिज्यिक ग्रेड SiC पाउडर (आमतौर पर माइक्रोन आकार का) को बाइंडरों के साथ मिलाना
- दबाकर आकार देना
- कण प्रसार के माध्यम से सघनता प्राप्त करने के लिए उच्च तापमान सिंटरिंग (1600-2200°C)
अधिकांश अनुप्रयोग 90% से अधिक घनत्व के साथ संतुष्ट हो सकते हैं। पूरी प्रक्रिया में सटीक क्रिस्टल वृद्धि नियंत्रण की आवश्यकता नहीं होती है, बल्कि यह निर्माण और सिंटरिंग की स्थिरता पर केंद्रित होती है। इसके लाभों में जटिल आकृतियों के लिए प्रक्रिया का लचीलापन शामिल है, हालाँकि अपेक्षाकृत कम शुद्धता की आवश्यकता होती है।
सेमीकंडक्टर-ग्रेड SiC में कहीं अधिक जटिल प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं (उच्च-शुद्धता पाउडर तैयार करना → एकल-क्रिस्टल सब्सट्रेट विकास → एपिटैक्सियल वेफर जमाव → उपकरण निर्माण)। प्रमुख चरण इस प्रकार हैं:
- मुख्य रूप से भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) विधि के माध्यम से सब्सट्रेट तैयार करना
- चरम स्थितियों (2200-2400°C, उच्च निर्वात) पर SiC पाउडर का उर्ध्वपातन
- तापमान प्रवणता (±1°C) और दबाव मापदंडों का सटीक नियंत्रण
- रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के माध्यम से एपीटैक्सियल परत की वृद्धि, जिससे समान रूप से मोटी, डोप की गई परतें (आमतौर पर कई से दसियों माइक्रोन तक) बनती हैं
संदूषण को रोकने के लिए पूरी प्रक्रिया में अति-स्वच्छ वातावरण (जैसे, क्लास 10 क्लीनरूम) की आवश्यकता होती है। इसकी विशेषताओं में अत्यधिक प्रक्रिया परिशुद्धता शामिल है, जिसके लिए तापीय क्षेत्रों और गैस प्रवाह दरों पर नियंत्रण की आवश्यकता होती है, और कच्चे माल की शुद्धता (>99.9999%) और उपकरण परिष्कार, दोनों के लिए कठोर आवश्यकताएँ होती हैं।
- महत्वपूर्ण लागत अंतर और बाजार अभिविन्यास
सिरेमिक-ग्रेड SiC विशेषताएं:
- कच्चा माल: वाणिज्यिक-ग्रेड पाउडर
- अपेक्षाकृत सरल प्रक्रियाएँ
- कम लागत: हजारों से लेकर दसियों हजार RMB प्रति टन
- व्यापक अनुप्रयोग: अपघर्षक, अपवर्तक और अन्य लागत-संवेदनशील उद्योग
अर्धचालक-ग्रेड SiC विशेषताएँ:
- लंबे सब्सट्रेट विकास चक्र
- चुनौतीपूर्ण दोष नियंत्रण
- कम उपज दरें
- उच्च लागत: प्रति 6-इंच सब्सट्रेट हजारों अमेरिकी डॉलर
- केंद्रित बाज़ार: उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे पावर डिवाइस और आरएफ घटक
नये ऊर्जा वाहनों और 5G संचार के तेजी से विकास के साथ, बाजार की मांग तेजी से बढ़ रही है।
- विभेदित अनुप्रयोग परिदृश्य
सिरेमिक-ग्रेड SiC मुख्यतः संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए "औद्योगिक कार्यबल" के रूप में कार्य करता है। अपने उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों (उच्च कठोरता, घिसाव प्रतिरोध) और तापीय गुणों (उच्च तापमान प्रतिरोध, ऑक्सीकरण प्रतिरोध) के कारण, यह निम्नलिखित में उत्कृष्ट है:
- अपघर्षक (पीसने वाले पहिये, सैंडपेपर)
- अपवर्तक (उच्च तापमान भट्ठा अस्तर)
- घिसाव/संक्षारण प्रतिरोधी घटक (पंप बॉडी, पाइप लाइनिंग)
सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक संरचनात्मक घटक
सेमीकंडक्टर-ग्रेड SiC "इलेक्ट्रॉनिक अभिजात वर्ग" के रूप में कार्य करता है, जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में अद्वितीय लाभ प्रदर्शित करने के लिए अपने विस्तृत बैंडगैप सेमीकंडक्टर गुणों का उपयोग करता है:
- विद्युत उपकरण: ईवी इन्वर्टर, ग्रिड कन्वर्टर (विद्युत रूपांतरण दक्षता में सुधार)
- आरएफ उपकरण: 5G बेस स्टेशन, रडार सिस्टम (उच्च परिचालन आवृत्तियों को सक्षम करना)
- ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स: नीली एलईडी के लिए सब्सट्रेट सामग्री
200-मिलीमीटर SiC एपिटैक्सियल वेफर
| आयाम | सिरेमिक-ग्रेड SiC | अर्धचालक-ग्रेड SiC |
| क्रिस्टल की संरचना | बहुक्रिस्टलीय, बहुविध बहुप्रकार | एकल क्रिस्टल, सख्ती से चयनित पॉलीटाइप |
| प्रक्रिया फोकस | सघनीकरण और आकार नियंत्रण | क्रिस्टल गुणवत्ता और विद्युत गुण नियंत्रण |
| प्रदर्शन प्राथमिकता | यांत्रिक शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध, तापीय स्थिरता | विद्युत गुण (बैंडगैप, ब्रेकडाउन क्षेत्र, आदि) |
| अनुप्रयोग परिदृश्य | संरचनात्मक घटक, घिसाव प्रतिरोधी भाग, उच्च तापमान घटक | उच्च-शक्ति उपकरण, उच्च-आवृत्ति उपकरण, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण |
| लागत चालक | प्रक्रिया लचीलापन, कच्चे माल की लागत | क्रिस्टल विकास दर, उपकरण परिशुद्धता, कच्चे माल की शुद्धता |
संक्षेप में, मूलभूत अंतर उनके विशिष्ट कार्यात्मक उद्देश्यों से उपजा है: सिरेमिक-ग्रेड SiC "रूप (संरचना)" का उपयोग करता है जबकि अर्धचालक-ग्रेड SiC "गुणों (विद्युत)" का उपयोग करता है। पहला, लागत-प्रभावी यांत्रिक/तापीय प्रदर्शन का अनुसरण करता है, जबकि दूसरा, उच्च-शुद्धता, एकल-क्रिस्टल कार्यात्मक सामग्री के रूप में सामग्री निर्माण प्रौद्योगिकी के शिखर का प्रतिनिधित्व करता है। एक ही रासायनिक उत्पत्ति साझा करने के बावजूद, सिरेमिक-ग्रेड और अर्धचालक-ग्रेड SiC शुद्धता, क्रिस्टल संरचना और निर्माण प्रक्रियाओं में स्पष्ट अंतर प्रदर्शित करते हैं - फिर भी दोनों अपने-अपने क्षेत्रों में औद्योगिक उत्पादन और तकनीकी प्रगति में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं।
XKH एक उच्च-तकनीकी उद्यम है जो सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सामग्रियों के अनुसंधान एवं विकास और उत्पादन में विशेषज्ञता रखता है। यह उच्च-शुद्धता वाले SiC सिरेमिक से लेकर सेमीकंडक्टर-ग्रेड SiC क्रिस्टल तक, अनुकूलित विकास, सटीक मशीनिंग और सतह उपचार सेवाएँ प्रदान करता है। उन्नत तैयारी तकनीकों और कुशल उत्पादन लाइनों का लाभ उठाते हुए, XKH सेमीकंडक्टर, नवीन ऊर्जा, एयरोस्पेस और अन्य अत्याधुनिक क्षेत्रों के ग्राहकों के लिए ट्यूनेबल-परफॉर्मेंस (90%-7N शुद्धता) और संरचना-नियंत्रित (पॉलीक्रिस्टलाइन/सिंगल-क्रिस्टलाइन) SiC उत्पाद और समाधान प्रदान करता है। हमारे उत्पादों का सेमीकंडक्टर उपकरण, इलेक्ट्रिक वाहन, 5G संचार और संबंधित उद्योगों में व्यापक अनुप्रयोग हैं।
निम्नलिखित XKH द्वारा उत्पादित सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक उपकरण हैं।
पोस्ट करने का समय: जुलाई-30-2025