ඒකස්ඵටික සිලිකන් වර්ධන ක්‍රම පිළිබඳ සවිස්තරාත්මක දළ විශ්ලේෂණයක්
1. ඒකස්ඵටික සිලිකන් සංවර්ධනයේ පසුබිම
තාක්ෂණයේ දියුණුව සහ ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයකින් යුත් ස්මාර්ට් නිෂ්පාදන සඳහා වැඩිවන ඉල්ලුම ජාතික සංවර්ධනයේ ඒකාබද්ධ පරිපථ (IC) කර්මාන්තයේ මූලික ස්ථානය තවදුරටත් තහවුරු කර ඇත. IC කර්මාන්තයේ මුල් ගල ලෙස, අර්ධ සන්නායක මොනොක්‍රිස්ටලීන් සිලිකන් තාක්ෂණික නවෝත්පාදනයන් සහ ආර්ථික වර්ධනය මෙහෙයවීමේදී වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි.
ජාත්‍යන්තර අර්ධ සන්නායක කර්මාන්ත සංගමයේ දත්ත වලට අනුව, ගෝලීය අර්ධ සන්නායක වේෆර් වෙළඳපොළ ඩොලර් බිලියන 12.6 ක විකුණුම් අගයක් කරා ළඟා වූ අතර නැව්ගත කිරීම් වර්ග අඟල් බිලියන 14.2 දක්වා වර්ධනය විය. එපමණක් නොව, සිලිකන් වේෆර් සඳහා ඇති ඉල්ලුම ක්‍රමයෙන් ඉහළ යමින් පවතී.
කෙසේ වෙතත්, ගෝලීය සිලිකන් වේෆර් කර්මාන්තය ඉතා සංකේන්ද්‍රණය වී ඇති අතර, පහත දැක්වෙන පරිදි, ඉහළම සැපයුම්කරුවන් පස් දෙනා වෙළඳපල කොටසෙන් 85% කට වඩා ආධිපත්‍යය දරයි:
-
ෂින්-එට්සු කෙමිකල් (ජපානය)
-
සුම්කෝ (ජපානය)
-
ගෝලීය වේෆර්
-
සිල්ට්‍රොනික් (ජර්මනිය)
-
SK සිල්ට්‍රෝන් (දකුණු කොරියාව)
මෙම ඔලිගොපොලී තත්ත්වය හේතුවෙන් චීනය ආනයනික ඒකස්ඵටික සිලිකන් වේෆර් මත දැඩි ලෙස යැපීමට හේතු වන අතර, එය රටේ ඒකාබද්ධ පරිපථ කර්මාන්තයේ සංවර්ධනය සීමා කරන ප්‍රධාන බාධකයක් බවට පත්ව ඇත.
අර්ධ සන්නායක සිලිකන් මොනොක්‍රිස්ටල් නිෂ්පාදන අංශයේ වත්මන් අභියෝග ජය ගැනීම සඳහා, පර්යේෂණ හා සංවර්ධන කටයුතු සඳහා ආයෝජනය කිරීම සහ දේශීය නිෂ්පාදන හැකියාවන් ශක්තිමත් කිරීම නොවැළැක්විය හැකි තේරීමකි.
2. ඒකස්ඵටික සිලිකන් ද්‍රව්‍ය පිළිබඳ දළ විශ්ලේෂණය
ඒකස්ඵටික සිලිකන් යනු ඒකාබද්ධ පරිපථ කර්මාන්තයේ අත්තිවාරමයි. අද වන විට, IC චිප් සහ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවලින් 90% කට වඩා වැඩි ප්‍රමාණයක් ප්‍රාථමික ද්‍රව්‍ය ලෙස ඒකස්ඵටික සිලිකන් භාවිතයෙන් නිපදවා ඇත. ඒකස්ඵටික සිලිකන් සහ එහි විවිධ කාර්මික යෙදීම් සඳහා ඇති පුළුල් ඉල්ලුමට සාධක කිහිපයක් හේතු විය හැක:
-
ආරක්ෂාව සහ පරිසර හිතකාමී: පෘථිවි පෘෂ්ඨයේ සිලිකන් බහුලව අඩංගු වන අතර, විෂ සහිත නොවන අතර පරිසර හිතකාමී වේ.
-
විදුලි පරිවරණය: සිලිකන් ස්වභාවිකවම විද්‍යුත් පරිවාරක ගුණ ප්‍රදර්ශනය කරන අතර, තාප පිරියම් කිරීමේදී, එය සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් ආරක්ෂිත තට්ටුවක් සාදයි, එමඟින් විද්‍යුත් ආරෝපණය නැතිවීම ඵලදායී ලෙස වළක්වයි.
-
පරිණත වර්ධන තාක්ෂණය: සිලිකන් වර්ධන ක්‍රියාවලීන්හි තාක්ෂණික සංවර්ධනයේ දිගු ඉතිහාසය අනෙකුත් අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යවලට වඩා එය බෙහෙවින් සංකීර්ණ කර ඇත.
මෙම සාධක එක්ව ඒකස්ඵටික සිලිකන් කර්මාන්තයේ ඉදිරියෙන්ම තබා ගන්නා අතර, එය අනෙකුත් ද්‍රව්‍ය මගින් ප්‍රතිස්ථාපනය කළ නොහැකි කරයි.
ස්ඵටික ව්‍යුහය අනුව, ඒකස්ඵටික සිලිකන් යනු අඛණ්ඩ ව්‍යුහයක් සාදන, ආවර්තිතා දැලිසක සකස් කරන ලද සිලිකන් පරමාණු වලින් සාදන ලද ද්‍රව්‍යයකි. එය චිප් නිෂ්පාදන කර්මාන්තයේ පදනම වේ.
ඒකස්ඵටික සිලිකන් සකස් කිරීමේ සම්පූර්ණ ක්‍රියාවලිය පහත රූප සටහනෙන් දැක්වේ:
ක්‍රියාවලි දළ විශ්ලේෂණය:
ඒකස්ඵටික සිලිකන් සිලිකන් ලෝපස් වලින් ලබා ගන්නේ පිරිපහදු කිරීමේ පියවර මාලාවක් හරහා ය. පළමුව, බහුස්ඵටික සිලිකන් ලබා ගන්නා අතර, එය ස්ඵටික වර්ධන උදුනක ඒකස්ඵටික සිලිකන් ඉන්ගෝට් එකක් බවට වගා කෙරේ. පසුව, එය කපා, ඔප දමා, චිප් නිෂ්පාදනය සඳහා සුදුසු සිලිකන් වේෆර් බවට සකසනු ලැබේ.
සිලිකන් වේෆර් සාමාන්‍යයෙන් කාණ්ඩ දෙකකට බෙදා ඇත:ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා ශ්‍රේණියසහඅර්ධ සන්නායක-ශ්‍රේණියමෙම වර්ග දෙක ප්‍රධාන වශයෙන් ඒවායේ ව්‍යුහය, සංශුද්ධතාවය සහ මතුපිට ගුණාත්මකභාවය අනුව වෙනස් වේ.
-
අර්ධ සන්නායක ශ්‍රේණියේ වේෆර්99.999999999% දක්වා සුවිශේෂී ලෙස ඉහළ සංශුද්ධතාවයක් ඇති අතර, ඒකස්ඵටිකරූපී වීම දැඩි ලෙස අවශ්‍ය වේ.
-
ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා ශ්‍රේණියේ වේෆර්අඩු සංශුද්ධතාවයකින් යුක්ත වන අතර, සංශුද්ධතා මට්ටම් 99.99% සිට 99.9999% දක්වා පරාසයක පවතින අතර, ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය සඳහා එවැනි දැඩි අවශ්‍යතා නොමැත.
ඊට අමතරව, අර්ධ සන්නායක ශ්‍රේණියේ වේෆර් සඳහා ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා ශ්‍රේණියේ වේෆර් වලට වඩා ඉහළ මතුපිට සුමටතාවයක් සහ පිරිසිදුකමක් අවශ්‍ය වේ. අර්ධ සන්නායක වේෆර් සඳහා වන ඉහළ ප්‍රමිතීන් ඒවා සකස් කිරීමේ සංකීර්ණතාව සහ යෙදුම්වල ඒවායේ පසුකාලීන අගය යන දෙකම වැඩි කරයි.
පහත ප්‍රස්ථාරයෙන් අර්ධ සන්නායක වේෆර් පිරිවිතරවල පරිණාමය ගෙනහැර දක්වයි, ඒවා මුල් අඟල් 4 (මි.මී. 100) සහ අඟල් 6 (මි.මී. 150) වේෆර් වලින් වත්මන් අඟල් 8 (මි.මී. 200) සහ අඟල් 12 (මි.මී. 300) වේෆර් දක්වා වර්ධනය වී ඇත.
සැබෑ සිලිකන් මොනොස්ඵටික සකස් කිරීමේදී, යෙදුම් වර්ගය සහ පිරිවැය සාධක මත පදනම්ව වේෆර් ප්‍රමාණය වෙනස් වේ. උදාහරණයක් ලෙස, මතක චිප් සාමාන්‍යයෙන් අඟල් 12 වේෆර් භාවිතා කරන අතර බල උපාංග බොහෝ විට අඟල් 8 වේෆර් භාවිතා කරයි.
සාරාංශයක් ලෙස, වේෆර් ප්‍රමාණයේ පරිණාමය මුවර්ගේ නියමය සහ ආර්ථික සාධක දෙකෙහිම ප්‍රතිඵලයකි. විශාල වේෆර් ප්‍රමාණයක් එකම සැකසුම් තත්වයන් යටතේ වඩාත් ප්‍රයෝජනවත් සිලිකන් ප්‍රදේශයක වර්ධනයට ඉඩ සලසයි, නිෂ්පාදන පිරිවැය අඩු කරන අතර වේෆර් දාරවලින් සිදුවන අපද්‍රව්‍ය අවම කරයි.
නවීන තාක්ෂණික සංවර්ධනයේ තීරණාත්මක ද්‍රව්‍යයක් ලෙස, අර්ධ සන්නායක සිලිකන් වේෆර්, ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි සහ අයන බද්ධ කිරීම වැනි නිරවද්‍ය ක්‍රියාවලීන් හරහා, අධි බලැති සෘජුකාරක, ට්‍රාන්සිස්ටර, බයිපෝලර් හන්දි ට්‍රාන්සිස්ටර සහ මාරු කිරීමේ උපාංග ඇතුළු විවිධ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග නිෂ්පාදනය කිරීමට හැකියාව ලබා දෙයි. මෙම උපාංග කෘතිම බුද්ධිය, 5G සන්නිවේදනය, මෝටර් රථ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ, දේවල් අන්තර්ජාලය සහ අභ්‍යවකාශය වැනි ක්ෂේත්‍රවල ප්‍රධාන කාර්යභාරයක් ඉටු කරන අතර එය ජාතික ආර්ථික සංවර්ධනයේ සහ තාක්ෂණික නවෝත්පාදනයේ මුල් ගල සාදයි.
3. ඒකස්ඵටික සිලිකන් වර්ධන තාක්ෂණය
එමචොක්‍රල්ස්කි (CZ) ක්‍රමයඋසස් තත්ත්වයේ ඒකස්ඵටික ද්‍රව්‍ය දියවීමෙන් ඇද ගැනීම සඳහා කාර්යක්ෂම ක්‍රියාවලියකි. 1917 දී ජෑන් චොක්‍රල්ස්කි විසින් යෝජනා කරන ලද මෙම ක්‍රමය ලෙසද හැඳින්වේ.ස්ඵටික ඇදීමක්‍රමය.
වර්තමානයේ, විවිධ අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය සැකසීමේදී CZ ක්‍රමය බහුලව භාවිතා වේ. අසම්පූර්ණ සංඛ්‍යාලේඛනවලට අනුව, ඉලෙක්ට්‍රොනික සංරචක වලින් 98% ක් පමණ ඒක ස්ඵටික සිලිකන් වලින් සාදා ඇති අතර, මෙම සංරචක වලින් 85% ක් CZ ක්‍රමය භාවිතයෙන් නිෂ්පාදනය කෙරේ.
CZ ක්‍රමය එහි විශිෂ්ට ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය, පාලනය කළ හැකි ප්‍රමාණය, වේගවත් වර්ධන වේගය සහ ඉහළ නිෂ්පාදන කාර්යක්ෂමතාව නිසා ප්‍රිය කරයි. මෙම ලක්ෂණ නිසා ඉලෙක්ට්‍රොනික කර්මාන්තයේ උසස් තත්ත්වයේ, මහා පරිමාණ ඉල්ලුම සපුරාලීම සඳහා CZ මොනොක්‍රිස්ටලීන් සිලිකන් වඩාත් කැමති ද්‍රව්‍යය බවට පත් කරයි.
CZ මොනොක්‍රිස්ටලීන් සිලිකන් වල වර්ධන මූලධර්මය පහත පරිදි වේ:
CZ ක්‍රියාවලියට ඉහළ උෂ්ණත්වයන්, රික්තයක් සහ සංවෘත පරිසරයක් අවශ්‍ය වේ. මෙම ක්‍රියාවලිය සඳහා ප්‍රධාන උපකරණ වන්නේස්ඵටික වර්ධන උදුන, මෙම තත්වයන්ට පහසුකම් සපයයි.
පහත රූප සටහනෙන් ස්ඵටික වර්ධන උදුනක ව්‍යුහය නිරූපණය වේ.
CZ ක්‍රියාවලියේදී, පිරිසිදු සිලිකන් කබොලක තැන්පත් කර, උණු කර, උණු කළ සිලිකන් තුළට බීජ ස්ඵටිකයක් හඳුන්වා දෙනු ලැබේ. උෂ්ණත්වය, ඇදීමේ වේගය සහ කබොල භ්‍රමණ වේගය වැනි පරාමිතීන් නිවැරදිව පාලනය කිරීමෙන්, බීජ ස්ඵටිකයේ සහ උණු කළ සිලිකන් අතුරුමුහුණතේ ඇති පරමාණු හෝ අණු අඛණ්ඩව ප්‍රතිසංවිධානය වී, පද්ධතිය සිසිල් වන විට ඝන වී අවසානයේ තනි ස්ඵටිකයක් සාදයි.
මෙම ස්ඵටික වර්ධන තාක්ෂණය මඟින් නිශ්චිත ස්ඵටික දිශානතියන් සහිත උසස් තත්ත්වයේ, විශාල විෂ්කම්භයකින් යුත් ඒකස්ඵටික සිලිකන් නිපදවයි.
වර්ධන ක්‍රියාවලියට ප්‍රධාන පියවර කිහිපයක් ඇතුළත් වේ, ඒවා අතර:
-
විසුරුවා හැරීම සහ පැටවීම: ස්ඵටිකය ඉවත් කිරීම සහ ක්වාර්ට්ස්, මිනිරන් හෝ වෙනත් අපද්‍රව්‍ය වැනි දූෂක වලින් උදුන සහ සංරචක හොඳින් පිරිසිදු කිරීම.
-
රික්තය සහ දියවීම: පද්ධතිය රික්තයකට ඉවත් කරනු ලැබේ, ඉන්පසු ආගන් වායුව හඳුන්වා දී සිලිකන් ආරෝපණය රත් කරනු ලැබේ.
-
ස්ඵටික ඇදීම: බීජ ස්ඵටිකය උණු කළ සිලිකන් තුළට පහත් කරනු ලබන අතර, නිසි ස්ඵටිකීකරණය සහතික කිරීම සඳහා අතුරු මුහුණතේ උෂ්ණත්වය ප්‍රවේශමෙන් පාලනය කරනු ලැබේ.
-
උරහිස් සහ විෂ්කම්භය පාලනය: ස්ඵටිකය වර්ධනය වන විට, එහි විෂ්කම්භය හොඳින් නිරීක්ෂණය කර ඒකාකාර වර්ධනය සහතික කිරීම සඳහා සකස් කරනු ලැබේ.
-
වර්ධනය අවසන් කිරීම සහ උදුන වසා දැමීම: අපේක්ෂිත ස්ඵටික ප්‍රමාණය ලබා ගත් පසු, උදුන වසා දමනු ලබන අතර, ස්ඵටිකය ඉවත් කරනු ලැබේ.
මෙම ක්‍රියාවලියේ සවිස්තරාත්මක පියවර මඟින් අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනය සඳහා සුදුසු උසස් තත්ත්වයේ, දෝෂ රහිත මොනොස්ඵටික නිර්මාණය කිරීම සහතික කෙරේ.
4. ඒකස්ඵටික සිලිකන් නිෂ්පාදනයේ අභියෝග
විශාල විෂ්කම්භයකින් යුත් අර්ධ සන්නායක ඒකස්ඵටික නිෂ්පාදනය කිරීමේදී ඇති වන ප්‍රධාන අභියෝගයක් වන්නේ වර්ධන ක්‍රියාවලියේදී තාක්ෂණික බාධක ජය ගැනීමයි, විශේෂයෙන් ස්ඵටික දෝෂ පුරෝකථනය කිරීම සහ පාලනය කිරීමේදී:
-
ඒකස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය සහ අඩු අස්වැන්න නොගැලපේ.: සිලිකන් මොනොස්ඵටිකවල ප්‍රමාණය වැඩි වන විට, වර්ධන පරිසරයේ සංකීර්ණත්වය වැඩි වන අතර, තාප, ප්‍රවාහ සහ චුම්භක ක්ෂේත්‍ර වැනි සාධක පාලනය කිරීම දුෂ්කර කරයි. මෙය ස්ථාවර ගුණාත්මකභාවය සහ ඉහළ අස්වැන්නක් ලබා ගැනීමේ කාර්යය සංකීර්ණ කරයි.
-
අස්ථායී පාලන ක්‍රියාවලිය: අර්ධ සන්නායක සිලිකන් මොනොස්ඵටිකවල වර්ධන ක්‍රියාවලිය ඉතා සංකීර්ණ වන අතර, බහු භෞතික ක්ෂේත්‍ර අන්තර්ක්‍රියා කරන අතර, පාලන නිරවද්‍යතාවය අස්ථායී කරන අතර අඩු නිෂ්පාදන අස්වැන්නක් ලබා දෙයි. වත්මන් පාලන උපාය මාර්ග ප්‍රධාන වශයෙන් ස්ඵටිකයේ සාර්ව දෘෂ්ටි මානයන් කෙරෙහි අවධානය යොමු කරන අතර, අතින් අත්දැකීම් මත පදනම්ව ගුණාත්මකභාවය තවමත් සකස් කර ඇති අතර, IC චිප් වල ක්ෂුද්‍ර සහ නැනෝ නිෂ්පාදනය සඳහා අවශ්‍යතා සපුරාලීම දුෂ්කර කරයි.
මෙම අභියෝගවලට මුහුණ දීම සඳහා, ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය සඳහා තත්‍ය කාලීන, මාර්ගගත නිරීක්ෂණ සහ පුරෝකථන ක්‍රම සංවර්ධනය කිරීම සහ ඒකාබද්ධ පරිපථවල භාවිතය සඳහා විශාල ඒකස්ඵටිකවල ස්ථාවර, උසස් තත්ත්වයේ නිෂ්පාදනය සහතික කිරීම සඳහා පාලන පද්ධතිවල වැඩිදියුණු කිරීම් හදිසි අවශ්‍ය වේ.
පළ කිරීමේ කාලය: ඔක්තෝබර්-29-2025