Monocrystalline Silicon گروتھ کے طریقوں کا ایک جامع جائزہ

Monocrystalline Silicon گروتھ کے طریقوں کا ایک جامع جائزہ

1. Monocrystalline Silicon کی ترقی کا پس منظر

ٹیکنالوجی کی ترقی اور اعلیٰ کارکردگی والے سمارٹ پروڈکٹس کی بڑھتی ہوئی مانگ نے قومی ترقی میں انٹیگریٹڈ سرکٹ (IC) انڈسٹری کی بنیادی پوزیشن کو مزید مستحکم کیا ہے۔ آئی سی انڈسٹری کے سنگ بنیاد کے طور پر، سیمی کنڈکٹر مونو کرسٹل لائن سلکان تکنیکی جدت اور اقتصادی ترقی کو آگے بڑھانے میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔

بین الاقوامی سیمی کنڈکٹر انڈسٹری ایسوسی ایشن کے اعداد و شمار کے مطابق، عالمی سیمی کنڈکٹر ویفر مارکیٹ 12.6 بلین ڈالر کی فروخت کے اعداد و شمار تک پہنچ گئی، جس کی ترسیل 14.2 بلین مربع انچ تک بڑھ گئی۔ مزید یہ کہ سلیکون ویفرز کی مانگ میں مسلسل اضافہ ہوتا جا رہا ہے۔

تاہم، عالمی سلیکون ویفر انڈسٹری بہت زیادہ مرتکز ہے، جس میں سرفہرست پانچ سپلائرز مارکیٹ شیئر کے 85% سے زیادہ حاوی ہیں، جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے:

• شن-اتسو کیمیکل (جاپان)

• SUMCO (جاپان)

• گلوبل ویفرز

• سلٹرونک (جرمنی)

• ایس کے سلٹرون (جنوبی کوریا)

اس اولیگوپولی کے نتیجے میں چین کا درآمد شدہ مونوکرسٹل لائن سلکان ویفرز پر بہت زیادہ انحصار ہوتا ہے، جو ملک کی انٹیگریٹڈ سرکٹ انڈسٹری کی ترقی کو محدود کرنے والی کلیدی رکاوٹوں میں سے ایک بن گیا ہے۔

سیمی کنڈکٹر سلیکون مونو کرسٹل مینوفیکچرنگ سیکٹر میں موجودہ چیلنجوں پر قابو پانے کے لیے، تحقیق اور ترقی میں سرمایہ کاری اور ملکی پیداواری صلاحیتوں کو مضبوط بنانا ایک ناگزیر انتخاب ہے۔

2. Monocrystalline Silicon مواد کا جائزہ

Monocrystalline سلکان انٹیگریٹڈ سرکٹ انڈسٹری کی بنیاد ہے۔ آج تک، 90% سے زیادہ IC چپس اور الیکٹرانک آلات مونو کرسٹل لائن سلکان کو بنیادی مواد کے طور پر استعمال کرتے ہوئے بنائے گئے ہیں۔ monocrystalline سلکان اور اس کے متنوع صنعتی ایپلی کیشنز کی وسیع پیمانے پر مانگ کو کئی عوامل سے منسوب کیا جا سکتا ہے:

1. حفاظت اور ماحول دوست: سیلیکون زمین کی پرت میں وافر مقدار میں پایا جاتا ہے، غیر زہریلا اور ماحول دوست ہے۔

2. برقی موصلیت: سلکان قدرتی طور پر برقی موصلیت کی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے، اور گرمی کے علاج پر، یہ سلیکان ڈائی آکسائیڈ کی حفاظتی تہہ بناتا ہے، جو مؤثر طریقے سے برقی چارج کے نقصان کو روکتا ہے۔

3. بالغ ترقی ٹیکنالوجی: سلیکون کی ترقی کے عمل میں تکنیکی ترقی کی طویل تاریخ نے اسے دوسرے سیمی کنڈکٹر مواد سے کہیں زیادہ نفیس بنا دیا ہے۔

یہ عوامل مل کر مونو کرسٹل لائن سلیکون کو صنعت میں سب سے آگے رکھتے ہیں، جس سے یہ دوسرے مواد کے ذریعے ناقابل تبدیل ہو جاتا ہے۔

کرسٹل ڈھانچے کے لحاظ سے، مونو کرسٹل لائن سلکان ایک ایسا مواد ہے جو سلکان کے ایٹموں سے بنا ہے جو ایک متواتر جالی میں ترتیب دیا جاتا ہے، جو ایک مسلسل ڈھانچہ بناتا ہے۔ یہ چپ مینوفیکچرنگ انڈسٹری کی بنیاد ہے۔

مندرجہ ذیل خاکہ monocrystalline سلکان کی تیاری کے مکمل عمل کی وضاحت کرتا ہے:

عمل کا جائزہ:
Monocrystalline سلکان کو سلیکون ایسک سے ریفائننگ مراحل کی ایک سیریز کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ سب سے پہلے، پولی کرسٹل لائن سلکان حاصل کیا جاتا ہے، جو پھر کرسٹل گروتھ فرنس میں ایک مونوکریسٹل لائن سلکان پنڈ میں اگایا جاتا ہے۔ اس کے بعد، اسے کاٹا جاتا ہے، پالش کیا جاتا ہے، اور چپ کی تیاری کے لیے موزوں سلکان ویفرز میں پروسیس کیا جاتا ہے۔

سلیکن ویفرز کو عام طور پر دو قسموں میں تقسیم کیا جاتا ہے:فوٹوولٹک گریڈاورسیمی کنڈکٹر گریڈ. یہ دو قسمیں بنیادی طور پر اپنی ساخت، پاکیزگی اور سطح کے معیار میں مختلف ہیں۔

• سیمی کنڈکٹر گریڈ ویفرز99.999999999% تک غیر معمولی طور پر اعلی پاکیزگی ہے، اور سختی سے مونوکرسٹل لائن ہونے کی ضرورت ہے۔

• فوٹو وولٹک گریڈ ویفرزکم خالص ہیں، 99.99% سے 99.9999% تک طہارت کی سطح کے ساتھ، اور کرسٹل کے معیار کے لیے اس طرح کے سخت تقاضے نہیں ہیں۔

اس کے علاوہ، سیمی کنڈکٹر-گریڈ ویفرز کو فوٹوولٹک-گریڈ ویفرز سے زیادہ سطح کی ہمواری اور صفائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر ویفرز کے اعلی معیار ان کی تیاری کی پیچیدگی اور ایپلی کیشنز میں ان کے بعد کی قدر دونوں کو بڑھاتے ہیں۔

درج ذیل چارٹ میں سیمی کنڈکٹر ویفر کی خصوصیات کے ارتقاء کا خاکہ پیش کیا گیا ہے، جو ابتدائی 4 انچ (100 ملی میٹر) اور 6 انچ (150 ملی میٹر) ویفرز سے موجودہ 8 انچ (200 ملی میٹر) اور 12 انچ (300 ملی میٹر) ویفرز تک بڑھ گئے ہیں۔

اصل سلکان مونوکریسٹل تیاری میں، ویفر کا سائز درخواست کی قسم اور لاگت کے عوامل کی بنیاد پر مختلف ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، میموری چپس عام طور پر 12 انچ کے ویفرز کا استعمال کرتی ہیں، جبکہ پاور ڈیوائسز اکثر 8 انچ کے ویفرز کا استعمال کرتے ہیں۔

خلاصہ یہ کہ ویفر سائز کا ارتقاء مور کے قانون اور اقتصادی عوامل دونوں کا نتیجہ ہے۔ ویفر کا بڑا سائز اسی پروسیسنگ حالات میں زیادہ قابل استعمال سلیکون ایریا کی نشوونما کے قابل بناتا ہے، پیداواری لاگت کو کم کرتا ہے جبکہ ویفر کناروں سے فضلہ کو کم کرتا ہے۔

جدید تکنیکی ترقی میں ایک اہم مواد کے طور پر، سیمی کنڈکٹر سلیکون ویفرز، فوٹو لیتھوگرافی اور آئن امپلانٹیشن جیسے عین عمل کے ذریعے، مختلف الیکٹرانک آلات کی تیاری کے قابل بناتے ہیں، بشمول ہائی پاور ریکٹیفائر، ٹرانزسٹر، بائی پولر جنکشن ٹرانزسٹر، اور سوئچنگ ڈیوائسز۔ یہ آلات مصنوعی ذہانت، 5G کمیونیکیشنز، آٹوموٹیو الیکٹرانکس، انٹرنیٹ آف تھنگز، اور ایرو اسپیس جیسے شعبوں میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں، جو قومی اقتصادی ترقی اور تکنیکی جدت طرازی کی بنیاد بناتے ہیں۔

3. Monocrystalline سلکان گروتھ ٹیکنالوجی

دیCzochralski (CZ) طریقہپگھلنے سے اعلی معیار کے مونوکرسٹل لائن مواد کو کھینچنے کا ایک موثر عمل ہے۔ 1917 میں جان زوکرالسکی کی طرف سے تجویز کردہ، یہ طریقہ بھی کہا جاتا ہےکرسٹل کھینچناطریقہ

فی الحال، CZ طریقہ مختلف سیمی کنڈکٹر مواد کی تیاری میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے. نامکمل اعدادوشمار کے مطابق، تقریباً 98% الیکٹرانک اجزاء مونو کرسٹل لائن سلیکون سے بنائے جاتے ہیں، ان اجزاء میں سے 85% CZ طریقہ استعمال کرتے ہوئے تیار کیے جاتے ہیں۔

CZ طریقہ اس کے بہترین کرسٹل معیار، قابل کنٹرول سائز، تیز رفتار ترقی کی شرح، اور اعلی پیداواری کارکردگی کی وجہ سے پسند کیا جاتا ہے۔ یہ خصوصیات CZ monocrystalline سلکان کو الیکٹرانکس کی صنعت میں اعلیٰ معیار، بڑے پیمانے پر مانگ کو پورا کرنے کے لیے ترجیحی مواد بناتی ہیں۔

CZ monocrystalline سلکان کی ترقی کا اصول مندرجہ ذیل ہے:

CZ کے عمل میں اعلی درجہ حرارت، خلا اور بند ماحول کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس عمل کے لیے کلیدی سامان ہے۔کرسٹل ترقی بھٹی، جو ان حالات کو آسان بناتا ہے۔

درج ذیل خاکہ ایک کرسٹل گروتھ فرنس کی ساخت کو واضح کرتا ہے۔

CZ کے عمل میں، خالص سلکان کو ایک کروسیبل میں رکھا جاتا ہے، پگھلا جاتا ہے، اور ایک بیج کرسٹل کو پگھلے ہوئے سلکان میں داخل کیا جاتا ہے۔ درجہ حرارت، پل کی شرح، اور کروسیبل گردش کی رفتار جیسے پیرامیٹرز کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے سے، سیڈ کرسٹل اور پگھلے ہوئے سلیکون کے انٹرفیس پر ایٹم یا مالیکیول مسلسل دوبارہ منظم ہوتے ہیں، نظام کے ٹھنڈا ہونے کے ساتھ ہی مضبوط ہوتے ہیں اور بالآخر ایک ہی کرسٹل بنتے ہیں۔

کرسٹل کی ترقی کی یہ تکنیک مخصوص کرسٹل واقفیت کے ساتھ اعلیٰ معیار، بڑے قطر والے مونوکریسٹل لائن سلکان پیدا کرتی ہے۔

ترقی کے عمل میں کئی اہم مراحل شامل ہیں، بشمول:

1. بے ترکیبی اور لوڈنگ: کرسٹل کو ہٹانا اور کوارٹج، گریفائٹ، یا دیگر نجاست جیسے آلودگیوں سے بھٹی اور اجزاء کو اچھی طرح سے صاف کرنا۔

2. ویکیوم اور پگھلنا: نظام کو خلا میں منتقل کیا جاتا ہے، اس کے بعد آرگن گیس کا تعارف اور سلکان چارج کو گرم کیا جاتا ہے۔

3. کرسٹل کھینچنا: سیڈ کرسٹل کو پگھلے ہوئے سلیکون میں کم کیا جاتا ہے، اور مناسب کرسٹلائزیشن کو یقینی بنانے کے لیے انٹرفیس کے درجہ حرارت کو احتیاط سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔

4. کندھے اور قطر کنٹرول: جیسے جیسے کرسٹل بڑھتا ہے، اس کے قطر کو احتیاط سے مانیٹر کیا جاتا ہے اور یکساں ترقی کو یقینی بنانے کے لیے ایڈجسٹ کیا جاتا ہے۔

5. نمو اور فرنس شٹ ڈاؤن کا خاتمہ: ایک بار جب مطلوبہ کرسٹل کا سائز حاصل ہو جاتا ہے، فرنس کو بند کر دیا جاتا ہے، اور کرسٹل کو ہٹا دیا جاتا ہے۔

اس عمل کے تفصیلی اقدامات سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے لیے موزوں اعلیٰ معیار کے، عیب سے پاک مونوکریسٹلز کی تخلیق کو یقینی بناتے ہیں۔

4. Monocrystalline Silicon کی پیداوار میں چیلنجز

بڑے قطر کے سیمی کنڈکٹر مونوکریسٹلز کی پیداوار میں ایک اہم چیلنج ترقی کے عمل کے دوران تکنیکی رکاوٹوں پر قابو پانے میں ہے، خاص طور پر کرسٹل نقائص کی پیشن گوئی اور ان پر قابو پانے میں:

1. متضاد مونوکریسٹل کوالٹی اور کم پیداوار: جیسے جیسے سلیکون مونوکریسٹلز کا سائز بڑھتا ہے، نمو کے ماحول کی پیچیدگی بڑھ جاتی ہے، جس سے تھرمل، بہاؤ، اور مقناطیسی شعبوں جیسے عوامل کو کنٹرول کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ یہ مستقل معیار اور اعلی پیداوار کے حصول کے کام کو پیچیدہ بناتا ہے۔

2. غیر مستحکم کنٹرول کا عمل: سیمی کنڈکٹر سلیکون مونوکریسٹلز کی نشوونما کا عمل انتہائی پیچیدہ ہے، جس میں متعدد فزیکل فیلڈز آپس میں بات چیت کرتے ہیں، جس سے کنٹرول کی درستگی غیر مستحکم ہوتی ہے اور پیداوار کی کم پیداوار ہوتی ہے۔ موجودہ کنٹرول کی حکمت عملی بنیادی طور پر کرسٹل کے میکروسکوپک طول و عرض پر مرکوز ہے، جبکہ معیار کو اب بھی دستی تجربے کی بنیاد پر ایڈجسٹ کیا جاتا ہے، جس سے IC چپس میں مائیکرو اور نینو فیبریکیشن کی ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔

ان چیلنجوں سے نمٹنے کے لیے، کرسٹل کوالٹی کے لیے ریئل ٹائم، آن لائن مانیٹرنگ اور پیشین گوئی کے طریقوں کی ترقی کی فوری ضرورت ہے، اس کے ساتھ ساتھ کنٹرول سسٹمز میں بہتری کی ضرورت ہے تاکہ مربوط سرکٹس میں استعمال کے لیے بڑے مونوکریسٹلز کی مستحکم، اعلیٰ معیار کی پیداوار کو یقینی بنایا جا سکے۔