अर्धचालक उद्योग में उच्च परिशुद्धता और उच्च विश्वसनीयता की सख्त आवश्यकताओं के तहत, हालाँकि ग्रेनाइट एक मुख्य सामग्री है, इसके गुण कुछ सीमाएँ भी लाते हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में इसके मुख्य नुकसान और चुनौतियाँ निम्नलिखित हैं:
पहला, यह सामग्री अत्यधिक भंगुर है और इसे संसाधित करना कठिन है
दरार पड़ने का खतरा: ग्रेनाइट मूलतः एक प्राकृतिक पत्थर है जिसके अंदर प्राकृतिक सूक्ष्म दरारें और खनिज कण सीमाएँ होती हैं, और यह एक विशिष्ट भंगुर पदार्थ है। अति-परिशुद्धता मशीनिंग (जैसे नैनोस्केल ग्राइंडिंग और जटिल वक्र सतह प्रसंस्करण) में, यदि बल असमान है या प्रसंस्करण पैरामीटर अनुपयुक्त हैं, तो चिपिंग और सूक्ष्म दरार प्रसार जैसी समस्याएँ होने की संभावना होती है, जिससे वर्कपीस के टूटने का खतरा होता है।
कम प्रसंस्करण दक्षता: भंगुर फ्रैक्चर से बचने के लिए, हीरे के पीसने वाले पहियों और मैग्नेटोरियोलॉजिकल पॉलिशिंग के साथ कम गति वाली पीसने जैसी विशेष प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। प्रसंस्करण चक्र धातु सामग्री की तुलना में 30% से 50% लंबा होता है, और उपकरण निवेश लागत अधिक होती है (उदाहरण के लिए, पांच-अक्ष लिंकेज मशीनिंग केंद्र की कीमत 10 मिलियन युआन से अधिक है)।
जटिल संरचना की सीमाएँ: ढलाई, फोर्जिंग और अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से खोखली हल्की संरचनाएँ बनाना मुश्किल है। इसका उपयोग अधिकतर प्लेटों और आधारों जैसी सरल ज्यामितीय आकृतियों में किया जाता है, और इसका उपयोग उन उपकरणों में सीमित है जिनमें अनियमित आधार या आंतरिक पाइपलाइन एकीकरण की आवश्यकता होती है।
दूसरा, उच्च घनत्व के कारण उपकरणों पर भारी भार पड़ता है
संभालना और स्थापित करना कठिन: ग्रेनाइट का घनत्व लगभग 2.6-3.0 ग्राम/सेमी³ होता है, और समान आयतन वाले कच्चे लोहे के भार का 1.5-2 गुना होता है। उदाहरण के लिए, फोटोलिथोग्राफी मशीन के लिए ग्रेनाइट बेस का भार 5 से 10 टन तक पहुँच सकता है, जिसके लिए विशेष लिफ्टिंग उपकरण और शॉक-प्रूफ नींव की आवश्यकता होती है, जिससे कारखाने के निर्माण और उपकरणों की स्थापना की लागत बढ़ जाती है।
गतिशील प्रतिक्रिया विलंब: उच्च जड़त्व उपकरण (जैसे वेफर ट्रांसफर रोबोट) के गतिशील भागों के त्वरण को सीमित करता है। ऐसे परिदृश्यों में जहाँ तीव्र गति से शुरू और बंद करना आवश्यक हो (जैसे उच्च गति निरीक्षण उपकरण), यह उत्पादन लय को प्रभावित कर सकता है और दक्षता को कम कर सकता है।
तीसरा, मरम्मत और पुनरावर्तन की लागत अधिक है
दोषों की मरम्मत मुश्किल होती है: यदि उपयोग के दौरान सतह घिस जाती है या टक्कर से क्षति होती है, तो उसे पेशेवर ग्राइंडिंग उपकरणों के माध्यम से मरम्मत के लिए कारखाने में वापस लाना पड़ता है, जिसे मौके पर तुरंत ठीक नहीं किया जा सकता। इसके विपरीत, धातु के घटकों की मरम्मत स्पॉट वेल्डिंग और लेज़र क्लैडिंग जैसी विधियों द्वारा तुरंत की जा सकती है, जिससे डाउनटाइम कम होता है।
डिज़ाइन पुनरावृत्ति चक्र लंबा है: प्राकृतिक ग्रेनाइट शिराओं में अंतर विभिन्न बैचों के भौतिक गुणों (जैसे तापीय प्रसार गुणांक और अवमंदन अनुपात) में मामूली उतार-चढ़ाव का कारण बन सकता है। यदि उपकरण डिज़ाइन बदलता है, तो भौतिक गुणों का पुनः मिलान करना आवश्यक है, और अनुसंधान एवं विकास सत्यापन चक्र अपेक्षाकृत लंबा है।
4. सीमित संसाधन और पर्यावरणीय चुनौतियाँ
प्राकृतिक पत्थर अक्षय नहीं है: उच्च गुणवत्ता वाला ग्रेनाइट (जैसे "जिनान ग्रीन" और "सेसम ब्लैक", जो अर्धचालकों में प्रयुक्त होता है) विशिष्ट शिराओं पर निर्भर करता है, इसके भंडार सीमित होते हैं और पर्यावरण संरक्षण नीतियों द्वारा इसका खनन प्रतिबंधित होता है। अर्धचालक उद्योग के विस्तार के साथ, कच्चे माल की आपूर्ति में अस्थिरता का जोखिम हो सकता है।
प्रसंस्करण प्रदूषण संबंधी समस्याएँ: काटने और पीसने की प्रक्रिया के दौरान, बड़ी मात्रा में ग्रेनाइट धूल (जिसमें सिलिकॉन डाइऑक्साइड होता है) उत्पन्न होती है। यदि इसका उचित प्रबंधन नहीं किया जाता है, तो यह सिलिकोसिस का कारण बन सकता है। इसके अलावा, अपशिष्ट जल को छोड़ने से पहले अवसादन द्वारा उपचारित करने की आवश्यकता होती है, जिससे पर्यावरण संरक्षण निवेश में वृद्धि होती है।
पाँच. उभरती प्रक्रियाओं के साथ अपर्याप्त अनुकूलता
निर्वात वातावरण की सीमाएँ: कुछ अर्धचालक प्रक्रियाओं (जैसे निर्वात कोटिंग और इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी) के लिए उपकरण के अंदर उच्च निर्वात अवस्था बनाए रखना आवश्यक होता है। हालाँकि, ग्रेनाइट की सतह पर मौजूद सूक्ष्म छिद्र गैस के अणुओं को सोख सकते हैं, जो धीरे-धीरे निकलते हैं और निर्वात की स्थिरता को प्रभावित करते हैं। इसलिए, अतिरिक्त सतह सघनीकरण उपचार (जैसे रेज़िन संसेचन) आवश्यक है।
विद्युतचुंबकीय अनुकूलता संबंधी समस्याएँ: ग्रेनाइट एक रोधक पदार्थ है। ऐसे परिदृश्यों में जहाँ स्थैतिक विद्युत उत्सर्जन या विद्युतचुंबकीय परिरक्षण की आवश्यकता होती है (जैसे वेफर इलेक्ट्रोस्टैटिक अधिशोषण प्लेटफ़ॉर्म), धातु कोटिंग या प्रवाहकीय फ़िल्मों को संयोजित करने की आवश्यकता होती है, जिससे संरचनात्मक जटिलता और लागत बढ़ जाती है।
उद्योग प्रतिक्रिया रणनीति
उपर्युक्त कमियों के बावजूद, सेमीकंडक्टर उद्योग ने तकनीकी नवाचार के माध्यम से ग्रेनाइट की कमियों को आंशिक रूप से पूरा कर लिया है:
समग्र संरचना डिजाइन: यह "ग्रेनाइट आधार + धातु फ्रेम" के संयोजन को अपनाता है, जिसमें कठोरता और हल्केपन दोनों को ध्यान में रखा जाता है (उदाहरण के लिए, एक निश्चित फोटोलिथोग्राफी मशीन निर्माता ग्रेनाइट आधार में एक एल्यूमीनियम मिश्र धातु मधुकोश संरचना को एम्बेड करता है, जिससे वजन 40% कम हो जाता है)।
कृत्रिम सिंथेटिक वैकल्पिक सामग्री: प्रसंस्करण लचीलेपन को बढ़ाते हुए ग्रेनाइट की तापीय स्थिरता और कंपन प्रतिरोध का अनुकरण करने के लिए सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट (जैसे सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक) और एपॉक्सी रेजिन-आधारित कृत्रिम पत्थरों का विकास करना।
बुद्धिमान प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी: प्रसंस्करण पथ को अनुकूलित करने के लिए एआई एल्गोरिदम को शुरू करने, दरार जोखिमों की भविष्यवाणी करने के लिए तनाव सिमुलेशन, और वास्तविक समय में मापदंडों को समायोजित करने के लिए ऑनलाइन पता लगाने के संयोजन से, प्रसंस्करण स्क्रैप दर 5% से घटकर 1% से नीचे आ गई है।
सारांश
अर्धचालक उद्योग में ग्रेनाइट की कमियाँ मूलतः इसके प्राकृतिक भौतिक गुणों और औद्योगिक माँगों के बीच के टकराव से उपजी हैं। प्रौद्योगिकी की प्रगति और वैकल्पिक सामग्रियों के विकास के साथ, इसके अनुप्रयोग परिदृश्य धीरे-धीरे "अपूरणीय मूल संदर्भ घटकों" (जैसे फोटोलिथोग्राफी मशीनों और अति-परिशुद्धता मापन प्लेटफार्मों के लिए हाइड्रोस्टेटिक गाइड रेल) की ओर सिमट सकते हैं, जबकि गैर-महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटकों में धीरे-धीरे अधिक लचीली इंजीनियरिंग सामग्रियों को स्थान मिल सकता है। भविष्य में, प्रदर्शन, लागत और स्थायित्व में संतुलन कैसे बनाया जाए, यह एक ऐसा विषय होगा जिस पर उद्योग निरंतर शोध करता रहेगा।
पोस्ट करने का समय: 24 मई 2025