सेमीकंडक्टर चिप विनिर्माण

परिचय

संदर्भ: चिप्स 21वीं सदी का "तेल" हैं, कारों से लेकर AI तक सब कुछ संचालित करते हैं।

• उद्योग: $500 बिलियन (2020) -> $1.3 ट्रिलियन (2029)।
• भारत की स्थिति: 100% आयात निर्भरता (2020 में ₹1.1 लाख करोड़)।
• नीति: घरेलू पारिस्थितिकी तंत्र बनाने के लिए ₹76,000 करोड़ प्रोत्साहन योजना।

प्रौद्योगिकी:

• ट्रांजिस्टर: सिलिकॉन वेफर्स पर बने नैनोमीटर-स्केल स्विच (ON/OFF)।
• पैमाना: आधुनिक चिप्स (जैसे, Apple M1) में अरबों ट्रांजिस्टर होते हैं।
• नोड्स: 180nm (लेगेसी) -> 7nm/5nm/3nm (उन्नत)। छोटा = तेज और कुशल।

फैब्रिकेशन प्रक्रिया

1. डिज़ाइन: EDA टूल्स का उपयोग करके 3D सर्किट ब्लूप्रिंट बनाना। 2. फोटोलिथोग्राफी (मुख्य):

• तंत्र: फोटो-रेसिस्ट से लेपित सिलिकॉन वेफर पर फोटोमास्क के माध्यम से प्रकाश प्रक्षेपित करना।
• सादृश्य: फोटोग्राफ विकसित करने जैसा, लेकिन नैनोमीटर सटीकता के साथ।
• चरण: एक्सपोज़र -> एचिंग (सामग्री हटाना) -> डिपोजिशन (तांबा/इंसुलेटर जोड़ना) -> डोपिंग (विद्युत गुणों को संशोधित करना)।
• पुनरावृत्ति: 100 परतों तक के लिए प्रक्रिया दोहराई जाती है। 3. पैकेजिंग: वेफर को अलग-अलग डाई में काटना और उन्हें आवरण में रखना।

तकनीकी चुनौतियां

1. प्रकाश स्रोत (रिज़ॉल्यूशन):

• DUV (डीप अल्ट्रावायलेट): 193nm तरंग दैर्ध्य। परिपक्व नोड्स के लिए उपयोग।
• EUV (एक्सट्रीम अल्ट्रावायलेट): 13.5nm तरंग दैर्ध्य।
  • जटिलता: वैक्यूम में टिन की बूंदों पर लेजर फायर करके उत्पन्न।
  • आवश्यकता: <7nm चिप्स के लिए आवश्यक (स्मार्टफोन, AI)।
  • एकाधिकार: ASML (नीदरलैंड) एकमात्र आपूर्तिकर्ता है। मशीन लागत ~$150 मिलियन।

2. सटीकता और शुद्धता:

• क्लीनरूम: अस्पताल OT से 1000x साफ होना चाहिए। एक धूल कण चिप को बर्बाद कर सकता है।
• अल्ट्राप्योर पानी: सफाई के लिए भारी खपत; उन्नत रीसाइक्लिंग की आवश्यकता (TSMC 87% रीसाइकल करता है)।

3. क्वांटम प्रभाव:

• <5nm पर, इलेक्ट्रॉन रिसाव (क्वांटम टनलिंग) एक प्रमुख मुद्दा बन जाता है, जिसके लिए नई ट्रांजिस्टर संरचनाओं (जैसे, गेट-ऑल-अराउंड) की आवश्यकता होती है।

वैश्विक आपूर्ति श्रृंखला संरचना

प्रकार	भूमिका	प्रमुख खिलाड़ी
IDM	डिज़ाइन + विनिर्माण	Intel (US), Samsung (कोरिया)
फैबलेस	केवल डिज़ाइन	NVIDIA, Qualcomm (US), MediaTek (ताइवान)
फाउंड्री	केवल विनिर्माण	TSMC (ताइवान - 54% हिस्सेदारी), GlobalFoundries
उपकरण	मशीनें बनाना	ASML (नीदरलैंड), Applied Materials (US), Tokyo Electron (जापान)

कमजोरी: ताइवान में उच्च एकाग्रता (TSMC 90% उन्नत चिप्स बनाता है) भू-राजनीतिक जोखिम पैदा करती है।

भारत का सेमीकंडक्टर मिशन (ISM)

सेमीकॉन इंडिया प्रोग्राम (₹76,000 करोड़):

1. सिलिकॉन फैब्स: वाणिज्यिक फैब्स स्थापित करने के लिए 50% राजकोषीय सहायता (पारीपासु)।
2. डिस्प्ले फैब्स: LCD/AMOLED प्लांट्स के लिए सहायता।
3. कंपाउंड सेमीकंडक्टर: सेंसर, फोटोनिक्स, ATMP (असेंबली और टेस्टिंग) के लिए सहायता।
4. डिज़ाइन लिंक्ड इंसेंटिव (DLI): घरेलू डिज़ाइन स्टार्टअप का पोषण।

रणनीतिक लक्ष्य:

• आयात निर्भरता कम करना।
• रक्षा/अंतरिक्ष इलेक्ट्रॉनिक्स में रणनीतिक स्वायत्तता।
• हाई-टेक विनिर्माण में रोजगार सृजन।

मेन्स PYQ दृष्टिकोण

प्र. "सेमीकंडक्टर विनिर्माण एक जटिल और पूंजी-गहन उद्योग है। वैश्विक सेमीकंडक्टर हब बनने में भारत के सामने आने वाली चुनौतियों और सेमीकॉन इंडिया प्रोग्राम के महत्व पर चर्चा करें।"

संरचना:

1. परिचय: चिप्स का महत्व (रणनीतिक और आर्थिक)।
2. चुनौतियां:
   • बुनियादी ढांचा: स्थिर बिजली, लाखों लीटर अल्ट्राप्योर पानी की आवश्यकता।
   • पूंजी: फैब्स की लागत $10-20 बिलियन; लंबी गर्भधारण अवधि।
   • प्रतिभा: विशेषज्ञ प्रक्रिया इंजीनियरों की कमी।
   • पारिस्थितिकी तंत्र: घटक आपूर्तिकर्ताओं की कमी (रसायन, गैसें)।
3. योजना का महत्व:
   • राजकोषीय सहायता (50%) भारत को US/EU प्रोत्साहनों के प्रतिस्पर्धी बनाती है।
   • फैब्स के साथ-साथ ATMP/OSAT (आसान प्रवेश बिंदु) पर ध्यान।
4. आगे का रास्ता:
   • पहले लेगेसी नोड्स (28nm+) पर ध्यान (ऑटो/IoT में उच्च मांग)।
   • डिज़ाइन शक्ति का लाभ उठाएं (वैश्विक डिज़ाइन इंजीनियरों का 20% भारतीय हैं)।
   • वैश्विक साझेदारी (जैसे, US, जापान के साथ)।