হীরা - অর্ধপরিবাহী ভবিষ্যতের তারকা

বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশ এবং উচ্চ-কর্মক্ষমতা এবং উচ্চ-দক্ষতার অর্ধপরিবাহী ডিভাইসগুলির জন্য ক্রমবর্ধমান বৈশ্বিক চাহিদা, অর্ধপরিবাহী শিল্প চেইনের মূল প্রযুক্তিগত লিঙ্ক হিসাবে সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেট উপকরণগুলি ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে। এর মধ্যে, ডায়মন্ড, সম্ভাব্য চতুর্থ প্রজন্মের "আলটিমেট সেমিকন্ডাক্টর" উপাদান হিসাবে ধীরে ধীরে একটি গবেষণা হটস্পট এবং একটি নতুন বাজারের প্রিয় হয়ে উঠছে যা এর দুর্দান্ত শারীরিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেট উপকরণগুলির ক্ষেত্রে।

হীরার বৈশিষ্ট্য

ডায়মন্ড একটি সাধারণ পারমাণবিক স্ফটিক এবং কোভ্যালেন্ট বন্ড স্ফটিক। স্ফটিক কাঠামোটি চিত্র 1 (ক) এ দেখানো হয়েছে। এটি একটি সমবায় বন্ধন আকারে অন্য তিনটি কার্বন পরমাণুর সাথে বন্ধনযুক্ত মধ্য কার্বন পরমাণু নিয়ে গঠিত। চিত্র 1 (খ) হ'ল ইউনিট সেল কাঠামো, যা হীরার মাইক্রোস্কোপিক পর্যায়ক্রমিক এবং কাঠামোগত প্রতিসাম্য প্রতিফলিত করে।

চিত্র 1 ডায়মন্ড (ক) স্ফটিক কাঠামো; (b) একক কোষের গঠন

হীরা হ'ল বিশ্বের সবচেয়ে কঠিন উপাদান, অনন্য শারীরিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সহ এবং যান্ত্রিকতা, বিদ্যুৎ এবং অপটিক্সগুলিতে দুর্দান্ত বৈশিষ্ট্য, যেমন চিত্র 2-তে দেখানো হয়েছে: ডায়মন্ডের অতি-উচ্চ কঠোরতা রয়েছে এবং প্রতিরোধের পরিধান রয়েছে, কাটিয়া উপকরণ এবং ইন্ডেন্টার ইত্যাদির জন্য উপযুক্ত ।, এবং ঘর্ষণকারী সরঞ্জামগুলিতে ভাল ব্যবহৃত হয়; (2) আজ অবধি পরিচিত প্রাকৃতিক পদার্থের মধ্যে হীরার সর্বোচ্চ তাপ পরিবাহিতা (2200W/(m·K)), যা সিলিকন কার্বাইড (SiC) এর চেয়ে 4 গুণ বেশি, সিলিকন (Si) থেকে 13 গুণ বেশি, এর চেয়ে 43 গুণ বেশি গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs), এবং তামা এবং রৌপ্যের চেয়ে 4 থেকে 5 গুণ বেশি এবং উচ্চ-ক্ষমতার ডিভাইসগুলিতে ব্যবহৃত হয়। এটির চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে যেমন নিম্ন তাপ সম্প্রসারণ সহগ (0.8×10-6-1.5×10^-6K^-1) এবং উচ্চ ইলাস্টিক মডুলাস। এটি ভাল সম্ভাবনা সহ একটি চমৎকার ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং উপাদান। 

গর্তের গতিশীলতা 4500 সেমি 2 · ভি^-1· এস^-1, এবং ইলেক্ট্রন গতিশীলতা 3800 cm2·V^-1· এস^-1, যা এটি উচ্চ-গতির স্যুইচিং ডিভাইসের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য করে তোলে; ব্রেকডাউন ক্ষেত্রের শক্তি 13 এমভি/সেমি, যা উচ্চ-ভোল্টেজ ডিভাইসে প্রয়োগ করা যেতে পারে; যোগ্যতার বালিগা চিত্রটি 24664 এর চেয়ে বেশি, যা অন্যান্য উপকরণগুলির তুলনায় অনেক বেশি (মান যত বেশি, স্যুইচিং ডিভাইসগুলিতে ব্যবহারের সম্ভাবনা তত বেশি)। 

পলিক্রিস্টালাইন ডায়মন্ডেরও একটি আলংকারিক প্রভাব রয়েছে। ডায়মন্ড লেপটি কেবল একটি ফ্ল্যাশ প্রভাব দেয় না তবে বিভিন্ন রঙও রয়েছে। এটি উচ্চ-শেষ ঘড়িগুলি, বিলাসবহুল সামগ্রীর জন্য আলংকারিক আবরণ এবং সরাসরি একটি ফ্যাশন পণ্য হিসাবে ব্যবহৃত হয়। হীরার শক্তি এবং কঠোরতা কর্নিং গ্লাসের চেয়ে 6 গুণ এবং 10 গুণ, তাই এটি মোবাইল ফোন প্রদর্শন এবং ক্যামেরা লেন্সগুলিতেও ব্যবহৃত হয়।

চিত্র 2 হীরা এবং অন্যান্য অর্ধপরিবাহী উপকরণগুলির বৈশিষ্ট্য

হীরার প্রস্তুতি

হীরা বৃদ্ধি প্রধানত HTHP পদ্ধতিতে বিভক্ত (উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপ পদ্ধতি) এবংসিভিডি পদ্ধতি (রাসায়নিক বাষ্প জমা করার পদ্ধতি). উচ্চ চাপ প্রতিরোধ, বড় রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি, কম খরচ এবং উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের মতো সুবিধার কারণে সিভিডি পদ্ধতি হীরার সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেট তৈরির মূলধারায় পরিণত হয়েছে। দুটি বৃদ্ধির পদ্ধতি বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের উপর ফোকাস করে এবং তারা ভবিষ্যতে দীর্ঘ সময়ের জন্য একটি পরিপূরক সম্পর্ক দেখাবে।

উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপ পদ্ধতি (এইচটিএইচপি) হ'ল কাঁচামাল সূত্র দ্বারা নির্দিষ্ট অনুপাতের গ্রাফাইট পাউডার, ধাতব অনুঘটক পাউডার এবং অ্যাডিটিভগুলি মিশ্রিত করে একটি গ্রাফাইট কোর কলাম তৈরি করা এবং তারপরে দানাদার, স্ট্যাটিক প্রেসিং, ভ্যাকুয়াম হ্রাস, পরিদর্শন, ওজন এবং অন্যান্য প্রক্রিয়া। গ্রাফাইট কোর কলামটি তখন যৌগিক ব্লক, সহায়ক অংশগুলি এবং অন্যান্য সিলযুক্ত চাপ সংক্রমণ মিডিয়াগুলির সাথে একত্রিত হয় যা একটি সিন্থেটিক ব্লক তৈরি করে যা ডায়মন্ড সিঙ্গল স্ফটিকগুলিকে সংশ্লেষিত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এর পরে, এটি গরম এবং চাপের জন্য একটি ছয় পক্ষের শীর্ষ প্রেসে স্থাপন করা হয় এবং দীর্ঘ সময়ের জন্য স্থির রাখা হয়। স্ফটিক বৃদ্ধি শেষ হওয়ার পরে, তাপটি বন্ধ হয়ে যায় এবং চাপটি প্রকাশ করা হয় এবং সিলড চাপ সংক্রমণ মাধ্যমটি সিন্থেটিক কলামটি পেতে সরানো হয়, যা পরে হীরার একক স্ফটিকগুলি পাওয়ার জন্য বিশুদ্ধ এবং বাছাই করা হয়।

চিত্র 3 ছয় পার্শ্বযুক্ত শীর্ষ প্রেসের কাঠামো চিত্র

ধাতব অনুঘটক ব্যবহারের কারণে, শিল্প এইচটিএইচপি পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত হীরা কণাগুলি প্রায়শই কিছু অমেধ্য এবং ত্রুটি থাকে এবং নাইট্রোজেন সংযোজনের কারণে তাদের সাধারণত একটি হলুদ রঙের রঙ থাকে। প্রযুক্তি আপগ্রেড করার পরে, হীরার উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপের প্রস্তুতি তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট পদ্ধতিটি বৃহত-কণা উচ্চমানের হীরা একক স্ফটিক উত্পাদন করতে ব্যবহার করতে পারে, ডায়মন্ড ইন্ডাস্ট্রিয়াল অ্যাব্রেসিভ গ্রেডের রত্ন গ্রেডে রূপান্তর উপলব্ধি করে।

চিত্র 4 ডায়মন্ড আকারবিদ্যা

রাসায়নিক বাষ্প ডিপোজিশন (সিভিডি) হীরা ফিল্মগুলি সংশ্লেষ করার জন্য সর্বাধিক জনপ্রিয় পদ্ধতি। প্রধান পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে হট ফিলামেন্ট রাসায়নিক বাষ্প জমা (এইচএফসিভিডি) এবংমাইক্রোওয়েভ প্লাজমা রাসায়নিক বাষ্প জমা (MPCVD).

(1) গরম ফিলামেন্ট রাসায়নিক বাষ্প জমা

এইচএফসিভিডির মূল নীতিটি হ'ল ভ্যাকুয়াম চেম্বারে উচ্চ-তাপমাত্রা ধাতব তারের সাথে প্রতিক্রিয়া গ্যাসের সংঘর্ষের জন্য বিভিন্ন ধরণের সক্রিয় "আনচার্জড" গোষ্ঠী তৈরি করতে। উত্পন্ন কার্বন পরমাণুগুলি ন্যানোডিয়ামন্ডস গঠনের জন্য সাবস্ট্রেট উপাদানগুলিতে জমা হয়। সরঞ্জামগুলি পরিচালনা করা সহজ, কম বৃদ্ধির ব্যয় রয়েছে, ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং এটি শিল্প উত্পাদন অর্জন করা সহজ। কম তাপ পচন দক্ষতা এবং ফিলামেন্ট এবং ইলেক্ট্রোড থেকে গুরুতর ধাতব পরমাণু দূষণের কারণে, এইচএফসিভিডি সাধারণত কেবল শস্যের সীমানায় প্রচুর পরিমাণে এসপি 2 ফেজ কার্বন অমেধ্য সমন্বিত পলিক্রিস্টালাইন ডায়মন্ড ফিল্মগুলি প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়, তাই এটি সাধারণত ধূসর-কালো ।

চিত্র 5 (ক) এইচএফসিভিডি সরঞ্জাম চিত্র, (খ) ভ্যাকুয়াম চেম্বার কাঠামো চিত্র

(২) মাইক্রোওয়েভ প্লাজমা রাসায়নিক বাষ্প জবানবন্দি

এমপিসিভিডি পদ্ধতি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিটির মাইক্রোওয়েভ তৈরি করতে চৌম্বক বা সলিড-স্টেট উত্স ব্যবহার করে, যা ওয়েভগাইডের মাধ্যমে প্রতিক্রিয়া চেম্বারে খাওয়ানো হয় এবং প্রতিক্রিয়া চেম্বারের বিশেষ জ্যামিতিক মাত্রা অনুসারে সাবস্ট্রেটের উপরে স্থিতিশীল স্থায়ী তরঙ্গ গঠন করে। 

উচ্চতর ফোকাসযুক্ত বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় ক্ষেত্রটি এখানে একটি স্থিতিশীল প্লাজমা বল তৈরি করতে প্রতিক্রিয়া গ্যাসগুলি মিথেন এবং হাইড্রোজেনকে ভেঙে দেয়। বৈদ্যুতিন সমৃদ্ধ, আয়ন সমৃদ্ধ এবং সক্রিয় পারমাণবিক গোষ্ঠীগুলি যথাযথ তাপমাত্রা এবং চাপে সাবস্ট্রেটে নিউক্লিয়েট এবং বৃদ্ধি পাবে, যার ফলে সমজাতীয় বৃদ্ধি ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পাবে। এইচএফসিভিডির সাথে তুলনা করে, এটি হট মেটাল তারের বাষ্পীভবনের ফলে সৃষ্ট ডায়মন্ড ফিল্মের দূষণ এড়ায় এবং ন্যানোডিয়ামন্ড ফিল্মের বিশুদ্ধতা বাড়ায়। এইচএফসিভিডি -র চেয়ে প্রক্রিয়াটিতে আরও প্রতিক্রিয়া গ্যাস ব্যবহার করা যেতে পারে এবং জমা হওয়া ডায়মন্ড একক স্ফটিকগুলি প্রাকৃতিক হীরার চেয়ে বিশুদ্ধ। অতএব, অপটিকাল-গ্রেডের হীরা পলিক্রিস্টালাইন উইন্ডো, বৈদ্যুতিন-গ্রেড ডায়মন্ড একক স্ফটিক ইত্যাদি প্রস্তুত করা যেতে পারে।

চিত্র 6 এমপিসিভিডির অভ্যন্তরীণ কাঠামো

হীরার উন্নয়ন এবং দ্বিধা

যেহেতু প্রথম কৃত্রিম হীরাটি 1963 সালে সফলভাবে বিকশিত হয়েছিল, 60 বছরেরও বেশি উন্নয়নের পরে, আমার দেশ বিশ্বের 90% এরও বেশি কৃত্রিম হীরার সবচেয়ে বেশি উৎপাদনকারী দেশ হয়ে উঠেছে। যাইহোক, চীনের হীরা প্রধানত নিম্ন-এন্ড এবং মাঝারি-প্রান্তের অ্যাপ্লিকেশন বাজারে কেন্দ্রীভূত হয়, যেমন ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম নাকাল, অপটিক্স, স্যুয়ারেজ ট্রিটমেন্ট এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে। গার্হস্থ্য হীরার বিকাশ বড় কিন্তু শক্তিশালী নয়, এবং উচ্চ-সম্পদ সরঞ্জাম এবং ইলেকট্রনিক-গ্রেড সামগ্রীর মতো অনেক ক্ষেত্রে এটি একটি অসুবিধার মধ্যে রয়েছে। 

সিভিডি হীরার ক্ষেত্রে একাডেমিক কৃতিত্বের ক্ষেত্রে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, জাপান এবং ইউরোপের গবেষণাটি শীর্ষস্থানীয় অবস্থানে রয়েছে এবং আমার দেশে তুলনামূলকভাবে কয়েকটি মূল গবেষণা রয়েছে। "13 তম পাঁচ বছরের পরিকল্পনা" এর মূল গবেষণা এবং বিকাশের সমর্থনের সাথে, গার্হস্থ্য স্প্লাইড এপিট্যাক্সিয়াল বৃহত আকারের হীরা একক স্ফটিকগুলি বিশ্বের প্রথম শ্রেণির অবস্থানে লাফিয়ে উঠেছে। ভিন্নধর্মী এপিট্যাক্সিয়াল একক স্ফটিকের ক্ষেত্রে, আকার এবং গুণমানের এখনও একটি বিশাল ব্যবধান রয়েছে, যা "14 তম পাঁচ বছরের পরিকল্পনায়" ছাড়িয়ে যেতে পারে।

সারা বিশ্ব থেকে গবেষকরা অপ্টোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসে হীরার প্রয়োগ উপলব্ধি করতে এবং বহুমুখী উপাদান হিসাবে হীরার প্রতি মানুষের প্রত্যাশা পূরণের জন্য হীরার বৃদ্ধি, ডোপিং এবং ডিভাইস সমাবেশের উপর গভীর গবেষণা পরিচালনা করেছেন। যাইহোক, হীরার ব্যান্ড গ্যাপ 5.4 eV এর মতো বেশি। এর পি-টাইপ পরিবাহিতা বোরন ডোপিং দ্বারা অর্জন করা যেতে পারে, কিন্তু এন-টাইপ পরিবাহিতা পাওয়া খুবই কঠিন। বিভিন্ন দেশের গবেষকরা জালিতে কার্বন পরমাণু প্রতিস্থাপনের আকারে নাইট্রোজেন, ফসফরাস এবং সালফারের মতো অমেধ্যকে একক স্ফটিক বা পলিক্রিস্টালাইন হীরাতে ডোপ করেছেন। যাইহোক, গভীর দাতা শক্তির স্তর বা অমেধ্যগুলির আয়নকরণে অসুবিধার কারণে, ভাল এন-টাইপ পরিবাহিতা পাওয়া যায়নি, যা হীরা-ভিত্তিক ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির গবেষণা এবং প্রয়োগকে ব্যাপকভাবে সীমিত করে। 

একই সময়ে, বৃহৎ-ক্ষেত্রের একক ক্রিস্টাল হীরা একক ক্রিস্টাল সিলিকন ওয়েফারের মতো বড় পরিমাণে প্রস্তুত করা কঠিন, যা হীরা-ভিত্তিক সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলির বিকাশে আরেকটি অসুবিধা। উপরের দুটি সমস্যা দেখায় যে বিদ্যমান অর্ধপরিবাহী ডোপিং এবং ডিভাইস উন্নয়ন তত্ত্ব ডায়মন্ড এন-টাইপ ডোপিং এবং ডিভাইস সমাবেশের সমস্যাগুলি সমাধান করা কঠিন। অন্যান্য ডোপিং পদ্ধতি এবং ডোপ্যান্টস খোঁজা বা এমনকি নতুন ডোপিং এবং ডিভাইস বিকাশের নীতিগুলি বিকাশ করা প্রয়োজন।

অত্যধিক উচ্চ মূল্য এছাড়াও হীরা উন্নয়ন সীমিত. সিলিকনের দামের সাথে তুলনা করলে, সিলিকন কার্বাইডের দাম সিলিকনের 30-40 গুণ, গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের দাম সিলিকনের 650-1300 গুণ, এবং সিন্থেটিক হীরা উপকরণের দাম সিলিকনের চেয়ে প্রায় 10,000 গুণ। খুব বেশি দাম হীরার বিকাশ এবং প্রয়োগকে সীমাবদ্ধ করে। কিভাবে খরচ কমানো যায় উন্নয়নের দ্বিধা ভাঙার জন্য একটি যুগান্তকারী পয়েন্ট।

আউটলুক

যদিও হীরা সেমিকন্ডাক্টরগুলি বর্তমানে উন্নয়নে অসুবিধার মুখোমুখি হচ্ছে, তবুও তারা পরবর্তী প্রজন্মকে উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-তাপমাত্রা এবং নিম্ন-শক্তি হ্রাসকারী বৈদ্যুতিন ডিভাইসগুলির প্রস্তুতির জন্য সর্বাধিক প্রতিশ্রুতিবদ্ধ উপাদান হিসাবে বিবেচিত হয়। বর্তমানে, হটেস্ট সেমিকন্ডাক্টরগুলি সিলিকন কার্বাইড দ্বারা দখল করা হয়। সিলিকন কার্বাইডের হীরার কাঠামো রয়েছে তবে এর পরমাণুর অর্ধেকটি কার্বন। অতএব, এটি অর্ধ হীরা হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে। সিলিকন কার্বাইড সিলিকন স্ফটিক যুগ থেকে ডায়মন্ড সেমিকন্ডাক্টর যুগে একটি ট্রানজিশনাল পণ্য হওয়া উচিত।

"হীরা চিরকালের জন্য, এবং একটি হীরা চিরকাল স্থায়ী" বাক্যাংশটি আজ অবধি ডি বিয়ারের নাম তৈরি করেছে। হীরা সেমিকন্ডাক্টরগুলির জন্য, অন্য ধরণের গৌরব তৈরির জন্য স্থায়ী এবং অবিচ্ছিন্ন অনুসন্ধানের প্রয়োজন হতে পারে।

ভেটেক সেমিকন্ডাক্টর একটি পেশাদার চীনা নির্মাতাট্যান্টালাম কার্বাইড লেপ, সিলিকন কার্বাইড আবরণ, GaN পণ্য,বিশেষ গ্রাফাইট, সিলিকন কার্বাইড সিরামিকসএবংঅন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর সিরামিক. VeTek সেমিকন্ডাক্টর সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের জন্য বিভিন্ন আবরণ পণ্যের জন্য উন্নত সমাধান প্রদান করতে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ।

আপনার যদি কোন জিজ্ঞাসা থাকে বা অতিরিক্ত বিবরণ প্রয়োজন, আমাদের সাথে যোগাযোগ করতে দ্বিধা করবেন না দয়া করে.

মোব/হোয়াটসঅ্যাপ: +86-180 6922 0752

ইমেল: anny@veteksemi.com