সিলিকন, সিলিকন কার্বাইড এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড

সাধারণ ব্যবহৃত ডিজিটাল পণ্য এবং উচ্চ-প্রযুক্তিগত বৈদ্যুতিক যানবাহন, 5G বেস স্টেশনের পিছনে, 3টি মূল সেমিকন্ডাক্টর উপাদান রয়েছে: সিলিকন, সিলিকন কার্বাইড এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড শিল্পটি চালাচ্ছে। তারা একে অপরের বিকল্প নয়, তারা একটি দলের বিশেষজ্ঞ এবং বিভিন্ন যুদ্ধক্ষেত্রে তাদের অপরিবর্তনীয় প্রচেষ্টা রয়েছে। তাদের শ্রম বিভাজন অনুধাবন করলে আমরা দেখতে পাই আধুনিক ইলেকট্রনিক্স শিল্পের উন্নয়ন বৃক্ষ।

1.সিলিকন: ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট ভিত্তি পাথর

সিলিকন নিঃসন্দেহে সেমিকন্ডাক্টরের রাজা, অত্যন্ত সমন্বিত এবং জটিল কম্পিউটিং এর সমস্ত ক্ষেত্র শাসন করে। কম্পিউটারের সিপিইউ, মোবাইল এসওসি, গ্রাফিক্স প্রসেসর, মেমরি, ফ্ল্যাশ মেমরি এবং বিভিন্ন মাইক্রোকন্ট্রোলার এবং ডিজিটাল লজিক চিপ, প্রায় সবই সিলিকন বেসের উপর নির্মিত।

কেন সিলিকন এই ক্ষেত্রে আধিপত্য

1) চমৎকার সমন্বিত ডিগ্রী

সিলিকনের দুর্দান্ত উপাদান বৈশিষ্ট্য রয়েছে, এটি তাপীয় জারণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পৃষ্ঠের উপর একটি নিখুঁত SiO2 অন্তরক ফিল্ম জন্মাতে পারে। এই সম্পত্তিটি CMOS ট্রানজিস্টর তৈরির ভিত্তি, একটি ছোট টুকরো চিপের উপর বিলিয়ন এমনকি দশ বিলিয়ন ট্রানজিস্টরকে একীভূত করে, চরম জটিল লজিস্টিক ফাংশনগুলি অর্জন করতে।

2) পরিপক্ক প্রক্রিয়া এবং কম খরচ

অর্ধ শতাব্দীরও বেশি উন্নয়নের মাধ্যমে, সিলিকনের প্রক্রিয়া সমগ্র মানব শিল্প সভ্যতার ফলাফল। বিশুদ্ধকরণ, ক্রিস্টাল টানানো থেকে শুরু করে ফটোলিথোগ্রাফি, এচিং পর্যন্ত, এটি একটি পরিপক্ক এবং বিশাল শিল্প শৃঙ্খল তৈরি করছে, যাতে বিস্ময়কর স্কেল এবং অত্যন্ত কম খরচে উচ্চ-মানের ক্রিস্টাল তৈরি করা যায়।

3) ভাল ভারসাম্য

সিলিকন পরিবাহিতা, স্যুইচিং গতি, উৎপাদন খরচ এবং তাপীয় কর্মক্ষমতার মধ্যে সর্বোত্তম ভারসাম্য অর্জন করে। যদিও এটি চরম কর্মক্ষমতায় এর আপস্টার্ট উপাদানের কর্মক্ষমতার সাথে মেলে না, এটি জটিল ডিজিটাল সংকেত এবং লজিক অপারেশন পরিচালনার জন্য পুরোপুরি পর্যাপ্ত এবং সবচেয়ে লাভজনক পছন্দ।

2.সিলিকন কার্বাইড: উচ্চ-ভোল্ট যুদ্ধক্ষেত্রে শক্তির অভিভাবক

SiC হল উচ্চ-ভোল্ট, উচ্চ-শক্তি ক্ষেত্রের বিপ্লব উপাদান। এটি প্রধানত শক্তি রূপান্তর এবং নিয়ন্ত্রণের জন্য "পাওয়ার ডিভাইসে" ব্যবহৃত হয়। যেমন মেইন ড্রাইভ ইনভার্টার, অন-বোর্ড চার্জার, নতুন এনার্জি গাড়িতে ডিসি-ডিসি কনভার্টার; স্মার্ট গ্রিড কনভার্টার স্টেশন, শিল্প মোটর ড্রাইভ, এবং শিল্প এবং পাওয়ার গ্রিডে রেল ট্রানজিট; নতুন শক্তি উৎপাদন শিল্পে ফোটোভোলটাইক ইনভার্টার এবং বায়ু শক্তি রূপান্তরকারী।

কেন SiC উচ্চ-ভোল্টেজ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত

1) অত্যন্ত উচ্চ ভাঙ্গন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি

SiC এর ব্রেকডাউন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি সিলিকনের চেয়ে 10 গুণ বেশি। এর অর্থ হল একই ভোল্টেজ প্রতিরোধী ডিভাইস তৈরি করা, ডিভাইসের অন-প্রতিরোধ কমাতে SiC-এর এপিটাক্সিয়াল স্তর পাতলা হতে পারে, ডোপিং ঘনত্ব বেশি হতে পারে। যখন প্রতিরোধ ক্ষমতা কম হয়ে যায়, তখন সঞ্চালনের সময় শক্তির ক্ষতি এবং তাপ উৎপাদন উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেতে পারে।

2) ভাল তাপ পরিবাহিতা

SiC এর তাপ পরিবাহিতা সিলিকনের 3 গুণ। উচ্চ শক্তি প্রয়োগে, গরম করা হল "শীর্ষ ঘাতক"। SiC ডিভাইসটি আরও দ্রুত হিটিংকে নিজেই আউটলেট করতে পারে, উচ্চ শক্তির ঘনত্বের অধীনে সিস্টেমের স্থিতিশীল কাজ করার অনুমতি দিতে বা তাপ অপচয় সিস্টেমকে সরল করতে পারে।

3) উচ্চ তাপমাত্রা কাজ ক্ষমতা

সিলিকন ডিভাইসের কাজের তাপমাত্রা সাধারণত 175 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের নিচে থাকে, যখন SiC ডিভাইসটি 200 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে কাজ করতে পারে। এটি উচ্চ-তাপমাত্রা এবং কঠোর পরিবেশে এটিকে আরও নির্ভরযোগ্য করে তোলে, যেমন গাড়ির ইঞ্জিনের কাছাকাছি অবস্থিত ইলেকট্রনিক সিস্টেম।

3.গ্যালিয়াম নাইট্রাইড: উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ট্র্যাকে গতির অগ্রগামী৷

GaN-এর মূল সুবিধা হল উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সিতে। এটি দুটি ক্ষেত্রে জ্বলজ্বল করে:

উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স (দ্রুত চার্জিং): বর্তমানে সবচেয়ে বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন, যা আমাদের কমপ্যাক্ট এবং অত্যন্ত দক্ষ GaN দ্রুত চার্জার ব্যবহার করতে সক্ষম করে।

আরএফ ফ্রন্ট-এন্ড: প্রতিরক্ষা শিল্পে 5G যোগাযোগ বেস স্টেশন এবং রাডার সিস্টেমে পাওয়ার এম্প্লিফায়ার।

কেন GaN উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পারফরম্যান্সের রাজা

1) অত্যন্ত উচ্চ ইলেক্ট্রন স্যাচুরেশন ড্রিফ্ট বেগ: GaN পদার্থে ইলেক্ট্রনগুলি অত্যন্ত দ্রুত গতিতে চলে, যার অর্থ হল ট্রানজিস্টরগুলি অত্যন্ত উচ্চ সুইচিং গতি অর্জন করতে পারে। পাওয়ার সাপ্লাই স্যুইচ করার জন্য, উচ্চতর সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি ছোট এবং হালকা ক্যাপাসিটর এবং ইন্ডাক্টর ব্যবহার করার অনুমতি দেয়, এইভাবে চার্জার মিনিয়েচারাইজেশন সক্ষম করে।

2)হাই ইলেক্ট্রন মোবিলিটি ট্রানজিস্টর (HEMT): পূর্ববর্তী প্রবন্ধে যেমন বিস্তারিত বলা হয়েছে, GaN-AlGaN হেটারোজাংশন ইন্টারফেস স্বয়ংক্রিয়ভাবে একটি দ্বি-মাত্রিক ইলেকট্রন গ্যাস (2DEG) গঠন করতে পারে, অত্যন্ত উচ্চ ইলেকট্রন ঘনত্ব এবং গতিশীলতা, যার ফলে অত্যন্ত কম অন-প্রতিরোধ হয়। এটি GaN ডিভাইসগুলিকে উচ্চ-গতির স্যুইচিংয়ের সময় কম পরিবাহী ক্ষতি এবং কম সুইচিং ক্ষতির দ্বৈত সুবিধা দেয়।

3) প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ: সিলিকন কার্বাইডের মতো, GaN-এরও একটি প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ রয়েছে, যা এটিকে উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ ভোল্টেজ প্রতিরোধী করে তোলে এবং সিলিকনের চেয়ে আরও শক্তিশালী।