কেন Gllium Nitride (GaN) Epitaxy একটি GaN সাবস্ট্রেটে বৃদ্ধি পায় না?

এর বৃদ্ধিGaN এপিটাক্সিসিলিকনের তুলনায় উপাদানের উচ্চতর বৈশিষ্ট্য থাকা সত্ত্বেও GaN সাবস্ট্রেট একটি অনন্য চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে।GaN এপিটাক্সিব্যান্ড গ্যাপ প্রস্থ, তাপ পরিবাহিতা, এবং সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণের উপর ভাঙ্গন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য সুবিধা প্রদান করে। এটি তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টরগুলির জন্য মেরুদণ্ড হিসাবে GaN-কে গ্রহণ করে, যা উচ্চ তাপমাত্রা এবং ফ্রিকোয়েন্সির অধীনে উন্নত শীতলকরণ, কম পরিবাহী হ্রাস এবং উন্নত কর্মক্ষমতা প্রদান করে, ফটোনিক এবং মাইক্রো-ইলেক্ট্রনিক শিল্পের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল এবং গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি।

GaN, প্রাথমিক তৃতীয়-প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী উপাদান হিসাবে, বিশেষত এর বিস্তৃত প্রযোজ্যতার কারণে জ্বলজ্বল করে এবং সিলিকন অনুসরণের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হিসাবে বিবেচিত হয়েছে। GaN পাওয়ার ডিভাইসগুলি বর্তমান সিলিকন-ভিত্তিক ডিভাইসগুলির তুলনায় উচ্চতর বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদর্শন করে, যেমন উচ্চতর সমালোচনামূলক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি, কম অন-প্রতিরোধ, এবং দ্রুত স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি, যা উচ্চ অপারেশনাল তাপমাত্রার অধীনে উন্নত সিস্টেমের দক্ষতা এবং কর্মক্ষমতার দিকে পরিচালিত করে।

GaN সেমিকন্ডাক্টর ভ্যালু চেইনে, যার মধ্যে সাবস্ট্রেট রয়েছে,GaN এপিটাক্সি, ডিভাইস ডিজাইন, এবং উত্পাদন, সাবস্ট্রেট ভিত্তি উপাদান হিসাবে কাজ করে। GaN স্বাভাবিকভাবেই সাবস্ট্রেট হিসেবে পরিবেশনের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত উপাদান যার উপরGaN এপিটাক্সিএকটি সমজাতীয় বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সাথে এর অন্তর্নিহিত সামঞ্জস্যের কারণে বড় হয়। এটি বস্তুগত বৈশিষ্ট্যের বৈষম্যের কারণে একটি ন্যূনতম মাত্রার চাপ নিশ্চিত করে, যার ফলে ভিন্নধর্মী সাবস্ট্রেটের তুলনায় উচ্চতর মানের এপিটাক্সিয়াল স্তর তৈরি হয়। GaN কে সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহার করে, নীলকান্তমণির মত সাবস্ট্রেটের তুলনায় অভ্যন্তরীণভাবে ত্রুটির ঘনত্ব এক হাজার ফ্যাক্টর দ্বারা কমিয়ে উচ্চ-মানের GaN জ্ঞানতত্ত্ব তৈরি করা যেতে পারে। এটি LED-এর জংশন তাপমাত্রায় একটি উল্লেখযোগ্য হ্রাসে অবদান রাখে এবং প্রতি ইউনিট এলাকায় লুমেনগুলির দশগুণ বৃদ্ধি সক্ষম করে।

যাইহোক, GaN ডিভাইসের প্রচলিত সাবস্ট্রেট তাদের বৃদ্ধির সাথে যুক্ত অসুবিধার কারণে GaN একক ক্রিস্টাল নয়। GaN একক স্ফটিক বৃদ্ধির অগ্রগতি প্রচলিত সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে ধীরগতিতে অগ্রসর হয়েছে। চ্যালেঞ্জটি গ্যাএন স্ফটিকের চাষের মধ্যে রয়েছে যা দীর্ঘায়িত এবং সাশ্রয়ী। 1932 সালে GaN এর প্রথম সংশ্লেষণ ঘটে, অ্যামোনিয়া এবং একটি বিশুদ্ধ ধাতু গ্যালিয়াম ব্যবহার করে উপাদানটি বৃদ্ধি পায়। তারপর থেকে, GaN একক স্ফটিক উপকরণগুলিতে ব্যাপক গবেষণা করা হয়েছে, তবুও চ্যালেঞ্জগুলি রয়ে গেছে। সাধারণ চাপে GaN-এর গলতে অক্ষমতা, উন্নত তাপমাত্রায় Ga এবং নাইট্রোজেন (N2) তে এর পচন, এবং এর 2,300 ডিগ্রি সেলসিয়াসের গলনাঙ্কে 6 গিগাপ্যাস্কাল (GPa) ছুঁয়ে যাওয়া ডিকম্প্রেশন চাপ বিদ্যমান গ্রোথ ইকুইপমেন্টের জন্য মিটমাট করা কঠিন করে তোলে। এই ধরনের উচ্চ চাপে GaN একক স্ফটিকের সংশ্লেষণ। ঐতিহ্যগত গলিত বৃদ্ধির পদ্ধতিগুলি GaN একক স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য নিযুক্ত করা যায় না, এইভাবে এপিটাক্সির জন্য ভিন্নধর্মী সাবস্ট্রেট ব্যবহার করা প্রয়োজন। GaN-ভিত্তিক ডিভাইসগুলির বর্তমান অবস্থায়, বৃদ্ধি সাধারণত সিলিকন, সিলিকন কার্বাইড এবং স্যাফায়ারের মতো সাবস্ট্রেটগুলিতে সঞ্চালিত হয়, একটি সমজাতীয় GaN সাবস্ট্রেট ব্যবহার করার পরিবর্তে, GaN এপিটাক্সিয়াল ডিভাইসগুলির বিকাশকে বাধা দেয় এবং একটি সমজাতীয় স্তরের প্রয়োজন হয় এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে বাধা দেয়- বড় ডিভাইস।

GaN এপিটাক্সিতে বিভিন্ন ধরণের সাবস্ট্রেট নিযুক্ত করা হয়:

1. নীলা:নীলকান্তমণি, বা α-Al2O3, LED-এর জন্য সবচেয়ে বিস্তৃত বাণিজ্যিক স্তর, LED বাজারের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ দখল করে। এটির ব্যবহার বিশেষ করে GaN এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির প্রেক্ষাপটে এর অনন্য সুবিধার জন্য প্রচার করা হয়েছিল, যা সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটে জন্মানোর মতো সমানভাবে কম স্থানচ্যুতি ঘনত্বের চলচ্চিত্র তৈরি করে। স্যাফায়ারের উৎপাদনে গলিত বৃদ্ধি জড়িত, একটি পরিপক্ক প্রক্রিয়া যা কম খরচে এবং বড় আকারে উচ্চ-মানের একক ক্রিস্টাল উৎপাদন করতে সক্ষম করে, শিল্প প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত। ফলস্বরূপ, নীলকান্তমণি হল এলইডি শিল্পের প্রাচীনতম এবং সর্বাধিক প্রচলিত সাবস্ট্রেটগুলির মধ্যে একটি।

2. সিলিকন কার্বাইড:সিলিকন কার্বাইড (SiC) হল একটি চতুর্থ-প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপাদান যা নীলকান্তমণিকে অনুসরণ করে LED সাবস্ট্রেটের বাজার শেয়ারের ক্ষেত্রে দ্বিতীয় স্থানে রয়েছে। SiC এর বৈচিত্র্যময় স্ফটিক ফর্ম দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছে, প্রাথমিকভাবে তিনটি বিভাগে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে: ঘন (3C-SiC), ষড়ভুজ (4H-SiC), এবং রম্বোহেড্রাল (15R-SiC)। বেশিরভাগ SiC স্ফটিক হল 3C, 4H, এবং 6H, 4H এবং 6H-SiC প্রকারগুলিকে GaN ডিভাইসের সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহার করা হচ্ছে।

সিলিকন কার্বাইড একটি LED সাবস্ট্রেট হিসাবে একটি চমৎকার পছন্দ। তা সত্ত্বেও, উচ্চ-মানের, বড় আকারের SiC একক স্ফটিকগুলির উত্পাদন চ্যালেঞ্জিং রয়ে গেছে এবং উপাদানটির স্তরযুক্ত কাঠামো এটিকে ক্লিভেজের প্রবণ করে তোলে, যা এর যান্ত্রিক অখণ্ডতাকে প্রভাবিত করে, সম্ভাব্যভাবে পৃষ্ঠের ত্রুটিগুলি প্রবর্তন করে যা এপিটাক্সিয়াল স্তরের গুণমানকে প্রভাবিত করে। একটি একক ক্রিস্টাল SiC সাবস্ট্রেটের দাম একই আকারের একটি নীলকান্তমণি সাবস্ট্রেটের থেকে প্রায় কয়েকগুণ বেশি, প্রিমিয়াম মূল্যের কারণে এর ব্যাপক প্রয়োগ সীমিত করে।

Semicorex  850V হাই পাওয়ার GaN-on-Si Epi Wafer

3. একক ক্রিস্টাল সিলিকন:সিলিকন, সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত এবং শিল্পভাবে প্রতিষ্ঠিত সেমিকন্ডাক্টর উপাদান, GaN এপিটাক্সিয়াল সাবস্ট্রেটগুলির উত্পাদনের জন্য একটি শক্ত ভিত্তি প্রদান করে। উন্নত একক ক্রিস্টাল সিলিকন বৃদ্ধির কৌশলগুলির প্রাপ্যতা একটি খরচ-কার্যকর, উচ্চ-মানের, 6 থেকে 12 ইঞ্চি সাবস্ট্রেটের বড় আকারের উত্পাদন নিশ্চিত করে। এটি উল্লেখযোগ্যভাবে LED-এর খরচ কমায় এবং একক ক্রিস্টাল সিলিকন সাবস্ট্রেট ব্যবহারের মাধ্যমে LED চিপস এবং ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলির একীকরণের পথ তৈরি করে, যা ক্ষুদ্রকরণে অগ্রগতি চালায়। তদুপরি, নীলকান্তমণির তুলনায়, যা বর্তমানে সবচেয়ে সাধারণ LED সাবস্ট্রেট, সিলিকন-ভিত্তিক ডিভাইসগুলি তাপ পরিবাহিতা, বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, উল্লম্ব কাঠামো তৈরি করার ক্ষমতা এবং উচ্চ শক্তির LED তৈরির জন্য আরও ভাল ফিট করার ক্ষেত্রে সুবিধা দেয়।**