৪র্থ প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর গ্যালিয়াম অক্সাইড/β-Ga2O3

অর্ধপরিবাহী পদার্থের প্রথম প্রজন্ম প্রধানত সিলিকন (Si) এবং জার্মেনিয়াম (Ge) দ্বারা উপস্থাপিত হয়, যা 1950 এর দশকে বৃদ্ধি পেতে শুরু করে। জার্মেনিয়াম প্রারম্ভিক দিনগুলিতে প্রভাবশালী ছিল এবং এটি প্রধানত কম-ভোল্টেজ, কম-ফ্রিকোয়েন্সি, মাঝারি-পাওয়ার ট্রানজিস্টর এবং ফটোডিটেক্টরগুলিতে ব্যবহৃত হত, কিন্তু এর দুর্বল উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ এবং বিকিরণ প্রতিরোধের কারণে, 1960 এর দশকের শেষের দিকে এটি ধীরে ধীরে সিলিকন ডিভাইস দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়। . উচ্চ প্রযুক্তিগত পরিপক্কতা এবং খরচের সুবিধার কারণে মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্সের ক্ষেত্রে সিলিকন এখনও প্রধান অর্ধপরিবাহী উপাদান।

দ্বিতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলির মধ্যে প্রধানত গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) এবং ইন্ডিয়াম ফসফাইড (InP) এর মতো যৌগিক অর্ধপরিবাহী অন্তর্ভুক্ত, যা উচ্চ-কার্যকারিতা মাইক্রোওয়েভ, মিলিমিটার তরঙ্গ, অপটোইলেক্ট্রনিক্স, স্যাটেলাইট যোগাযোগ এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, সিলিকনের সাথে তুলনা করে, এর খরচ, প্রযুক্তিগত পরিপক্কতা এবং উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলি খরচ-সংবেদনশীল বাজারে দ্বিতীয়-প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলির বিকাশ এবং জনপ্রিয়করণকে সীমিত করেছে।

সেমিকন্ডাক্টরের তৃতীয় প্রজন্মের প্রতিনিধিরা প্রধানত অন্তর্ভুক্তগ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN)এবংসিলিকন কার্বাইড (SiC), এবং প্রত্যেকেই গত দুই বছরে এই দুটি উপকরণের সাথে খুব পরিচিত। 1987 সালে ক্রি (পরবর্তীতে উলফস্পিড নামকরণ করা হয়) দ্বারা SiC সাবস্ট্রেটগুলি বাণিজ্যিকীকরণ করা হয়েছিল, কিন্তু সাম্প্রতিক বছরগুলিতে টেসলার প্রয়োগের আগে পর্যন্ত সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসের বড় আকারের বাণিজ্যিকীকরণকে সত্যিকার অর্থে প্রচার করা হয়নি। স্বয়ংচালিত প্রধান ড্রাইভ থেকে ফটোভোলটাইক শক্তি সঞ্চয়স্থান থেকে গ্রাহক সাদা যন্ত্রপাতি, সিলিকন কার্বাইড আমাদের দৈনন্দিন জীবনে প্রবেশ করেছে। আমাদের প্রতিদিনের মোবাইল ফোন এবং কম্পিউটার চার্জিং ডিভাইসেও GaN এর অ্যাপ্লিকেশন জনপ্রিয়। বর্তমানে, বেশিরভাগ GaN ডিভাইস <650V এবং ভোক্তা ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। SiC এর স্ফটিক বৃদ্ধির গতি খুবই ধীর (0.1-0.3 মিমি প্রতি ঘন্টা), এবং ক্রিস্টাল বৃদ্ধির প্রক্রিয়ার উচ্চ প্রযুক্তিগত প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। খরচ এবং দক্ষতার পরিপ্রেক্ষিতে, এটি সিলিকন-ভিত্তিক পণ্যগুলির সাথে তুলনা করা যায় না।

চতুর্থ প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী প্রধানত অন্তর্ভুক্তগ্যালিয়াম অক্সাইড (Ga2O3), হীরা (ডায়মন্ড), এবংঅ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (AlN). তাদের মধ্যে, গ্যালিয়াম অক্সাইডের স্তর প্রস্তুত করার অসুবিধা হীরা এবং অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের তুলনায় কম এবং এর বাণিজ্যিকীকরণের অগ্রগতি দ্রুততম এবং সবচেয়ে আশাব্যঞ্জক। Si এবং তৃতীয়-প্রজন্মের উপকরণগুলির সাথে তুলনা করে, চতুর্থ-প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলিতে উচ্চ ব্যান্ড গ্যাপ এবং ব্রেকডাউন ক্ষেত্রের শক্তি রয়েছে এবং উচ্চতর ভোল্টেজ সহ শক্তি ডিভাইস সরবরাহ করতে পারে।

SiC-এর উপর গ্যালিয়াম অক্সাইডের একটি সুবিধা হল যে এর একক ক্রিস্টাল তরল ফেজ পদ্ধতি, যেমন Czochralski পদ্ধতি এবং ঐতিহ্যবাহী সিলিকন রড উত্পাদনের নির্দেশিত ছাঁচ পদ্ধতি দ্বারা বৃদ্ধি করা যেতে পারে। উভয় পদ্ধতিই প্রথমে উচ্চ-বিশুদ্ধতার গ্যালিয়াম অক্সাইড পাউডারকে একটি ইরিডিয়াম ক্রুসিবলে লোড করে এবং পাউডার গলানোর জন্য তা গরম করে।

Czochralski পদ্ধতি বীজ স্ফটিক ব্যবহার করে স্ফটিক বৃদ্ধি শুরু করতে গলিত পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ করে। একই সময়ে, বীজ স্ফটিকটি ঘোরানো হয় এবং একই স্ফটিক কাঠামো সহ একটি একক ক্রিস্টাল রড পেতে বীজ স্ফটিক রডটি ধীরে ধীরে উত্তোলন করা হয়।

নির্দেশিত ছাঁচ পদ্ধতিতে ক্রুসিবলের উপরে একটি গাইড ছাঁচ (ইরিডিয়াম বা অন্যান্য উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধী উপকরণ দিয়ে তৈরি) প্রয়োজন। যখন গাইড ছাঁচটি গলতে নিমজ্জিত হয়, তখন টেমপ্লেট এবং সাইফন প্রভাব দ্বারা গলিত ছাঁচের উপরের পৃষ্ঠের দিকে আকৃষ্ট হয়। ভূপৃষ্ঠের উত্তেজনার ক্রিয়ায় গলিত একটি পাতলা ফিল্ম তৈরি করে এবং চারপাশে ছড়িয়ে পড়ে। গলিত ফিল্মের সাথে যোগাযোগ করার জন্য বীজ স্ফটিকটি নীচে রাখা হয় এবং ছাঁচের শীর্ষে তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট নিয়ন্ত্রণ করা হয় যাতে বীজ স্ফটিকের শেষ মুখটি বীজ স্ফটিকের মতো একই কাঠামোর সাথে একটি একক স্ফটিককে স্ফটিক করে তোলে। তারপর বীজ স্ফটিক টানা প্রক্রিয়া দ্বারা ক্রমাগত উপরের দিকে উত্তোলন করা হয়। বীজ স্ফটিক কাঁধ মুক্তি এবং সমান ব্যাস বৃদ্ধির পরে সম্পূর্ণ একক স্ফটিক প্রস্তুতি সম্পন্ন করে। ছাঁচের শীর্ষের আকৃতি এবং আকার নির্দেশিত ছাঁচ পদ্ধতি দ্বারা উত্থিত স্ফটিকের ক্রস-বিভাগীয় আকৃতি নির্ধারণ করে।