GaN একক ক্রিস্টাল

সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তি হল আধুনিক সভ্যতার মেরুদন্ড, যা আমরা যেভাবে জীবনযাপন করি, কাজ করি এবং বিশ্বের সাথে মিথস্ক্রিয়া করি তা মৌলিকভাবে রূপান্তরিত করে। এটি তথ্য প্রযুক্তি, শক্তি, টেলিযোগাযোগ এবং স্বাস্থ্যসেবা সহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে অভূতপূর্ব অগ্রগতি সক্ষম করেছে। মাইক্রোপ্রসেসর যা আমাদের স্মার্টফোন এবং কম্পিউটারকে শক্তি দেয়, চিকিৎসা যন্ত্রের সেন্সর এবং নবায়নযোগ্য শক্তি সিস্টেমে পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স পর্যন্ত, সেমিকন্ডাক্টরগুলি গত শতাব্দীর প্রায় প্রতিটি প্রযুক্তিগত উদ্ভাবনের মূলে রয়েছে।

সেমিকন্ডাক্টরের প্রথম প্রজন্ম: জার্মেনিয়াম এবং সিলিকন

সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তির ইতিহাস প্রথম প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর, প্রাথমিকভাবে জার্মেনিয়াম (Ge) এবং সিলিকন (Si) দিয়ে শুরু হয়েছিল। এই উপাদানগুলি মৌলিক অর্ধপরিবাহী, যার অর্থ তারা একটি একক উপাদান দিয়ে গঠিত। সিলিকন, বিশেষ করে, তার প্রাচুর্য, খরচ-কার্যকারিতা, এবং চমৎকার ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যের কারণে সর্বাধিক ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর উপাদান। সিলিকন-ভিত্তিক প্রযুক্তি কয়েক দশক ধরে পরিপক্ক হয়েছে, যার ফলে ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (ICs) এর বিকাশ ঘটে যা আধুনিক ইলেকট্রনিক্সের ভিত্তি তৈরি করে। সিলিকনের একটি স্থিতিশীল এবং উচ্চ-মানের অক্সাইড স্তর (সিলিকন ডাই অক্সাইড) গঠন করার ক্ষমতা ধাতব-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর (MOS) ডিভাইসগুলির সাফল্যের একটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ, যা বেশিরভাগ ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের বিল্ডিং ব্লক।

সেমিকন্ডাক্টরের দ্বিতীয় প্রজন্ম: গ্যালিয়াম আর্সেনাইড এবং ইন্ডিয়াম ফসফাইড

প্রযুক্তির বিকাশের সাথে সাথে, সিলিকনের সীমাবদ্ধতাগুলি স্পষ্ট হয়ে ওঠে, বিশেষ করে উচ্চ-গতি এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে। এটি সেমিকন্ডাক্টরের দ্বিতীয় প্রজন্মের বিকাশের দিকে পরিচালিত করে, যার মধ্যে গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) এবং ইন্ডিয়াম ফসফাইড (InP) এর মতো যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর রয়েছে। এই উপাদানগুলি তাদের উচ্চতর ইলেক্ট্রন গতিশীলতা এবং সরাসরি ব্যান্ডগ্যাপের জন্য পরিচিত, যা আলো-নিঃসরণকারী ডায়োড (এলইডি), লেজার ডায়োড এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রানজিস্টরের মতো অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসগুলির জন্য আদর্শ করে তোলে। GaAs, উদাহরণস্বরূপ, মাইক্রোওয়েভ এবং মিলিমিটার-তরঙ্গ যোগাযোগ ব্যবস্থার পাশাপাশি স্যাটেলাইট এবং রাডার প্রযুক্তিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। তাদের সুবিধা থাকা সত্ত্বেও, উৎপাদনে উচ্চ খরচ এবং চ্যালেঞ্জের কারণে GaAs এবং InP-এর ব্যাপক গ্রহণ সীমিত করা হয়েছে।

সেমিকন্ডাক্টরের তৃতীয় প্রজন্ম:সিলিকন কার্বাইডএবংগ্যালিয়াম নাইট্রাইড

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ফোকাস তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে স্থানান্তরিত হয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে উপকরণগুলিসিলিকন কার্বাইড (SiC)এবংগ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN). এই উপকরণগুলির একটি প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ রয়েছে, যার অর্থ তারা তাদের পূর্বসূরীদের তুলনায় উচ্চ ভোল্টেজ, তাপমাত্রা এবং ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে।GaN, বিশেষ করে, 3.4 eV এর বিস্তৃত ব্যান্ডগ্যাপ, উচ্চ ইলেক্ট্রন গতিশীলতা, উচ্চ ব্রেকডাউন ভোল্টেজ এবং চমৎকার তাপ পরিবাহিতা সহ এর ব্যতিক্রমী বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য উল্লেখযোগ্য মনোযোগ অর্জন করেছে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি তৈরি করেGaNদ্রুত চার্জার, পাওয়ার ট্রানজিস্টর এবং রেডিও-ফ্রিকোয়েন্সি (RF) মাইক্রোওয়েভ ডিভাইসের মতো উচ্চ-শক্তি এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একজন আদর্শ প্রার্থী।

ক্রিস্টাল স্ট্রাকচার এবং বন্ডিং ইনGaN

GaNযৌগিক সেমিকন্ডাক্টরগুলির III-V গ্রুপের অন্তর্গত, যা পর্যায় সারণির গ্রুপ III (যেমন, গ্যালিয়াম) এবং গ্রুপ V (যেমন, নাইট্রোজেন) এর উপাদানগুলির সমন্বয়ে গঠিত। এর স্ফটিক গঠনGaNদুটি প্রাথমিক আকারে বিদ্যমান থাকতে পারে: ষড়ভুজাকার উর্টজাইট এবং কিউবিক স্ফেলারিট। যে ধরনের স্ফটিক কাঠামো তৈরি হয় তা পরমাণুর মধ্যে রাসায়নিক বন্ধনের প্রকৃতি দ্বারা প্রভাবিত হয়। সেমিকন্ডাক্টর যৌগগুলিতে, বন্ধনটি সমযোজী এবং আয়নিক বন্ধনের মিশ্রণ হতে পারে। বন্ড যত বেশি আয়নিক হবে, উপাদানটির একটি উর্টজাইট কাঠামো তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা তত বেশি। ক্ষেত্রেGaN, গ্যালিয়াম (Ga) এবং নাইট্রোজেন (N) এর মধ্যে বৈদ্যুতিক ঋণাত্মকতার বড় পার্থক্য বন্ডে একটি উল্লেখযোগ্য আয়নিক চরিত্রের দিকে নিয়ে যায়। ফলে,GaNসাধারণত wurtzite কাঠামোতে স্ফটিক করে, যা তার উচ্চ তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং রাসায়নিক ক্ষয় প্রতিরোধের জন্য পরিচিত।

এর সুবিধাGaNআগের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের উপর

প্রথম এবং দ্বিতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের তুলনায়,GaNঅত্যাধুনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য এটিকে বিশেষভাবে আকর্ষণীয় করে তোলে এমন বিভিন্ন সুবিধা প্রদান করে। সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য সুবিধাগুলির মধ্যে একটি হল এর প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ, যা GaN-ভিত্তিক ডিভাইসগুলিকে ভেঙে না গিয়ে উচ্চ ভোল্টেজ এবং তাপমাত্রায় কাজ করতে দেয়। এটি GaN কে পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের জন্য একটি চমৎকার উপাদান করে তোলে, যেখানে দক্ষতা এবং তাপ ব্যবস্থাপনা গুরুত্বপূর্ণ উদ্বেগ। উপরন্তু, GaN-এর একটি নিম্ন অস্তরক ধ্রুবক রয়েছে, যা ক্যাপাসিট্যান্স কমাতে সাহায্য করে এবং ট্রানজিস্টরে দ্রুত স্যুইচিং গতি সক্ষম করে।

GaNএছাড়াও এটি একটি উচ্চতর সমালোচনামূলক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি নিয়ে গর্ব করে, যা ডিভাইসগুলিকে ভাঙ্গনের অভিজ্ঞতা ছাড়াই বৃহত্তর বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলি পরিচালনা করতে দেয়। এটি উচ্চ-পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে উচ্চ ভোল্টেজ এবং স্রোত পরিচালনা করার ক্ষমতা অপরিহার্য। অধিকন্তু, GaN এর উচ্চ ইলেক্ট্রন গতিশীলতা উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশন, যেমন RF এবং মাইক্রোওয়েভ ডিভাইসগুলির জন্য উপযুক্ততার জন্য অবদান রাখে। এই বৈশিষ্ট্যগুলির সংমিশ্রণ - উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ, এবং বিকিরণ কঠোরতা - GaN কে একটি বহুমুখী উপাদান করে তোলে যা পরবর্তী প্রজন্মের ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করতে প্রস্তুত৷

GaNআধুনিক অ্যাপ্লিকেশন এবং ভবিষ্যত সম্ভাবনা

এর অনন্য বৈশিষ্ট্যGaNইতিমধ্যে বেশ কিছু শিল্পে বিপ্লব ঘটাতে শুরু করেছে। কনজিউমার ইলেক্ট্রনিক্সে, GaN-ভিত্তিক ফাস্ট চার্জারগুলি তাদের দক্ষতা এবং কম্প্যাক্ট আকারের কারণে ঐতিহ্যবাহী সিলিকন-ভিত্তিক চার্জারের তুলনায় ক্রমশ জনপ্রিয় হয়ে উঠছে। টেলিকমিউনিকেশনের ক্ষেত্রে, GaN উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রানজিস্টর তৈরি করতে ব্যবহার করা হচ্ছে যা 5G নেটওয়ার্ক এবং তার বাইরের জন্য অপরিহার্য। মহাকাশ এবং প্রতিরক্ষা খাতগুলি উচ্চ-শক্তির রাডার এবং যোগাযোগ ব্যবস্থায় ব্যবহারের জন্য GaN এর সম্ভাব্যতাও অন্বেষণ করছে, যেখানে চরম পরিস্থিতিতে কাজ করার ক্ষমতা অমূল্য।