ପରବର୍ତ୍ତୀ ପିଢ଼ିର ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍: ନୀଳମଣି, ସିଲିକନ୍, ଏବଂ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍

ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ଶିଳ୍ପରେ, ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ହେଉଛି ମୂଳ ସାମଗ୍ରୀ ଯାହା ଉପରେ ଡିଭାଇସ୍ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ନିର୍ଭର କରେ। ସେମାନଙ୍କର ଭୌତିକ, ତାପଜ ଏବଂ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଗୁଣଗୁଡ଼ିକ ସିଧାସଳଖ ଦକ୍ଷତା, ନିର୍ଭରଯୋଗ୍ୟତା ଏବଂ ପ୍ରୟୋଗ ପରିସରକୁ ପ୍ରଭାବିତ କରେ। ସମସ୍ତ ବିକଳ୍ପଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟରେ, ନୀଳାକୃତି (Al₂O₃), ସିଲିକନ୍ (Si), ଏବଂ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ (SiC) ସର୍ବାଧିକ ବ୍ୟବହୃତ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ପାଲଟିଛି, ପ୍ରତ୍ୟେକ ଭିନ୍ନ ଭିନ୍ନ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା କ୍ଷେତ୍ରରେ ଉତ୍କୃଷ୍ଟ। ଏହି ଲେଖାଟି ସେମାନଙ୍କର ସାମଗ୍ରୀ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ, ପ୍ରୟୋଗ ଭୂଦୃଶ୍ୟ ଏବଂ ଭବିଷ୍ୟତ ବିକାଶ ଧାରା ଅନୁସନ୍ଧାନ କରେ।

ନୀଳମଣି: ଦି ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ୱାର୍କହର୍ସ

ନୀଳମଣି ହେଉଛି ଷଡ଼କୋଣୀୟ ଜାଲି ସହିତ ଆଲୁମିନିୟମ୍ ଅକ୍ସାଇଡର ଏକ ଏକକ-ସ୍ଫାଟିକ ରୂପ। ଏହାର ପ୍ରମୁଖ ଗୁଣଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟରେ ଅସାଧାରଣ କଠୋରତା (ମୋହସ୍ କଠୋରତା 9), ଅଲ୍ଟ୍ରାଭାୟୋଲେଟ୍ ରୁ ଇନଫ୍ରାରେଡ୍ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ବ୍ୟାପକ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ସ୍ୱଚ୍ଛତା ଏବଂ ଦୃଢ଼ ରାସାୟନିକ ପ୍ରତିରୋଧ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ, ଯାହା ଏହାକୁ ଅପ୍ଟୋଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ ଡିଭାଇସ୍ ଏବଂ କଠୋର ପରିବେଶ ପାଇଁ ଆଦର୍ଶ କରିଥାଏ। ଉତ୍ତପ୍ତ ବୃଦ୍ଧି କୌଶଳ ଯେପରିକି ହିଟ୍ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ ମେଥଡ୍ ଏବଂ କାଇରୋପୋଲୋସ୍ ମେଥଡ୍, ରାସାୟନିକ-ଯାନ୍ତ୍ରିକ ପଲିସିଂ (CMP) ସହିତ ମିଶ୍ରିତ, ସବ୍-ନାନୋମିଟର ପୃଷ୍ଠ ରୁକ୍ଷତା ସହିତ ୱେଫର ଉତ୍ପାଦନ କରେ।

ନୀଳମଣି ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକ GaN ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର ଭାବରେ LED ଏବଂ ମାଇକ୍ରୋ-LEDରେ ବହୁଳ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ, ଯେଉଁଠାରେ ପ୍ୟାଟର୍ନଡ୍ ନୀଳମଣି ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକ (PSS) ଆଲୋକ ନିଷ୍କାସନ ଦକ୍ଷତାକୁ ଉନ୍ନତ କରେ। ସେମାନଙ୍କର ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଇନସୁଲେସନ୍ ଗୁଣ ଯୋଗୁଁ ଏଗୁଡ଼ିକ ଉଚ୍ଚ-ଆବୃତ୍ତି RF ଡିଭାଇସ୍‌ଗୁଡ଼ିକରେ ଏବଂ ସୁରକ୍ଷାମୂଳକ ଝରକା ଏବଂ ସେନ୍ସର କଭର ଭାବରେ ଉପଭୋକ୍ତା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଏବଂ ଏରୋସ୍ପେସ୍ ପ୍ରୟୋଗରେ ମଧ୍ୟ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ସୀମାଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟରେ ଅପେକ୍ଷାକୃତ କମ୍ ତାପଜ ପରିବାହିତା (35–42 W/m·K) ଏବଂ GaN ସହିତ ଜାଲିସ୍ ମେଳ ଖାଏ ନାହିଁ, ଯାହା ତ୍ରୁଟିକୁ କମ କରିବା ପାଇଁ ବଫର ସ୍ତର ଆବଶ୍ୟକ କରେ।

ସିଲିକନ୍: ମାଇକ୍ରୋଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଫାଉଣ୍ଡେସନ୍

ସିଲିକନ୍ ଏହାର ପରିପକ୍ୱ ଶିଳ୍ପ ଇକୋସିଷ୍ଟମ, ଡୋପିଂ ମାଧ୍ୟମରେ ଆଡଜଷ୍ଟେବଲ୍ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ପରିବାହିତା ଏବଂ ମଧ୍ୟମ ତାପଜ ଗୁଣ (ତାପଜ ପରିବାହିତା ~150 W/m·K, ତରଳାଇବା ବିନ୍ଦୁ 1410°C) ହେତୁ ପାରମ୍ପରିକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସର ମେରୁଦଣ୍ଡ ହୋଇ ରହିଛି। CPU, ମେମୋରୀ ଏବଂ ଲଜିକ୍ ଡିଭାଇସ୍ ସମେତ 90% ରୁ ଅଧିକ ସମନ୍ୱିତ ସର୍କିଟ୍ ସିଲିକନ୍ ୱେଫର୍ ରେ ତିଆରି କରାଯାଇଛି। ସିଲିକନ୍ ଫଟୋଭୋଲ୍ଟାଇକ୍ କୋଷଗୁଡ଼ିକୁ ମଧ୍ୟ ପ୍ରାଧାନ୍ୟ ଦିଏ ଏବଂ IGBTs ଏବଂ MOSFETs ପରି ନିମ୍ନ-ରୁ-ମଧ୍ୟମ ଶକ୍ତି ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକରେ ବ୍ୟାପକ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ।

ତଥାପି, ସିଲିକନ୍ ଏହାର ସଂକୀର୍ଣ୍ଣ ବ୍ୟାଣ୍ଡଗ୍ୟାପ୍ (1.12 eV) ଏବଂ ପରୋକ୍ଷ ବ୍ୟାଣ୍ଡଗ୍ୟାପ୍ ଯୋଗୁଁ ଉଚ୍ଚ-ଭୋଲଟେଜ୍ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ-ଆବୃତ୍ତି ପ୍ରୟୋଗରେ ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜର ସମ୍ମୁଖୀନ ହୁଏ, ଯାହା ଆଲୋକ ନିର୍ଗମନ ଦକ୍ଷତାକୁ ସୀମିତ କରେ।

ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍: ଉଚ୍ଚ-ଶକ୍ତି ସମ୍ପନ୍ନ ଉଦ୍ଭାବକ

SiC ହେଉଛି ଏକ ତୃତୀୟ ପିଢ଼ିର ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ସାମଗ୍ରୀ ଯାହାର ବ୍ୟାଣ୍ଡଗ୍ୟାପ୍ (3.2 eV), ଉଚ୍ଚ ବ୍ରେକଡାଉନ୍ ଭୋଲଟେଜ୍ (3 MV/cm), ଉଚ୍ଚ ତାପଜ ପରିବାହୀତା (~490 W/m·K), ଏବଂ ଦ୍ରୁତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ସଂତୃପ୍ତି ବେଗ (~2×10⁷ cm/s) ରହିଛି। ଏହି ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ଏହାକୁ ଉଚ୍ଚ-ଭୋଲଟେଜ୍, ଉଚ୍ଚ-ଶକ୍ତି ଏବଂ ଉଚ୍ଚ-ଆବୃତ୍ତି ଉପକରଣ ପାଇଁ ଆଦର୍ଶ କରିଥାଏ। SiC ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ସାଧାରଣତଃ 2000°C ରୁ ଅଧିକ ତାପମାତ୍ରାରେ ଭୌତିକ ବାଷ୍ପ ପରିବହନ (PVT) ମାଧ୍ୟମରେ ବଢ଼ିଥାଏ, ଜଟିଳ ଏବଂ ସଠିକ ପ୍ରକ୍ରିୟାକରଣ ଆବଶ୍ୟକତା ସହିତ।

ପ୍ରୟୋଗଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟରେ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଯାନବାହନ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ, ଯେଉଁଠାରେ SiC MOSFET ଗୁଡ଼ିକ ଇନଭର୍ଟର ଦକ୍ଷତାକୁ 5-10% ଉନ୍ନତ କରିଥାଏ, GaN RF ଡିଭାଇସଗୁଡ଼ିକ ପାଇଁ ସେମି-ଇନସୁଲେଟିଂ SiC ବ୍ୟବହାର କରି 5G ଯୋଗାଯୋଗ ପ୍ରଣାଳୀ, ଏବଂ ଉଚ୍ଚ-ଭୋଲଟେଜ ପ୍ରତ୍ୟକ୍ଷ କରେଣ୍ଟ (HVDC) ଟ୍ରାନ୍ସମିସନ ସହିତ ସ୍ମାର୍ଟ ଗ୍ରୀଡ୍ ଯାହା ଶକ୍ତି କ୍ଷତିକୁ 30% ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ହ୍ରାସ କରିଥାଏ। ସୀମା ହେଉଛି ଉଚ୍ଚ ମୂଲ୍ୟ (6-ଇଞ୍ଚ ୱେଫରଗୁଡ଼ିକ ସିଲିକନ ଅପେକ୍ଷା 20-30 ଗୁଣ ଅଧିକ ମହଙ୍ଗା) ଏବଂ ଅତ୍ୟଧିକ କଠୋରତା ଯୋଗୁଁ ପ୍ରକ୍ରିୟାକରଣ ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜ।

ପରିପୂରକ ଭୂମିକା ଏବଂ ଭବିଷ୍ୟତ ଦୃଷ୍ଟିକୋଣ

ନୀଳମଣି, ସିଲିକନ୍, ଏବଂ SiC ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ଶିଳ୍ପରେ ଏକ ପରିପୂରକ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଇକୋସିଷ୍ଟମ୍ ଗଠନ କରେ। ନୀଳମଣି ଅପ୍ଟୋଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସକୁ ପ୍ରାଧାନ୍ୟ ଦିଏ, ସିଲିକନ୍ ପାରମ୍ପରିକ ମାଇକ୍ରୋଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଏବଂ ନିମ୍ନ-ରୁ-ମଧ୍ୟମ ଶକ୍ତି ଉପକରଣକୁ ସମର୍ଥନ କରେ, ଏବଂ SiC ଉଚ୍ଚ-ଭୋଲଟେଜ, ଉଚ୍ଚ-ଆବୃତ୍ତି ଏବଂ ଉଚ୍ଚ-ଦକ୍ଷତା ଶକ୍ତି ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସକୁ ନେତୃତ୍ୱ ଦିଏ।

ଭବିଷ୍ୟତ ବିକାଶରେ ଡିପ୍-ୟୁଭି ଏଲ୍ଇଡି ଏବଂ ମାଇକ୍ରୋ-ଏଲ୍ଇଡିରେ ନୀଳାଫିର ପ୍ରୟୋଗକୁ ବିସ୍ତାର କରିବା, ଉଚ୍ଚ-ଫ୍ରିକ୍ୱେନ୍ସି କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ Si-ଆଧାରିତ GaN ହେଟେରୋଏପିଟାକ୍ସିକୁ ସକ୍ଷମ କରିବା ଏବଂ ଉନ୍ନତ ଉତ୍ପାଦନ ଏବଂ ମୂଲ୍ୟ ଦକ୍ଷତା ସହିତ SiC ୱେଫର ଉତ୍ପାଦନକୁ 8 ଇଞ୍ଚ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ସ୍କେଲ କରିବା ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ଏକତ୍ର, ଏହି ସାମଗ୍ରୀଗୁଡ଼ିକ 5G, AI ଏବଂ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଗତିଶୀଳତାରେ ନବସୃଜନକୁ ଆଗେଇ ନେଉଛି, ପରବର୍ତ୍ତୀ ପିଢ଼ିର ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାକୁ ଆକାର ଦେଉଛି।