GaN ஒற்றை கிரிஸ்டல்

செமிகண்டக்டர் தொழில்நுட்பம் நவீன நாகரீகத்தின் முதுகெலும்பாக இருந்து வருகிறது, நாம் வாழும், வேலை செய்யும் மற்றும் உலகத்துடன் தொடர்பு கொள்ளும் விதத்தை அடிப்படையாக மாற்றுகிறது. தகவல் தொழில்நுட்பம், எரிசக்தி, தொலைத்தொடர்பு மற்றும் சுகாதாரம் உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகளில் முன்னோடியில்லாத முன்னேற்றங்களை இது செயல்படுத்தியுள்ளது. நமது ஸ்மார்ட்ஃபோன்கள் மற்றும் கணினிகளை இயக்கும் நுண்செயலிகள் முதல் மருத்துவ சாதனங்களில் உள்ள சென்சார்கள் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி அமைப்புகளில் உள்ள மின்னியல் சாதனங்கள் வரை, கடந்த நூற்றாண்டின் ஏறக்குறைய அனைத்து தொழில்நுட்ப கண்டுபிடிப்புகளிலும் குறைக்கடத்திகள் மையமாக உள்ளன.

செமிகண்டக்டர்களின் முதல் தலைமுறை: ஜெர்மானியம் மற்றும் சிலிக்கான்

குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பத்தின் வரலாறு முதல் தலைமுறை குறைக்கடத்திகளுடன் தொடங்கியது, முதன்மையாக ஜெர்மானியம் (Ge) மற்றும் சிலிக்கான் (Si). இந்த பொருட்கள் தனிம குறைக்கடத்திகள், அதாவது அவை ஒரு தனிமத்தால் ஆனவை. சிலிக்கான், குறிப்பாக, அதன் மிகுதி, செலவு-செயல்திறன் மற்றும் சிறந்த மின்னணு பண்புகள் காரணமாக மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் குறைக்கடத்தி பொருளாக உள்ளது. சிலிக்கான் அடிப்படையிலான தொழில்நுட்பம் பல தசாப்தங்களாக முதிர்ச்சியடைந்துள்ளது, இது நவீன மின்னணுவியலின் அடித்தளத்தை உருவாக்கும் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளின் (ICs) வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தது. ஒரு நிலையான மற்றும் உயர்தர ஆக்சைடு அடுக்கை (சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு) உருவாக்கும் சிலிக்கானின் திறன் உலோக-ஆக்சைடு-குறைக்கடத்தி (எம்ஓஎஸ்) சாதனங்களின் வெற்றிக்கு ஒரு முக்கிய காரணியாக உள்ளது, அவை பெரும்பாலான டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் கட்டுமானத் தொகுதிகளாகும்.

செமிகண்டக்டர்களின் இரண்டாம் தலைமுறை: காலியம் ஆர்சனைடு மற்றும் இண்டியம் பாஸ்பைடு

தொழில்நுட்பம் வளர்ந்தவுடன், சிலிக்கானின் வரம்புகள் தெளிவாகத் தெரிந்தன, குறிப்பாக அதிவேக மற்றும் அதிக அதிர்வெண் பயன்பாடுகளில். இது இரண்டாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திகளின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தது, இதில் காலியம் ஆர்சனைடு (GaAs) மற்றும் இண்டியம் பாஸ்பைடு (InP) போன்ற கலவை குறைக்கடத்திகள் அடங்கும். இந்த பொருட்கள் அவற்றின் சிறந்த எலக்ட்ரான் இயக்கம் மற்றும் நேரடி பேண்ட்கேப்பிற்காக அறியப்படுகின்றன, அவை ஒளி-உமிழும் டையோட்கள் (எல்இடிகள்), லேசர் டையோட்கள் மற்றும் உயர் அதிர்வெண் டிரான்சிஸ்டர்கள் போன்ற ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன. உதாரணமாக, GaAs, மைக்ரோவேவ் மற்றும் மில்லிமீட்டர்-அலை தொடர்பு அமைப்புகளிலும், செயற்கைக்கோள் மற்றும் ரேடார் தொழில்நுட்பங்களிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அவற்றின் நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், அதிக செலவுகள் மற்றும் உற்பத்தியில் உள்ள சவால்கள் காரணமாக GaAs மற்றும் InP இன் பரவலான தத்தெடுப்பு மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது.

மூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திகள்:சிலிக்கான் கார்பைடுமற்றும்காலியம் நைட்ரைடு

சமீபத்திய ஆண்டுகளில், கவனம் மூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திகளுக்கு மாறியுள்ளது, இது போன்ற பொருட்கள் அடங்கும்சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC)மற்றும்காலியம் நைட்ரைடு (GaN). இந்த பொருட்கள் பரந்த பேண்ட்கேப்பைக் கொண்டுள்ளன, அதாவது அவை அவற்றின் முன்னோடிகளை விட அதிக மின்னழுத்தங்கள், வெப்பநிலைகள் மற்றும் அதிர்வெண்களில் செயல்பட முடியும்.GaN, குறிப்பாக, 3.4 eV இன் பரந்த பேண்ட்கேப், உயர் எலக்ட்ரான் இயக்கம், உயர் முறிவு மின்னழுத்தம் மற்றும் சிறந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் உள்ளிட்ட அதன் விதிவிலக்கான பண்புகளுக்காக குறிப்பிடத்தக்க கவனத்தைப் பெற்றுள்ளது. இந்த பண்புகள் உருவாக்குகின்றனGaNவேகமான சார்ஜர்கள், பவர் டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் ரேடியோ-அதிர்வெண் (RF) மைக்ரோவேவ் சாதனங்கள் போன்ற உயர்-பவர் மற்றும் உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கான சிறந்த வேட்பாளர்.

படிக அமைப்பு மற்றும் பிணைப்புGaN

GaNகலவை குறைக்கடத்திகளின் III-V குழுவிற்கு சொந்தமானது, அவை கால அட்டவணையின் குழு III (எ.கா., காலியம்) மற்றும் குழு V (எ.கா., நைட்ரஜன்) ஆகியவற்றிலிருந்து தனிமங்கள் கொண்டவை. இன் படிக அமைப்புGaNஇரண்டு முதன்மை வடிவங்களில் இருக்கலாம்: அறுகோண வூர்ட்சைட் மற்றும் கனசதுர ஸ்பேலரைட். அணுக்களுக்கு இடையிலான வேதியியல் பிணைப்புகளின் தன்மையால் உருவாகும் படிக அமைப்பு வகை. குறைக்கடத்தி சேர்மங்களில், பிணைப்பு கோவலன்ட் மற்றும் அயனி பிணைப்புகளின் கலவையாக இருக்கலாம். அதிக அயனி பிணைப்பு, பொருள் ஒரு வர்ட்சைட் கட்டமைப்பை உருவாக்குவதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம். வழக்கில்GaN, காலியம் (Ga) மற்றும் நைட்ரஜன் (N) ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டியில் உள்ள பெரிய வேறுபாடு பிணைப்பில் குறிப்பிடத்தக்க அயனித் தன்மைக்கு வழிவகுக்கிறது. இதன் விளைவாக,GaNபொதுவாக வூர்ட்சைட் அமைப்பில் படிகமாக்குகிறது, இது அதிக வெப்ப நிலைப்புத்தன்மை மற்றும் இரசாயன அரிப்பை எதிர்ப்பதற்காக அறியப்படுகிறது.

நன்மைகள்GaNமுந்தைய செமிகண்டக்டர் பொருட்கள்

முதல் மற்றும் இரண்டாம் தலைமுறை குறைக்கடத்தி பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது,GaNஅதிநவீன பயன்பாடுகளுக்கு குறிப்பாக கவர்ச்சிகரமான பல நன்மைகளை வழங்குகிறது. மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க நன்மைகளில் ஒன்று அதன் பரந்த பேண்ட்கேப் ஆகும், இது GaN-அடிப்படையிலான சாதனங்களை உடைக்காமல் அதிக மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் வெப்பநிலையில் செயல்பட அனுமதிக்கிறது. இது GaN ஐ ஆற்றல் மின்னணுவியலுக்கான சிறந்த பொருளாக ஆக்குகிறது, இங்கு செயல்திறன் மற்றும் வெப்ப மேலாண்மை ஆகியவை முக்கியமான கவலைகளாகும். கூடுதலாக, GaN குறைந்த மின்கடத்தா மாறிலியைக் கொண்டுள்ளது, இது கொள்ளளவைக் குறைக்க உதவுகிறது மற்றும் டிரான்சிஸ்டர்களில் வேகமான மாறுதல் வேகத்தை செயல்படுத்துகிறது.

GaNஅதிக முக்கியமான மின்சார புல வலிமையையும் கொண்டுள்ளது, இது சாதனங்கள் பெரிய மின்சார புலங்களை செயலிழக்கச் செய்யாமல் கையாள அனுமதிக்கிறது. உயர் மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டங்களை நிர்வகிக்கும் திறன் அவசியமான உயர்-சக்தி பயன்பாடுகளில் இது மிகவும் முக்கியமானது. மேலும், GaN இன் உயர் எலக்ட்ரான் இயக்கம் RF மற்றும் மைக்ரோவேவ் சாதனங்கள் போன்ற உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கு அதன் பொருத்தத்திற்கு பங்களிக்கிறது. உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன், அதிக வெப்பநிலை எதிர்ப்பு மற்றும் கதிர்வீச்சு கடினத்தன்மை ஆகிய பண்புகளின் கலவையானது அடுத்த தலைமுறை மின்னணு சாதனங்களில் முக்கிய பங்கு வகிக்கும் ஒரு பல்துறை பொருளாக GaN ஐ உருவாக்குகிறது.

GaNநவீன பயன்பாடுகள் மற்றும் எதிர்கால வாய்ப்புகளில்

தனித்துவமான பண்புகள்GaNஏற்கனவே பல தொழில்களில் புரட்சி செய்யத் தொடங்கியுள்ளன. நுகர்வோர் எலக்ட்ரானிக்ஸில், பாரம்பரிய சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சார்ஜர்களுடன் ஒப்பிடும்போது GaN-அடிப்படையிலான ஃபாஸ்ட் சார்ஜர்கள் அவற்றின் செயல்திறன் மற்றும் சிறிய அளவு காரணமாக பெருகிய முறையில் பிரபலமாகி வருகின்றன. தொலைத்தொடர்பு துறையில், 5G நெட்வொர்க்குகள் மற்றும் அதற்கு அப்பால் அத்தியாவசியமான உயர் அதிர்வெண் டிரான்சிஸ்டர்களை உருவாக்க GaN பயன்படுத்தப்படுகிறது. விண்வெளி மற்றும் பாதுகாப்புத் துறைகளும் GaN இன் உயர்-சக்தி ரேடார் மற்றும் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளில் பயன்படுத்துவதற்கான திறனை ஆராய்ந்து வருகின்றன, அங்கு தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் செயல்படும் அதன் திறன் விலைமதிப்பற்றது.