হীরা - অর্ধপরিবাহী ভবিষ্যতের তারকা

বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশ এবং উচ্চ-কর্মক্ষমতা এবং উচ্চ-দক্ষ সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসের জন্য ক্রমবর্ধমান বিশ্বব্যাপী চাহিদার সাথে, সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেট উপকরণগুলি, সেমিকন্ডাক্টর শিল্প শৃঙ্খলে একটি মূল প্রযুক্তিগত লিঙ্ক হিসাবে, ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে। তাদের মধ্যে, হীরা, একটি সম্ভাব্য চতুর্থ-প্রজন্মের "চূড়ান্ত অর্ধপরিবাহী" উপাদান হিসাবে, তার চমৎকার ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে ধীরে ধীরে গবেষণার হটস্পট এবং সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেট উপকরণের ক্ষেত্রে একটি নতুন বাজারের প্রিয় হয়ে উঠছে।

হীরার বৈশিষ্ট্য

হীরা একটি সাধারণ পারমাণবিক স্ফটিক এবং সমযোজী বন্ধন স্ফটিক। স্ফটিক গঠন চিত্র 1(a) এ দেখানো হয়েছে। এটি একটি সমযোজী বন্ধনের আকারে অন্য তিনটি কার্বন পরমাণুর সাথে বন্ধনযুক্ত মধ্যম কার্বন পরমাণু নিয়ে গঠিত। চিত্র 1(b) হল একক কোষের গঠন, যা হীরার আণুবীক্ষণিক পর্যায়ক্রম এবং কাঠামোগত প্রতিসাম্যকে প্রতিফলিত করে।

চিত্র 1 ডায়মন্ড (ক) স্ফটিক কাঠামো; (b) একক কোষের গঠন

হীরা হল বিশ্বের সবচেয়ে কঠিন উপাদান, অনন্য ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সহ, এবং যান্ত্রিক, বিদ্যুৎ এবং আলোকবিদ্যায় চমৎকার বৈশিষ্ট্য, যেমন চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে: হীরার অতি-উচ্চ কঠোরতা এবং পরিধানের প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে, যা সামগ্রী এবং ইন্ডেন্টার, ইত্যাদি কাটার জন্য উপযুক্ত ., এবং ভাল ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম সরঞ্জাম ব্যবহার করা হয়; (2) আজ অবধি পরিচিত প্রাকৃতিক পদার্থের মধ্যে হীরার সর্বোচ্চ তাপ পরিবাহিতা (2200W/(m·K)), যা সিলিকন কার্বাইড (SiC) এর চেয়ে 4 গুণ বেশি, সিলিকন (Si) থেকে 13 গুণ বেশি, এর চেয়ে 43 গুণ বেশি গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs), এবং তামা এবং রৌপ্যের চেয়ে 4 থেকে 5 গুণ বেশি এবং উচ্চ-ক্ষমতার ডিভাইসগুলিতে ব্যবহৃত হয়। এটির চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে যেমন নিম্ন তাপ সম্প্রসারণ সহগ (0.8×10-6-1.5×10^-6K^-1) এবং উচ্চ ইলাস্টিক মডুলাস। এটি ভাল সম্ভাবনা সহ একটি চমৎকার ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং উপাদান। 

গর্তের গতিশীলতা 4500 cm2·V^-1·s^-1, এবং ইলেক্ট্রন গতিশীলতা 3800 cm2·V^-1·s^-1, যা এটি উচ্চ-গতির স্যুইচিং ডিভাইসগুলিতে প্রযোজ্য করে তোলে; ব্রেকডাউন ক্ষেত্রের শক্তি হল 13MV/সেমি, যা উচ্চ-ভোল্টেজ ডিভাইসগুলিতে প্রয়োগ করা যেতে পারে; যোগ্যতার বালিগা চিত্রটি 24664 এর মতো উচ্চ, যা অন্যান্য উপকরণের তুলনায় অনেক বেশি (মূল্য যত বড় হবে, ডিভাইসগুলি পরিবর্তন করার ক্ষেত্রে ব্যবহারের সম্ভাবনা তত বেশি)। 

Polycrystalline হীরা এছাড়াও একটি আলংকারিক প্রভাব আছে। হীরক আবরণ শুধুমাত্র একটি ফ্ল্যাশ প্রভাব আছে কিন্তু রং বিভিন্ন আছে. এটি উচ্চ-প্রান্তের ঘড়ি, বিলাসবহুল পণ্যগুলির জন্য আলংকারিক আবরণ এবং সরাসরি ফ্যাশন পণ্য হিসাবে ব্যবহার করা হয়। হীরার শক্তি এবং কঠোরতা কর্নিং গ্লাসের 6 গুণ এবং 10 গুণ, তাই এটি মোবাইল ফোনের ডিসপ্লে এবং ক্যামেরা লেন্সেও ব্যবহৃত হয়।

চিত্র 2 হীরা এবং অন্যান্য অর্ধপরিবাহী পদার্থের বৈশিষ্ট্য

হীরার প্রস্তুতি

ডায়মন্ড বৃদ্ধি প্রধানত HTHP পদ্ধতিতে বিভক্ত (উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপ পদ্ধতি) এবংসিভিডি পদ্ধতি (রাসায়নিক বাষ্প জমার পদ্ধতি). উচ্চ চাপ প্রতিরোধ, বড় রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি, কম খরচ এবং উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের মতো সুবিধার কারণে সিভিডি পদ্ধতি হীরার সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেট তৈরির মূলধারায় পরিণত হয়েছে। দুটি বৃদ্ধির পদ্ধতি বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের উপর ফোকাস করে এবং তারা ভবিষ্যতে দীর্ঘ সময়ের জন্য একটি পরিপূরক সম্পর্ক দেখাবে।

উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপ পদ্ধতি (HTHP) হল গ্রাফাইট পাউডার, ধাতব অনুঘটক পাউডার এবং সংযোজনগুলিকে কাঁচামালের সূত্র দ্বারা নির্দিষ্ট অনুপাতে মিশ্রিত করে একটি গ্রাফাইট কোর কলাম তৈরি করা, এবং তারপর দানাদার, স্ট্যাটিক প্রেসিং, ভ্যাকুয়াম হ্রাস, পরিদর্শন, ওজন করা। এবং অন্যান্য প্রক্রিয়া। গ্রাফাইট কোর কলাম তারপর কম্পোজিট ব্লক, অক্জিলিয়ারী অংশ এবং অন্যান্য সিল করা চাপ ট্রান্সমিশন মিডিয়ার সাথে একত্রিত করা হয় যাতে একটি সিন্থেটিক ব্লক তৈরি করা হয় যা হীরা একক স্ফটিক সংশ্লেষণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এর পরে, এটি গরম এবং চাপের জন্য একটি ছয়-পার্শ্বযুক্ত শীর্ষ প্রেসে স্থাপন করা হয় এবং দীর্ঘ সময়ের জন্য ধ্রুবক রাখা হয়। স্ফটিক বৃদ্ধি সম্পন্ন হওয়ার পরে, তাপ বন্ধ করা হয় এবং চাপ ছেড়ে দেওয়া হয়, এবং সিল করা চাপ ট্রান্সমিশন মাধ্যমটি সিন্থেটিক কলাম পেতে অপসারণ করা হয়, যা পরে শুদ্ধ করা হয় এবং হীরা একক স্ফটিক প্রাপ্ত করার জন্য বাছাই করা হয়।

চিত্র 3 ছয় পার্শ্বযুক্ত শীর্ষ প্রেসের কাঠামো চিত্র

ধাতব অনুঘটক ব্যবহারের কারণে, শিল্প এইচটিএইচপি পদ্ধতিতে প্রস্তুত হীরার কণাগুলিতে প্রায়শই নির্দিষ্ট কিছু অমেধ্য এবং ত্রুটি থাকে এবং নাইট্রোজেন যুক্ত হওয়ার কারণে তাদের সাধারণত হলুদ আভা থাকে। প্রযুক্তি আপগ্রেডের পরে, হীরার উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপের প্রস্তুতি বড়-কণা উচ্চ-মানের হীরা একক স্ফটিক উত্পাদন করতে তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট পদ্ধতি ব্যবহার করতে পারে, হীরা শিল্প ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম গ্রেড থেকে মণি গ্রেডে রূপান্তর উপলব্ধি করে।

চিত্র 4 ডায়মন্ড আকারবিদ্যা

রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) হীরার ছায়াছবি সংশ্লেষণের জন্য সবচেয়ে জনপ্রিয় পদ্ধতি। প্রধান পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে গরম ফিলামেন্ট রাসায়নিক বাষ্প জমা (HFCVD) এবংমাইক্রোওয়েভ প্লাজমা রাসায়নিক বাষ্প জমা (MPCVD).

(1) গরম ফিলামেন্ট রাসায়নিক বাষ্প জমা

এইচএফসিভিডির মূল নীতি হল ভ্যাকুয়াম চেম্বারে উচ্চ-তাপমাত্রার ধাতব তারের সাথে প্রতিক্রিয়া গ্যাসের সাথে সংঘর্ষ করা যাতে বিভিন্ন ধরণের উচ্চ সক্রিয় "আনচার্জড" গ্রুপ তৈরি হয়। উৎপন্ন কার্বন পরমাণু ন্যানোডায়মন্ড গঠনের জন্য সাবস্ট্রেট উপাদানে জমা হয়। সরঞ্জামগুলি পরিচালনা করা সহজ, কম বৃদ্ধির ব্যয় রয়েছে, ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং শিল্প উত্পাদন অর্জন করা সহজ। কম তাপ পচন দক্ষতা এবং ফিলামেন্ট এবং ইলেক্ট্রোড থেকে গুরুতর ধাতব পরমাণুর দূষণের কারণে, HFCVD সাধারণত শুধুমাত্র শস্য সীমানায় প্রচুর পরিমাণে sp2 ফেজ কার্বন অমেধ্যযুক্ত পলিক্রিস্টালাইন ডায়মন্ড ফিল্ম প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়, তাই এটি সাধারণত ধূসর-কালো হয়। .

চিত্র 5 (ক) এইচএফসিভিডি সরঞ্জাম চিত্র, (খ) ভ্যাকুয়াম চেম্বার কাঠামো চিত্র

(2) মাইক্রোওয়েভ প্লাজমা রাসায়নিক বাষ্প জমা

MPCVD পদ্ধতি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির মাইক্রোওয়েভ তৈরি করতে ম্যাগনেট্রন বা সলিড-স্টেট সোর্স ব্যবহার করে, যা ওয়েভগাইডের মাধ্যমে প্রতিক্রিয়া চেম্বারে খাওয়ানো হয় এবং প্রতিক্রিয়া চেম্বারের বিশেষ জ্যামিতিক মাত্রা অনুযায়ী সাবস্ট্রেটের উপরে স্থিতিশীল স্থায়ী তরঙ্গ গঠন করে। 

অত্যন্ত নিবদ্ধ ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ফিল্ড এখানে বিক্রিয়া গ্যাস মিথেন এবং হাইড্রোজেনকে ভেঙে একটি স্থিতিশীল প্লাজমা বল তৈরি করে। ইলেকট্রন-সমৃদ্ধ, আয়ন-সমৃদ্ধ, এবং সক্রিয় পারমাণবিক গোষ্ঠীগুলি যথাযথ তাপমাত্রা এবং চাপে স্তরের উপর নিউক্লিয়েট এবং বৃদ্ধি পাবে, যার ফলে হোমোপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি ধীরে ধীরে হবে। এইচএফসিভিডি-র সাথে তুলনা করে, এটি গরম ধাতব তারের বাষ্পীভবনের কারণে হীরার ফিল্মের দূষণ এড়ায় এবং ন্যানোডিয়ামন্ড ফিল্মের বিশুদ্ধতা বাড়ায়। প্রক্রিয়ায় HFCVD-এর চেয়ে বেশি বিক্রিয়া গ্যাস ব্যবহার করা যেতে পারে, এবং জমাকৃত হীরার একক স্ফটিক প্রাকৃতিক হীরার চেয়ে বিশুদ্ধ। অতএব, অপটিক্যাল-গ্রেড ডায়মন্ড পলিক্রিস্টালাইন উইন্ডো, ইলেকট্রনিক-গ্রেড ডায়মন্ড একক স্ফটিক ইত্যাদি প্রস্তুত করা যেতে পারে।

চিত্র 6 MPCVD এর অভ্যন্তরীণ কাঠামো

হীরার উন্নয়ন এবং দ্বিধা

যেহেতু প্রথম কৃত্রিম হীরাটি 1963 সালে সফলভাবে বিকশিত হয়েছিল, 60 বছরেরও বেশি উন্নয়নের পরে, আমার দেশ বিশ্বের 90% এরও বেশি কৃত্রিম হীরার সবচেয়ে বেশি উৎপাদনকারী দেশ হয়ে উঠেছে। যাইহোক, চীনের হীরা প্রধানত নিম্ন-এন্ড এবং মাঝারি-প্রান্তের অ্যাপ্লিকেশন বাজারে কেন্দ্রীভূত হয়, যেমন ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম নাকাল, অপটিক্স, স্যুয়ারেজ ট্রিটমেন্ট এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে। গার্হস্থ্য হীরার বিকাশ বড় কিন্তু শক্তিশালী নয়, এবং উচ্চ-সম্পদ সরঞ্জাম এবং ইলেকট্রনিক-গ্রেড সামগ্রীর মতো অনেক ক্ষেত্রে এটি একটি অসুবিধার মধ্যে রয়েছে। 

সিভিডি হীরার ক্ষেত্রে একাডেমিক কৃতিত্বের পরিপ্রেক্ষিতে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, জাপান এবং ইউরোপের গবেষণা একটি অগ্রণী অবস্থানে রয়েছে এবং আমার দেশে তুলনামূলকভাবে কম মৌলিক গবেষণা রয়েছে। "13 তম পঞ্চবার্ষিক পরিকল্পনা" এর মূল গবেষণা এবং উন্নয়নের সমর্থনে, দেশীয় বিভক্ত এপিটাক্সিয়াল বড় আকারের হীরা একক স্ফটিক বিশ্বের প্রথম-শ্রেণীর অবস্থানে উঠে এসেছে। ভিন্নধর্মী এপিটাক্সিয়াল একক স্ফটিকগুলির পরিপ্রেক্ষিতে, আকার এবং মানের মধ্যে এখনও একটি বড় ব্যবধান রয়েছে, যা "14 তম পঞ্চবার্ষিক পরিকল্পনা" এ অতিক্রম করা যেতে পারে।

সারা বিশ্বের গবেষকরা অপ্টোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসে হীরার প্রয়োগ উপলব্ধি করতে এবং বহুমুখী উপাদান হিসাবে হীরার প্রতি মানুষের প্রত্যাশা পূরণের জন্য হীরার বৃদ্ধি, ডোপিং এবং ডিভাইস সমাবেশের উপর গভীর গবেষণা পরিচালনা করেছেন। যাইহোক, হীরার ব্যান্ড গ্যাপ 5.4 eV এর মতো বেশি। এর পি-টাইপ পরিবাহিতা বোরন ডোপিং দ্বারা অর্জন করা যেতে পারে, কিন্তু এন-টাইপ পরিবাহিতা পাওয়া খুবই কঠিন। বিভিন্ন দেশের গবেষকরা জালিতে কার্বন পরমাণু প্রতিস্থাপনের আকারে নাইট্রোজেন, ফসফরাস এবং সালফারের মতো অমেধ্যকে একক স্ফটিক বা পলিক্রিস্টালাইন হীরাতে ডোপ করেছেন। যাইহোক, গভীর দাতা শক্তির স্তর বা অমেধ্যগুলির আয়নকরণে অসুবিধার কারণে, ভাল এন-টাইপ পরিবাহিতা পাওয়া যায়নি, যা হীরা-ভিত্তিক ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির গবেষণা এবং প্রয়োগকে ব্যাপকভাবে সীমিত করে। 

একই সময়ে, বৃহৎ-ক্ষেত্রের একক ক্রিস্টাল হীরা একক ক্রিস্টাল সিলিকন ওয়েফারের মতো বড় পরিমাণে প্রস্তুত করা কঠিন, যা হীরা-ভিত্তিক সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলির বিকাশে আরেকটি অসুবিধা। উপরের দুটি সমস্যা দেখায় যে বিদ্যমান অর্ধপরিবাহী ডোপিং এবং ডিভাইস উন্নয়ন তত্ত্ব ডায়মন্ড এন-টাইপ ডোপিং এবং ডিভাইস সমাবেশের সমস্যাগুলি সমাধান করা কঠিন। অন্যান্য ডোপিং পদ্ধতি এবং ডোপ্যান্টস খোঁজা বা এমনকি নতুন ডোপিং এবং ডিভাইস বিকাশের নীতিগুলি বিকাশ করা প্রয়োজন।

অত্যধিক উচ্চ মূল্য এছাড়াও হীরা উন্নয়ন সীমিত. সিলিকনের দামের সাথে তুলনা করলে, সিলিকন কার্বাইডের দাম সিলিকনের 30-40 গুণ, গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের দাম সিলিকনের 650-1300 গুণ, এবং সিন্থেটিক হীরা উপকরণের দাম সিলিকনের চেয়ে প্রায় 10,000 গুণ। খুব বেশি দাম হীরার বিকাশ এবং প্রয়োগকে সীমাবদ্ধ করে। কিভাবে খরচ কমানো যায় উন্নয়নের দ্বিধা ভাঙার জন্য একটি যুগান্তকারী পয়েন্ট।

আউটলুক

যদিও ডায়মন্ড সেমিকন্ডাক্টরগুলি বর্তমানে বিকাশে অসুবিধার সম্মুখীন হচ্ছে, তবুও তারা পরবর্তী প্রজন্মের উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-তাপমাত্রা এবং কম-শক্তি ক্ষতিকারক ইলেকট্রনিক ডিভাইস প্রস্তুত করার জন্য সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল উপাদান হিসাবে বিবেচিত হয়। বর্তমানে, সবচেয়ে গরম সেমিকন্ডাক্টর সিলিকন কার্বাইড দ্বারা দখল করা হয়। সিলিকন কার্বাইডে হীরার গঠন রয়েছে, তবে এর অর্ধেক পরমাণু কার্বন। অতএব, এটি অর্ধেক হীরা হিসাবে গণ্য করা যেতে পারে। সিলিকন কার্বাইড সিলিকন ক্রিস্টাল যুগ থেকে ডায়মন্ড সেমিকন্ডাক্টর যুগে একটি ক্রান্তিকালীন পণ্য হওয়া উচিত।

"হীরা চিরকালের জন্য, এবং একটি হীরা চিরকাল স্থায়ী হয়" বাক্যটি ডি বিয়ার্সের নামটি আজ অবধি বিখ্যাত করেছে। হীরা সেমিকন্ডাক্টরদের জন্য, অন্য ধরনের গৌরব তৈরি করতে স্থায়ী এবং ক্রমাগত অনুসন্ধানের প্রয়োজন হতে পারে।

VeTek সেমিকন্ডাক্টর হল একটি পেশাদার চীনা প্রস্তুতকারকট্যানটালাম কার্বাইড লেপ, সিলিকন কার্বাইড আবরণ, GaN পণ্য,বিশেষ গ্রাফাইট, সিলিকন কার্বাইড সিরামিকএবংঅন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর সিরামিক. VeTek সেমিকন্ডাক্টর সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের জন্য বিভিন্ন আবরণ পণ্যের জন্য উন্নত সমাধান প্রদান করতে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ।

যদি আপনার কোন জিজ্ঞাসা থাকে বা অতিরিক্ত বিবরণ প্রয়োজন, আমাদের সাথে যোগাযোগ করতে দ্বিধা করবেন না দয়া করে.

মোব/হোয়াটসঅ্যাপ: +86-180 6922 0752

ইমেইল: anny@veteksemi.com