GaN सिंगल क्रिस्टल

सेमीकंडक्टर तकनीक आधुनिक सभ्यता की रीढ़ रही है, जिसने हमारे रहने, काम करने और दुनिया के साथ बातचीत करने के तरीके को मौलिक रूप से बदल दिया है। इसने सूचना प्रौद्योगिकी, ऊर्जा, दूरसंचार और स्वास्थ्य सेवा सहित विभिन्न क्षेत्रों में अभूतपूर्व प्रगति की है। हमारे स्मार्टफोन और कंप्यूटर को शक्ति देने वाले माइक्रोप्रोसेसर से लेकर चिकित्सा उपकरणों में सेंसर और नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स तक, सेमीकंडक्टर पिछली शताब्दी के लगभग हर तकनीकी नवाचार के मूल में हैं।

अर्धचालकों की पहली पीढ़ी: जर्मेनियम और सिलिकॉन

अर्धचालक प्रौद्योगिकी का इतिहास अर्धचालकों की पहली पीढ़ी के साथ शुरू हुआ, मुख्य रूप से जर्मेनियम (जीई) और सिलिकॉन (सी)। ये सामग्रियां मौलिक अर्धचालक हैं, जिसका अर्थ है कि वे एक ही तत्व से बनी हैं। सिलिकॉन, विशेष रूप से, अपनी प्रचुरता, लागत-प्रभावशीलता और उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक गुणों के कारण सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली अर्धचालक सामग्री रही है। सिलिकॉन-आधारित तकनीक दशकों में परिपक्व हुई है, जिससे एकीकृत सर्किट (आईसी) का विकास हुआ है जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की नींव बनाता है। एक स्थिर और उच्च गुणवत्ता वाली ऑक्साइड परत (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) बनाने की सिलिकॉन की क्षमता धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (एमओएस) उपकरणों की सफलता में एक महत्वपूर्ण कारक रही है, जो अधिकांश डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण खंड हैं।

अर्धचालकों की दूसरी पीढ़ी: गैलियम आर्सेनाइड और इंडियम फ़ॉस्फाइड

जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी विकसित हुई, सिलिकॉन की सीमाएँ स्पष्ट हो गईं, विशेष रूप से उच्च गति और उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में। इससे अर्धचालकों की दूसरी पीढ़ी का विकास हुआ, जिसमें गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) और इंडियम फॉस्फाइड (InP) जैसे यौगिक अर्धचालक शामिल हैं। ये सामग्रियां अपनी बेहतर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और प्रत्यक्ष बैंडगैप के लिए जानी जाती हैं, जो उन्हें प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी), लेजर डायोड और उच्च आवृत्ति ट्रांजिस्टर जैसे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए आदर्श बनाती हैं। उदाहरण के लिए, GaAs का व्यापक रूप से माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव संचार प्रणालियों के साथ-साथ उपग्रह और रडार प्रौद्योगिकियों में उपयोग किया जाता है। उनके फायदों के बावजूद, विनिर्माण में उच्च लागत और चुनौतियों के कारण GaAs और InP को व्यापक रूप से अपनाना सीमित कर दिया गया है।

अर्धचालकों की तीसरी पीढ़ी:सिलिकन कार्बाइडऔरगैलियम नाइट्राइड

हाल के वर्षों में, ध्यान अर्धचालकों की तीसरी पीढ़ी पर स्थानांतरित हो गया है, जिसमें सामग्री शामिल हैसिलिकॉन कार्बाइड (SiC)औरगैलियम नाइट्राइड (GaN). इन सामग्रियों में व्यापक बैंडगैप होता है, जिसका अर्थ है कि वे अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में उच्च वोल्टेज, तापमान और आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं।गण मनविशेष रूप से, इसने अपने असाधारण गुणों के लिए महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है, जिसमें 3.4 eV का विस्तृत बैंडगैप, उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता, उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज और उत्कृष्ट तापीय चालकता शामिल है। ये विशेषताएँ बनाती हैंगण मनतेज़ चार्जर, पावर ट्रांजिस्टर और रेडियो-फ़्रीक्वेंसी (आरएफ) माइक्रोवेव उपकरणों जैसे उच्च-शक्ति और उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श उम्मीदवार।

क्रिस्टल संरचना और संबंधगण मन

गण मनयौगिक अर्धचालकों के III-V समूह से संबंधित है, जो आवर्त सारणी के समूह III (जैसे, गैलियम) और समूह V (जैसे, नाइट्रोजन) के तत्वों से बने होते हैं। की क्रिस्टल संरचनागण मनयह दो प्राथमिक रूपों में मौजूद हो सकता है: हेक्सागोनल वर्टज़ाइट और क्यूबिक स्पैलराइट। क्रिस्टल संरचना का प्रकार परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधन की प्रकृति से प्रभावित होता है। अर्धचालक यौगिकों में, बंधन सहसंयोजक और आयनिक बंधनों का मिश्रण हो सकता है। बंधन जितना अधिक आयनिक होगा, सामग्री के वर्टज़ाइट संरचना बनाने की संभावना उतनी ही अधिक होगी। के मामले मेंगण मनगैलियम (Ga) और नाइट्रोजन (N) के बीच इलेक्ट्रोनगेटिविटी में बड़ा अंतर बंधन में एक महत्वपूर्ण आयनिक चरित्र की ओर ले जाता है। नतीजतन,गण मनआमतौर पर वर्टज़ाइट संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है, जो अपनी उच्च तापीय स्थिरता और रासायनिक संक्षारण के प्रतिरोध के लिए जाना जाता है।

के फायदेगण मनपहले के सेमीकंडक्टर सामग्रियों से अधिक

पहली और दूसरी पीढ़ी के अर्धचालक सामग्रियों की तुलना में,गण मनकई फायदे प्रदान करता है जो इसे अत्याधुनिक अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से आकर्षक बनाते हैं। सबसे महत्वपूर्ण लाभों में से एक इसका व्यापक बैंडगैप है, जो GaN-आधारित उपकरणों को बिना टूटे उच्च वोल्टेज और तापमान पर काम करने की अनुमति देता है। यह GaN को पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री बनाता है, जहां दक्षता और थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण चिंताएं हैं। इसके अतिरिक्त, GaN में कम ढांकता हुआ स्थिरांक होता है, जो कैपेसिटेंस को कम करने और ट्रांजिस्टर में तेज स्विचिंग गति को सक्षम करने में मदद करता है।

गण मनयह एक उच्च महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र की ताकत का भी दावा करता है, जिससे उपकरणों को ब्रेकडाउन का अनुभव किए बिना बड़े विद्युत क्षेत्रों को संभालने की अनुमति मिलती है। यह उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां उच्च वोल्टेज और धाराओं को प्रबंधित करने की क्षमता आवश्यक है। इसके अलावा, GaN की उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता आरएफ और माइक्रोवेव उपकरणों जैसे उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए इसकी उपयुक्तता में योगदान करती है। इन गुणों का संयोजन - उच्च तापीय चालकता, उच्च तापमान प्रतिरोध और विकिरण कठोरता - GaN को एक बहुमुखी सामग्री बनाता है जो अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए तैयार है।

गण मनआधुनिक अनुप्रयोगों और भविष्य की संभावनाओं में

के अद्वितीय गुणगण मनकई उद्योगों में क्रांति लाना शुरू हो चुका है। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में, पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित चार्जर की तुलना में GaN-आधारित फास्ट चार्जर अपनी दक्षता और कॉम्पैक्ट आकार के कारण तेजी से लोकप्रिय हो रहे हैं। दूरसंचार के क्षेत्र में, GaN का उपयोग उच्च-आवृत्ति ट्रांजिस्टर विकसित करने के लिए किया जा रहा है जो 5G नेटवर्क और उससे आगे के लिए आवश्यक हैं। एयरोस्पेस और रक्षा क्षेत्र उच्च-शक्ति रडार और संचार प्रणालियों में उपयोग के लिए GaN की क्षमता भी तलाश रहे हैं, जहां चरम परिस्थितियों में काम करने की इसकी क्षमता अमूल्य है।