ক্ষুদ্র নীলকান্তমণি, সেমিকন্ডাক্টরদের "বৃহৎ ভবিষ্যৎ" কে সমর্থন করে

দৈনন্দিন জীবনে, স্মার্টফোন এবং স্মার্টওয়াচের মতো ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি অপরিহার্য সঙ্গী হয়ে উঠেছে। এই ডিভাইসগুলি ক্রমশ পাতলা হয়ে উঠছে, কিন্তু আরও শক্তিশালী হয়ে উঠছে। আপনি কি কখনও ভেবে দেখেছেন যে কী তাদের ক্রমাগত বিবর্তনকে সক্ষম করে? উত্তরটি অর্ধপরিবাহী উপকরণের মধ্যে রয়েছে, এবং আজ, আমরা তাদের মধ্যে সবচেয়ে অসাধারণ একটি - নীলকান্তমণি স্ফটিকের উপর আলোকপাত করব।

নীলকান্তমণি স্ফটিক, মূলত α-Al₂O₃ দ্বারা গঠিত, তিনটি অক্সিজেন পরমাণু এবং দুটি অ্যালুমিনিয়াম পরমাণু সমযোজীভাবে বন্ধনযুক্ত, যা একটি ষড়ভুজাকার জালিকা গঠন তৈরি করে। যদিও এটি দেখতে রত্ন-গ্রেড নীলকান্তমণির মতো, শিল্প নীলকান্তমণি স্ফটিকগুলি উচ্চতর কর্মক্ষমতার উপর জোর দেয়। রাসায়নিকভাবে জড়, এটি পানিতে অদ্রবণীয় এবং অ্যাসিড এবং ক্ষার প্রতিরোধী, একটি "রাসায়নিক ঢাল" হিসাবে কাজ করে যা কঠোর পরিবেশে স্থিতিশীলতা বজায় রাখে। উপরন্তু, এটি চমৎকার অপটিক্যাল স্বচ্ছতা প্রদর্শন করে, দক্ষ আলো সংক্রমণের অনুমতি দেয়; শক্তিশালী তাপ পরিবাহিতা, অতিরিক্ত গরম প্রতিরোধ করে; এবং অসাধারণ বৈদ্যুতিক নিরোধক, ফুটো ছাড়াই স্থিতিশীল সংকেত সংক্রমণ নিশ্চিত করে। যান্ত্রিকভাবে, নীলকান্তমণির Mohs কঠোরতা 9 রয়েছে, যা হীরার পরেই দ্বিতীয়, যা এটিকে অত্যন্ত ক্ষয় এবং ক্ষয়-প্রতিরোধী করে তোলে—কঠিন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আদর্শ।

চিপ তৈরির গোপন অস্ত্র

(১) কম-পাওয়ার চিপসের জন্য মূল উপাদান

ইলেকট্রনিক্স ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ এবং উচ্চ কর্মক্ষমতার দিকে ঝোঁকের সাথে সাথে, কম-পাওয়ার চিপগুলি গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে। ঐতিহ্যবাহী চিপগুলি ন্যানোস্কেল পুরুত্বে ইনসুলেশনের অবক্ষয়ের শিকার হয়, যার ফলে কারেন্ট লিকেজ, বিদ্যুৎ খরচ বৃদ্ধি এবং অতিরিক্ত গরম হয়, যা স্থিতিশীলতা এবং আয়ুষ্কালের সাথে আপস করে।

চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের সাংহাই ইনস্টিটিউট অফ মাইক্রোসিস্টেম অ্যান্ড ইনফরমেশন টেকনোলজি (SIMIT) এর গবেষকরা ধাতব-আন্তঃক্যালেটেড অক্সিডেশন প্রযুক্তি ব্যবহার করে কৃত্রিম নীলকান্তমণি ডাইইলেক্ট্রিক ওয়েফার তৈরি করেছেন, যা একক-স্ফটিক অ্যালুমিনিয়ামকে একক-স্ফটিক অ্যালুমিনা (নীলকান্তমণি) তে রূপান্তরিত করে। 1 nm পুরুত্বে, এই উপাদানটি অতি-নিম্ন লিকেজ কারেন্ট প্রদর্শন করে, যা ঘনত্ব হ্রাসের ক্ষেত্রে প্রচলিত অ্যামোরফাস ডাইইলেক্ট্রিকগুলিকে দুই ক্রম দ্বারা ছাড়িয়ে যায় এবং 2D সেমিকন্ডাক্টরগুলির সাথে ইন্টারফেসের মান উন্নত করে। 2D উপকরণের সাথে এটিকে একীভূত করা কম-পাওয়ার চিপগুলিকে সক্ষম করে, স্মার্টফোনে ব্যাটারির আয়ু উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে এবং AI এবং IoT অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করে।

(২) গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) এর জন্য নিখুঁত অংশীদার

সেমিকন্ডাক্টর ক্ষেত্রে, গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) তার অনন্য সুবিধার কারণে একটি উজ্জ্বল নক্ষত্র হিসেবে আবির্ভূত হয়েছে। 3.4 eV ব্যান্ডগ্যাপ সহ একটি প্রশস্ত-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর উপাদান হিসেবে—সিলিকনের 1.1 eV এর চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বড়—GaN উচ্চ-তাপমাত্রা, উচ্চ-ভোল্টেজ এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনে উৎকৃষ্ট। এর উচ্চ ইলেকট্রন গতিশীলতা এবং সমালোচনামূলক ব্রেকডাউন ফিল্ড শক্তি এটিকে উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-তাপমাত্রা, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-উজ্জ্বলতা ইলেকট্রনিক ডিভাইসের জন্য একটি আদর্শ উপাদান করে তোলে। পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সে, GaN-ভিত্তিক ডিভাইসগুলি কম শক্তি খরচ সহ উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করে, পাওয়ার রূপান্তর এবং শক্তি ব্যবস্থাপনায় উচ্চতর কর্মক্ষমতা প্রদান করে। মাইক্রোওয়েভ যোগাযোগে, GaN উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি উপাদান যেমন 5G পাওয়ার অ্যামপ্লিফায়ার সক্ষম করে, সংকেত সংক্রমণের গুণমান এবং স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করে।

নীলকান্তমণি স্ফটিককে GaN-এর জন্য "নিখুঁত অংশীদার" হিসেবে বিবেচনা করা হয়। যদিও সিলিকন কার্বাইড (SiC) এর তুলনায় GaN-এর সাথে এর ল্যাটিসের অমিল বেশি, নীলকান্তমণি সাবস্ট্রেটগুলি GaN এপিট্যাক্সির সময় কম তাপীয় অমিল প্রদর্শন করে, যা GaN বৃদ্ধির জন্য একটি স্থিতিশীল ভিত্তি প্রদান করে। উপরন্তু, নীলকান্তমণির চমৎকার তাপ পরিবাহিতা এবং অপটিক্যাল স্বচ্ছতা উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন GaN ডিভাইসগুলিতে দক্ষ তাপ অপচয়কে সহজতর করে, যা কার্যক্ষম স্থিতিশীলতা এবং সর্বোত্তম আলো আউটপুট দক্ষতা নিশ্চিত করে। এর উচ্চতর বৈদ্যুতিক নিরোধক বৈশিষ্ট্যগুলি সংকেত হস্তক্ষেপ এবং বিদ্যুৎ ক্ষতি আরও কমিয়ে দেয়। নীলকান্তমণি এবং GaN-এর সংমিশ্রণ উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ডিভাইসগুলির বিকাশের দিকে পরিচালিত করেছে, যার মধ্যে রয়েছে GaN-ভিত্তিক LED, যা আলো এবং প্রদর্শন বাজারে আধিপত্য বিস্তার করে - গৃহস্থালীর LED বাল্ব থেকে শুরু করে বড় বহিরঙ্গন স্ক্রিন পর্যন্ত - পাশাপাশি অপটিক্যাল যোগাযোগ এবং নির্ভুল লেজার প্রক্রিয়াকরণে ব্যবহৃত লেজার ডায়োড।

XKH এর GaN-on-sapphire ওয়েফার

সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশনের সীমানা সম্প্রসারণ

(১) সামরিক ও মহাকাশ প্রয়োগে "ঢাল"

সামরিক এবং মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনের সরঞ্জামগুলি প্রায়শই চরম পরিস্থিতিতে কাজ করে। মহাকাশে, মহাকাশযানগুলি প্রায়-পরম-শূন্য তাপমাত্রা, তীব্র মহাজাগতিক বিকিরণ এবং ভ্যাকুয়াম পরিবেশের চ্যালেঞ্জ সহ্য করে। এদিকে, সামরিক বিমানগুলি উচ্চ-গতির উড্ডয়নের সময় বায়ুগতিগত উত্তাপের কারণে, উচ্চ যান্ত্রিক লোড এবং তড়িৎ চৌম্বকীয় হস্তক্ষেপের সাথে সাথে পৃষ্ঠের তাপমাত্রা 1,000°C ছাড়িয়ে যায়।

নীলকান্তমণি স্ফটিকের অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি এই ক্ষেত্রগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ উপাদানগুলির জন্য এটিকে একটি আদর্শ উপাদান করে তোলে। এর ব্যতিক্রমী উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা - কাঠামোগত অখণ্ডতা বজায় রেখে 2,045°C পর্যন্ত তাপমাত্রা সহ্য করে - তাপীয় চাপের অধীনে নির্ভরযোগ্য কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করে। এর বিকিরণ কঠোরতা মহাজাগতিক এবং পারমাণবিক পরিবেশেও কার্যকারিতা সংরক্ষণ করে, কার্যকরভাবে সংবেদনশীল ইলেকট্রনিক্সকে রক্ষা করে। এই বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে উচ্চ-তাপমাত্রার ইনফ্রারেড (IR) জানালায় নীলকান্তের ব্যাপক ব্যবহার দেখা দিয়েছে। ক্ষেপণাস্ত্র নির্দেশিকা ব্যবস্থায়, সঠিক লক্ষ্য সনাক্তকরণ নিশ্চিত করার জন্য IR জানালাগুলিকে চরম তাপ এবং বেগের অধীনে অপটিক্যাল স্বচ্ছতা বজায় রাখতে হবে। নীলকান্তমণি-ভিত্তিক IR জানালাগুলি উচ্চ তাপীয় স্থিতিশীলতার সাথে উচ্চতর IR ট্রান্সমিট্যান্সকে একত্রিত করে, যা নির্দেশিকা নির্ভুলতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে। মহাকাশে, নীলকান্তমণি স্যাটেলাইট অপটিক্যাল সিস্টেমগুলিকে রক্ষা করে, কঠোর কক্ষপথের পরিস্থিতিতে স্পষ্ট চিত্র ধারণ সক্ষম করে।

XKH এরনীলকান্তমণি অপটিক্যাল জানালা

(২) সুপারকন্ডাক্টর এবং মাইক্রোইলেকট্রনিক্সের জন্য নতুন ভিত্তি

অতিপরিবাহীতার ক্ষেত্রে, নীলকান্তমণি অতিপরিবাহী পাতলা ফিল্মের জন্য একটি অপরিহার্য সাবস্ট্রেট হিসেবে কাজ করে, যা শূন্য-প্রতিরোধী পরিবাহী সক্ষম করে—বিদ্যুৎ সংক্রমণ, ম্যাগলেভ ট্রেন এবং এমআরআই সিস্টেমে বিপ্লব আনে। উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন সুপারকন্ডাক্টিং ফিল্মের জন্য স্থিতিশীল জালি কাঠামো সহ সাবস্ট্রেটের প্রয়োজন হয় এবং ম্যাগনেসিয়াম ডাইবোরাইড (MgB₂) এর মতো উপকরণের সাথে নীলকান্তের সামঞ্জস্য বর্ধিত সমালোচনামূলক বর্তমান ঘনত্ব এবং সমালোচনামূলক চৌম্বক ক্ষেত্র সহ ফিল্মের বৃদ্ধিকে সম্ভব করে। উদাহরণস্বরূপ, নীলকান্তমণি-সমর্থিত সুপারকন্ডাক্টিং ফিল্ম ব্যবহার করে পাওয়ার কেবলগুলি শক্তির ক্ষতি কমিয়ে ট্রান্সমিশন দক্ষতা নাটকীয়ভাবে উন্নত করে।

মাইক্রোইলেকট্রনিক্সে, নির্দিষ্ট স্ফটিক-ভিত্তিক অভিযোজন সহ নীলকান্তমণি সাবস্ট্রেটগুলি - যেমন R-প্লেন (<1-102>) এবং A-প্লেন (<11-20>)-উন্নত সমন্বিত সার্কিট (ICs) এর জন্য উপযুক্ত সিলিকন এপিট্যাক্সিয়াল স্তরগুলিকে সক্ষম করে। R-প্লেন নীলকান্তমণি উচ্চ-গতির আইসিগুলিতে স্ফটিক ত্রুটি হ্রাস করে, কার্যক্ষম গতি এবং স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করে, যখন A-প্লেন নীলকান্তমণির অন্তরক বৈশিষ্ট্য এবং অভিন্ন পারমিটিভিটি হাইব্রিড মাইক্রোইলেকট্রনিক্স এবং উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টর ইন্টিগ্রেশনকে অপ্টিমাইজ করে। এই সাবস্ট্রেটগুলি উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন কম্পিউটিং এবং টেলিযোগাযোগ অবকাঠামোতে কোর চিপগুলিকে সমর্থন করে।

এক্সকেএইচএরকlN-অন-NPSS ওয়েফার

সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে নীলকান্তমণি ক্রিস্টালের ভবিষ্যৎ

চিপ তৈরি থেকে শুরু করে মহাকাশ এবং সুপারকন্ডাক্টর পর্যন্ত সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে স্যাফায়ার ইতিমধ্যেই অপরিসীম মূল্য প্রদর্শন করেছে। প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে সাথে এর ভূমিকা আরও প্রসারিত হবে। কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তায়, নীলকান্তমণি-সমর্থিত কম-শক্তি, উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন চিপগুলি স্বাস্থ্যসেবা, পরিবহন এবং অর্থায়নে AI অগ্রগতিকে এগিয়ে নিয়ে যাবে। কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ে, নীলকান্তমের উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলি এটিকে কিউবিট ইন্টিগ্রেশনের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থী হিসাবে অবস্থান করে। ইতিমধ্যে, GaN-অন-নীলকান্তমণি ডিভাইসগুলি 5G/6G যোগাযোগ হার্ডওয়্যারের ক্রমবর্ধমান চাহিদা পূরণ করবে। ভবিষ্যতে, নীলকান্তমণি সেমিকন্ডাক্টর উদ্ভাবনের ভিত্তিপ্রস্তর হয়ে থাকবে, যা মানবজাতির প্রযুক্তিগত অগ্রগতিকে শক্তিশালী করবে।

XKH এর GaN-on-sapphire epitaxial ওয়েফার

XKH অত্যাধুনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য নির্ভুল-প্রকৌশলী নীলকান্তমণি অপটিক্যাল উইন্ডোজ এবং GaN-on-নীলকান্তমণি ওয়েফার সমাধান সরবরাহ করে। মালিকানাধীন স্ফটিক বৃদ্ধি এবং ন্যানোস্কেল পলিশিং প্রযুক্তি ব্যবহার করে, আমরা UV থেকে IR স্পেকট্রায় ব্যতিক্রমী ট্রান্সমিশন সহ অতি-ফ্ল্যাট নীলকান্তমণি উইন্ডোজ সরবরাহ করি, যা মহাকাশ, প্রতিরক্ষা এবং উচ্চ-ক্ষমতা সম্পন্ন লেজার সিস্টেমের জন্য আদর্শ।