মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন বৃদ্ধি পদ্ধতির একটি বিস্তৃত সারসংক্ষেপ

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন বৃদ্ধি পদ্ধতির একটি বিস্তৃত সারসংক্ষেপ

১. মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন বিকাশের পটভূমি

প্রযুক্তির অগ্রগতি এবং উচ্চ-দক্ষতাসম্পন্ন স্মার্ট পণ্যের ক্রমবর্ধমান চাহিদা জাতীয় উন্নয়নে ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (IC) শিল্পের মূল অবস্থানকে আরও দৃঢ় করেছে। IC শিল্পের ভিত্তিপ্রস্তর হিসেবে, সেমিকন্ডাক্টর মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন প্রযুক্তিগত উদ্ভাবন এবং অর্থনৈতিক প্রবৃদ্ধি চালনায় গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

আন্তর্জাতিক সেমিকন্ডাক্টর ইন্ডাস্ট্রি অ্যাসোসিয়েশনের তথ্য অনুসারে, বিশ্বব্যাপী সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার বাজার ১২.৬ বিলিয়ন ডলারের বিক্রয় সংখ্যায় পৌঁছেছে, যার চালান ১৪.২ বিলিয়ন বর্গ ইঞ্চিতে বৃদ্ধি পেয়েছে। তাছাড়া, সিলিকন ওয়েফারের চাহিদা ক্রমাগত বৃদ্ধি পাচ্ছে।

তবে, বিশ্বব্যাপী সিলিকন ওয়েফার শিল্প অত্যন্ত ঘনীভূত, শীর্ষ পাঁচটি সরবরাহকারী বাজারের ৮৫% এরও বেশি অংশ দখল করে, যেমনটি নীচে দেখানো হয়েছে:

• শিন-এৎসু রাসায়নিক (জাপান)

• সুমকো (জাপান)

• গ্লোবাল ওয়েফারস

• সিলট্রনিক (জার্মানি)

• এসকে সিলট্রন (দক্ষিণ কোরিয়া)

এই অলিগোপলির ফলে চীন আমদানি করা মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ওয়েফারের উপর অত্যধিক নির্ভরশীলতা তৈরি করে, যা দেশের ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট শিল্পের বিকাশকে সীমিত করার অন্যতম প্রধান বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে।

সেমিকন্ডাক্টর সিলিকন মনোক্রিস্টাল উৎপাদন খাতে বর্তমান চ্যালেঞ্জগুলি কাটিয়ে উঠতে, গবেষণা ও উন্নয়নে বিনিয়োগ এবং দেশীয় উৎপাদন ক্ষমতা শক্তিশালী করা একটি অনিবার্য পছন্দ।

2. মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন উপাদানের সংক্ষিপ্ত বিবরণ

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন হল ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট শিল্পের ভিত্তি। আজ অবধি, 90% এরও বেশি আইসি চিপ এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি প্রাথমিক উপাদান হিসাবে মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ব্যবহার করে তৈরি করা হয়। মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের ব্যাপক চাহিদা এবং এর বিভিন্ন শিল্প প্রয়োগের জন্য বেশ কয়েকটি কারণ দায়ী করা যেতে পারে:

1. নিরাপত্তা এবং পরিবেশ বান্ধব: পৃথিবীর ভূত্বকে প্রচুর পরিমাণে সিলিকন রয়েছে, এটি বিষাক্ত নয় এবং পরিবেশ বান্ধব।

2. বৈদ্যুতিক অন্তরণ: সিলিকন প্রাকৃতিকভাবে বৈদ্যুতিক নিরোধক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে এবং তাপ চিকিত্সার পরে, এটি সিলিকন ডাই অক্সাইডের একটি প্রতিরক্ষামূলক স্তর তৈরি করে, যা কার্যকরভাবে বৈদ্যুতিক চার্জের ক্ষতি রোধ করে।

3. পরিপক্ক বৃদ্ধি প্রযুক্তি: সিলিকন বৃদ্ধি প্রক্রিয়ায় প্রযুক্তিগত উন্নয়নের দীর্ঘ ইতিহাস এটিকে অন্যান্য অর্ধপরিবাহী উপকরণের তুলনায় অনেক বেশি পরিশীলিত করে তুলেছে।

এই বিষয়গুলি একসাথে মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনকে শিল্পের অগ্রভাগে রাখে, যা অন্যান্য উপকরণ দ্বারা এটিকে অপূরণীয় করে তোলে।

স্ফটিক কাঠামোর দিক থেকে, মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন হল একটি উপাদান যা সিলিকন পরমাণু থেকে তৈরি যা একটি পর্যায়ক্রমিক জালিতে সাজানো থাকে, যা একটি অবিচ্ছিন্ন কাঠামো তৈরি করে। এটি চিপ উৎপাদন শিল্পের ভিত্তি।

নিম্নলিখিত চিত্রটি মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন প্রস্তুতির সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি চিত্রিত করে:

প্রক্রিয়ার সারসংক্ষেপ:
মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন সিলিকন আকরিক থেকে পরিশোধন ধাপের একটি সিরিজের মাধ্যমে উদ্ভূত হয়। প্রথমে, পলিক্রিস্টালাইন সিলিকন পাওয়া যায়, যা পরে একটি স্ফটিক বৃদ্ধির চুল্লিতে মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ইনগটে পরিণত হয়। পরে, এটি কেটে, পালিশ করা হয় এবং চিপ তৈরির জন্য উপযুক্ত সিলিকন ওয়েফারে প্রক্রিয়াজাত করা হয়।

সিলিকন ওয়েফারগুলি সাধারণত দুটি বিভাগে বিভক্ত:ফটোভোলটাইক-গ্রেডএবংসেমিকন্ডাক্টর-গ্রেডএই দুটি প্রকার মূলত তাদের গঠন, বিশুদ্ধতা এবং পৃষ্ঠের গুণমানের ক্ষেত্রে ভিন্ন।

• সেমিকন্ডাক্টর-গ্রেড ওয়েফার৯৯.৯৯৯৯৯৯৯৯৯% পর্যন্ত ব্যতিক্রমীভাবে উচ্চ বিশুদ্ধতা রয়েছে এবং এগুলিকে মনোক্রিস্টালাইন হতে কঠোরভাবে বাধ্যতামূলক।

• ফটোভোলটাইক-গ্রেড ওয়েফারকম বিশুদ্ধ, বিশুদ্ধতার মাত্রা ৯৯.৯৯% থেকে ৯৯.৯৯৯৯% পর্যন্ত, এবং স্ফটিকের মানের জন্য এত কঠোর প্রয়োজনীয়তা নেই।

এছাড়াও, অর্ধপরিবাহী-গ্রেড ওয়েফারগুলির জন্য ফটোভোলটাইক-গ্রেড ওয়েফারগুলির তুলনায় পৃষ্ঠের মসৃণতা এবং পরিষ্কার-পরিচ্ছন্নতা বেশি প্রয়োজন। অর্ধপরিবাহী ওয়েফারগুলির উচ্চতর মান তাদের প্রস্তুতির জটিলতা এবং প্রয়োগের ক্ষেত্রে পরবর্তী মূল্য উভয়ই বৃদ্ধি করে।

নিম্নলিখিত চার্টটি সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার স্পেসিফিকেশনের বিবর্তনের রূপরেখা তুলে ধরেছে, যা প্রাথমিক 4-ইঞ্চি (100 মিমি) এবং 6-ইঞ্চি (150 মিমি) ওয়েফার থেকে বর্তমান 8-ইঞ্চি (200 মিমি) এবং 12-ইঞ্চি (300 মিমি) ওয়েফারে বৃদ্ধি পেয়েছে।

প্রকৃত সিলিকন মনোক্রিস্টাল প্রস্তুতিতে, ওয়েফারের আকার প্রয়োগের ধরণ এবং খরচের কারণের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, মেমরি চিপগুলিতে সাধারণত 12-ইঞ্চি ওয়েফার ব্যবহার করা হয়, যেখানে পাওয়ার ডিভাইসগুলিতে প্রায়শই 8-ইঞ্চি ওয়েফার ব্যবহার করা হয়।

সংক্ষেপে, ওয়েফারের আকারের বিবর্তন মুরের সূত্র এবং অর্থনৈতিক কারণ উভয়ের ফলাফল। বৃহত্তর ওয়েফারের আকার একই প্রক্রিয়াকরণ পরিস্থিতিতে আরও ব্যবহারযোগ্য সিলিকন এলাকার বৃদ্ধিকে সক্ষম করে, উৎপাদন খরচ হ্রাস করে এবং ওয়েফারের প্রান্ত থেকে বর্জ্য কমিয়ে দেয়।

আধুনিক প্রযুক্তিগত উন্নয়নে একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হিসেবে, সেমিকন্ডাক্টর সিলিকন ওয়েফার, ফটোলিথোগ্রাফি এবং আয়ন ইমপ্লান্টেশনের মতো সুনির্দিষ্ট প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, উচ্চ-শক্তিসম্পন্ন রেক্টিফায়ার, ট্রানজিস্টর, বাইপোলার জংশন ট্রানজিস্টর এবং সুইচিং ডিভাইস সহ বিভিন্ন ইলেকট্রনিক ডিভাইস উৎপাদন সক্ষম করে। এই ডিভাইসগুলি কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা, 5G যোগাযোগ, স্বয়ংচালিত ইলেকট্রনিক্স, ইন্টারনেট অফ থিংস এবং মহাকাশের মতো ক্ষেত্রগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, যা জাতীয় অর্থনৈতিক উন্নয়ন এবং প্রযুক্তিগত উদ্ভাবনের ভিত্তিপ্রস্তর তৈরি করে।

৩. মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন গ্রোথ টেকনোলজি

দ্যচোক্রালস্কি (সিজেড) পদ্ধতিগলিত পদার্থ থেকে উচ্চমানের মনোক্রিস্টালাইন উপাদান টেনে আনার জন্য এটি একটি কার্যকর প্রক্রিয়া। ১৯১৭ সালে জ্যান জোক্রালস্কি দ্বারা প্রস্তাবিত, এই পদ্ধতিটি নামেও পরিচিতস্ফটিক টানাপদ্ধতি।

বর্তমানে, বিভিন্ন অর্ধপরিবাহী উপকরণ তৈরিতে CZ পদ্ধতি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। অসম্পূর্ণ পরিসংখ্যান অনুসারে, প্রায় 98% ইলেকট্রনিক উপাদান মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন থেকে তৈরি, যার 85% উপাদান CZ পদ্ধতি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়।

CZ পদ্ধতিটি এর চমৎকার স্ফটিক গুণমান, নিয়ন্ত্রণযোগ্য আকার, দ্রুত বৃদ্ধির হার এবং উচ্চ উৎপাদন দক্ষতার কারণে জনপ্রিয়। এই বৈশিষ্ট্যগুলি ইলেকট্রনিক্স শিল্পে উচ্চ-মানের, বৃহৎ আকারের চাহিদা মেটানোর জন্য CZ মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনকে পছন্দের উপাদান করে তোলে।

CZ মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের বৃদ্ধির নীতি নিম্নরূপ:

CZ প্রক্রিয়ার জন্য উচ্চ তাপমাত্রা, শূন্যস্থান এবং একটি বদ্ধ পরিবেশ প্রয়োজন। এই প্রক্রিয়ার মূল সরঞ্জাম হলস্ফটিক বৃদ্ধি চুল্লি, যা এই শর্তগুলিকে সহজতর করে।

নিচের চিত্রটি একটি স্ফটিক বৃদ্ধি চুল্লির গঠন চিত্রিত করে।

CZ প্রক্রিয়ায়, বিশুদ্ধ সিলিকনকে একটি ক্রুসিবলে স্থাপন করা হয়, গলিত করা হয় এবং গলিত সিলিকনে একটি বীজ স্ফটিক প্রবেশ করানো হয়। তাপমাত্রা, টানার হার এবং ক্রুসিবল ঘূর্ণন গতির মতো পরামিতিগুলিকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করে, বীজ স্ফটিক এবং গলিত সিলিকনের ইন্টারফেসে থাকা পরমাণু বা অণুগুলি ক্রমাগত পুনর্গঠিত হয়, সিস্টেমটি ঠান্ডা হওয়ার সাথে সাথে শক্ত হয়ে যায় এবং শেষ পর্যন্ত একটি একক স্ফটিক তৈরি করে।

এই স্ফটিক বৃদ্ধির কৌশলটি নির্দিষ্ট স্ফটিক অভিযোজন সহ উচ্চমানের, বৃহৎ ব্যাসের মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন তৈরি করে।

বৃদ্ধির প্রক্রিয়াটিতে বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ জড়িত, যার মধ্যে রয়েছে:

1. বিচ্ছিন্নকরণ এবং লোডিং: স্ফটিক অপসারণ এবং চুল্লি এবং উপাদানগুলিকে কোয়ার্টজ, গ্রাফাইট, বা অন্যান্য অমেধ্যের মতো দূষণকারী পদার্থ থেকে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে পরিষ্কার করা।

2. ভ্যাকুয়াম এবং গলানো: সিস্টেমটিকে একটি শূন্যস্থানে সরিয়ে নেওয়া হয়, তারপরে আর্গন গ্যাস প্রবর্তন করা হয় এবং সিলিকন চার্জ উত্তপ্ত করা হয়।

3. স্ফটিক টানা: বীজ স্ফটিকটি গলিত সিলিকনে নামানো হয় এবং সঠিক স্ফটিকীকরণ নিশ্চিত করার জন্য ইন্টারফেসের তাপমাত্রা সাবধানে নিয়ন্ত্রণ করা হয়।

4. কাঁধ এবং ব্যাস নিয়ন্ত্রণ: স্ফটিক বৃদ্ধির সাথে সাথে, এর ব্যাস সাবধানে পর্যবেক্ষণ করা হয় এবং সমান বৃদ্ধি নিশ্চিত করার জন্য সমন্বয় করা হয়।

5. বৃদ্ধির সমাপ্তি এবং চুল্লি বন্ধ: কাঙ্ক্ষিত স্ফটিকের আকার অর্জনের পর, চুল্লিটি বন্ধ করে দেওয়া হয় এবং স্ফটিকটি সরানো হয়।

এই প্রক্রিয়ার বিস্তারিত ধাপগুলি সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত উচ্চমানের, ত্রুটিমুক্ত মনোক্রিস্টাল তৈরি নিশ্চিত করে।

৪. মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন উৎপাদনের চ্যালেঞ্জ

বৃহৎ ব্যাসের সেমিকন্ডাক্টর মনোক্রিস্টাল উৎপাদনের ক্ষেত্রে অন্যতম প্রধান চ্যালেঞ্জ হলো বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় প্রযুক্তিগত বাধাগুলি অতিক্রম করা, বিশেষ করে স্ফটিক ত্রুটিগুলির পূর্বাভাস এবং নিয়ন্ত্রণ:

1. অসঙ্গত মনোক্রিস্টাল গুণমান এবং কম ফলন: সিলিকন মনোক্রিস্টালের আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে বৃদ্ধির পরিবেশের জটিলতা বৃদ্ধি পায়, যার ফলে তাপ, প্রবাহ এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের মতো বিষয়গুলি নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন হয়ে পড়ে। এটি ধারাবাহিক গুণমান এবং উচ্চ ফলন অর্জনের কাজটিকে জটিল করে তোলে।

2. অস্থির নিয়ন্ত্রণ প্রক্রিয়া: সেমিকন্ডাক্টর সিলিকন মনোক্রিস্টালের বৃদ্ধি প্রক্রিয়া অত্যন্ত জটিল, একাধিক ভৌত ক্ষেত্র একে অপরের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, যার ফলে নিয়ন্ত্রণের নির্ভুলতা অস্থির হয়ে ওঠে এবং পণ্যের উৎপাদন কম হয়। বর্তমান নিয়ন্ত্রণ কৌশলগুলি মূলত স্ফটিকের ম্যাক্রোস্কোপিক মাত্রার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যদিও গুণমান এখনও ম্যানুয়াল অভিজ্ঞতার উপর ভিত্তি করে সমন্বয় করা হয়, যার ফলে আইসি চিপগুলিতে মাইক্রো এবং ন্যানো ফ্যাব্রিকেশনের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করা কঠিন হয়ে পড়ে।

এই চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করার জন্য, স্ফটিকের মানের জন্য রিয়েল-টাইম, অনলাইন পর্যবেক্ষণ এবং ভবিষ্যদ্বাণী পদ্ধতির বিকাশ জরুরিভাবে প্রয়োজন, পাশাপাশি ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটে ব্যবহারের জন্য বৃহৎ মনোক্রিস্টালের স্থিতিশীল, উচ্চ-মানের উৎপাদন নিশ্চিত করার জন্য নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার উন্নতিও জরুরি।