GaN एकल क्रिस्टल

सेमीकन्डक्टर टेक्नोलोजी आधुनिक सभ्यताको मेरुदण्ड बनेको छ, यसले मौलिक रूपमा हाम्रो बाँच्ने, काम गर्ने र संसारसँग अन्तरक्रिया गर्ने तरिकालाई परिवर्तन गर्छ। यसले सूचना प्रविधि, ऊर्जा, दूरसञ्चार, स्वास्थ्य सेवालगायत विभिन्न क्षेत्रमा अभूतपूर्व प्रगति गरेको छ। हाम्रा स्मार्टफोन र कम्प्युटरहरूलाई पावर गर्ने माइक्रोप्रोसेसरहरूदेखि मेडिकल उपकरणहरूमा सेन्सरहरू, र नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालीहरूमा पावर इलेक्ट्रोनिक्ससम्म, अर्धचालकहरू विगत शताब्दीको लगभग हरेक प्राविधिक आविष्कारको केन्द्रबिन्दु हुन्।

अर्धचालकहरूको पहिलो पुस्ता: जर्मेनियम र सिलिकन

अर्धचालक प्रविधिको इतिहास सेमीकन्डक्टरको पहिलो पुस्ता, मुख्यतया जर्मेनियम (Ge) र सिलिकन (Si) सँग सुरु भयो। यी सामग्रीहरू मौलिक अर्धचालकहरू हुन्, यसको अर्थ तिनीहरू एकल तत्वबाट बनेका हुन्छन्। सिलिकन, विशेष गरी, यसको प्रचुरता, लागत-प्रभावकारिता, र उत्कृष्ट इलेक्ट्रोनिक गुणहरूको कारण सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने अर्धचालक सामग्री भएको छ। सिलिकन-आधारित टेक्नोलोजी दशकौंमा परिपक्व भएको छ, जसले आधुनिक इलेक्ट्रोनिक्सको आधार बन्ने एकीकृत सर्किट (ICs) को विकासमा नेतृत्व गर्दछ। स्थिर र उच्च-गुणस्तरको अक्साइड तह (सिलिकन डाइअक्साइड) बनाउन सिलिकनको क्षमता मेटल-अक्साइड-सेमिकन्डक्टर (एमओएस) उपकरणहरूको सफलतामा महत्त्वपूर्ण कारक भएको छ, जुन अधिकांश डिजिटल इलेक्ट्रोनिक्सको निर्माण ब्लकहरू हुन्।

अर्धचालकहरूको दोस्रो पुस्ता: ग्यालियम आर्सेनाइड र इन्डियम फास्फाइड

टेक्नोलोजीको विकासको रूपमा, सिलिकनको सीमितताहरू स्पष्ट भए, विशेष गरी उच्च-गति र उच्च-फ्रिक्वेन्सी अनुप्रयोगहरूमा। यसले अर्धचालकहरूको दोस्रो पुस्ताको विकासको नेतृत्व गर्‍यो, जसमा ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs) र इन्डियम फस्फाइड (InP) जस्ता यौगिक अर्धचालकहरू समावेश छन्। यी सामग्रीहरू तिनीहरूको उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलता र प्रत्यक्ष ब्यान्डग्यापका लागि परिचित छन्, तिनीहरूलाई प्रकाश-उत्सर्जक डायोडहरू (LEDs), लेजर डायोडहरू, र उच्च-फ्रिक्वेन्सी ट्रान्जिस्टरहरू जस्ता अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको लागि आदर्श बनाउँदछ। GaAs, उदाहरणका लागि, माइक्रोवेभ र मिलिमिटर-वेभ संचार प्रणाली, साथै उपग्रह र रडार प्रविधिहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। तिनीहरूका फाइदाहरूको बावजुद, GaAs र InP को व्यापक रूपमा अपनाउने उच्च लागत र निर्माणमा चुनौतीहरूको कारण सीमित छ।

अर्धचालकहरूको तेस्रो पुस्ता:सिलिकन कार्बाइडरग्यालियम नाइट्राइड

हालका वर्षहरूमा, फोकस अर्धचालकहरूको तेस्रो पुस्तामा सारियो, जसमा सामग्रीहरू समावेश छन्सिलिकन कार्बाइड (SiC)रग्यालियम नाइट्राइड (GaN)। यी सामग्रीहरूमा फराकिलो ब्यान्डग्याप हुन्छ, जसको मतलब तिनीहरू उच्च भोल्टेज, तापक्रम र फ्रिक्वेन्सीहरूमा आफ्ना पूर्ववर्तीहरू भन्दा काम गर्न सक्छन्।GaN, विशेष गरी, 3.4 eV को फराकिलो ब्यान्डग्याप, उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलता, उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज, र उत्कृष्ट थर्मल चालकता सहित यसको असाधारण गुणहरूको लागि महत्त्वपूर्ण ध्यान प्राप्त गरेको छ। यी विशेषताहरू बनाउँछन्GaNछिटो चार्जर, पावर ट्रान्जिस्टर, र रेडियो-फ्रिक्वेन्सी (RF) माइक्रोवेभ उपकरणहरू जस्ता उच्च-शक्ति र उच्च-फ्रिक्वेन्सी अनुप्रयोगहरूको लागि एक आदर्श उम्मेद्वार।

क्रिस्टल संरचना र बन्धन इनGaN

GaNयौगिक अर्धचालकहरूको III-V समूहसँग सम्बन्धित छ, जुन आवधिक तालिकाको समूह III (जस्तै, ग्यालियम) र समूह V (जस्तै, नाइट्रोजन) बाट तत्वहरू मिलेर बनेको हुन्छ। को क्रिस्टल संरचनाGaNदुई प्राथमिक रूपहरूमा अवस्थित हुन सक्छ: हेक्सागोनल wurtzite र घन sphalerite। क्रिस्टल संरचना को प्रकार को रूप मा परमाणुहरु बीच रासायनिक बन्धन को प्रकृति द्वारा प्रभावित छ। अर्धचालक यौगिकहरूमा, बन्धन सहसंयोजक र आयनिक बन्डहरूको मिश्रण हुन सक्छ। जति धेरै आयनिक बन्ड हुन्छ, सामग्रीले wurtzite संरचना बनाउने सम्भावना बढी हुन्छ। को मामला माGaN, ग्यालियम (Ga) र नाइट्रोजन (N) बीचको इलेक्ट्रोनगेटिभिटीमा ठूलो भिन्नताले बन्डमा महत्त्वपूर्ण आयनिक चरित्र निम्त्याउँछ। फलस्वरूप,GaNसामान्यतया wurtzite संरचनामा क्रिस्टलाइज हुन्छ, जुन यसको उच्च थर्मल स्थिरता र रासायनिक क्षरण प्रतिरोधको लागि परिचित छ।

को फाइदाहरूGaNअघिल्लो सेमीकन्डक्टर सामग्रीहरू

पहिलो र दोस्रो पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीको तुलनामा,GaNधेरै फाइदाहरू प्रदान गर्दछ जसले यसलाई अत्याधुनिक अनुप्रयोगहरूको लागि विशेष रूपमा आकर्षक बनाउँदछ। सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण फाइदाहरू मध्ये एक यसको फराकिलो ब्यान्डग्याप हो, जसले GaN-आधारित यन्त्रहरूलाई उच्च भोल्टेज र तापक्रममा काम गर्न अनुमति दिन्छ। यसले GaN लाई पावर इलेक्ट्रोनिक्सका लागि उत्कृष्ट सामग्री बनाउँछ, जहाँ दक्षता र थर्मल व्यवस्थापन महत्वपूर्ण चिन्ताहरू हुन्। थप रूपमा, GaN सँग कम डाइलेक्ट्रिक स्थिरता छ, जसले क्यापेसिटन्स कम गर्न र ट्रान्जिस्टरहरूमा छिटो स्विच गर्ने गति सक्षम गर्न मद्दत गर्दछ।

GaNयन्त्रहरूलाई ब्रेकडाउनको अनुभव नगरी ठूला बिजुली क्षेत्रहरू ह्यान्डल गर्न अनुमति दिँदै उच्च क्रिटिकल बिजुली क्षेत्र बलको पनि गर्व गर्दछ। यो विशेष गरी उच्च-शक्ति अनुप्रयोगहरूमा महत्त्वपूर्ण छ, जहाँ उच्च भोल्टेजहरू र धाराहरू व्यवस्थापन गर्ने क्षमता आवश्यक छ। यसबाहेक, GaN को उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलताले RF र माइक्रोवेभ उपकरणहरू जस्ता उच्च-फ्रिक्वेन्सी अनुप्रयोगहरूको लागि यसको उपयुक्ततामा योगदान गर्दछ। यी गुणहरूको संयोजन-उच्च थर्मल चालकता, उच्च तापक्रम प्रतिरोध, र विकिरण कठोरता-ले GaN लाई बहुमुखी सामग्री बनाउँछ जुन इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको अर्को पुस्तामा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्न तयार छ।

GaNआधुनिक अनुप्रयोगहरू र भविष्यका सम्भावनाहरूमा

को अद्वितीय गुणGaNधेरै उद्योगहरू क्रान्ति गर्न थालेका छन्। उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्समा, GaN-आधारित फास्ट चार्जरहरू परम्परागत सिलिकन-आधारित चार्जरहरूको तुलनामा तिनीहरूको दक्षता र कम्प्याक्ट साइजको कारण बढ्दो लोकप्रिय हुँदै गइरहेका छन्। दूरसञ्चारको क्षेत्रमा, GaN उच्च-फ्रिक्वेन्सी ट्रान्जिस्टरहरू विकास गर्न प्रयोग भइरहेको छ जुन 5G नेटवर्कहरू र बाहिरका लागि आवश्यक छ। एयरोस्पेस र रक्षा क्षेत्रहरूले उच्च-शक्ति रडार र सञ्चार प्रणालीहरूमा प्रयोगको लागि GaN को सम्भावना पनि खोजिरहेका छन्, जहाँ चरम परिस्थितिहरूमा काम गर्ने क्षमता अमूल्य छ।