அடுத்த தலைமுறை குறைக்கடத்தி அடி மூலக்கூறுகள்: சபையர், சிலிக்கான் மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு

குறைக்கடத்தித் துறையில், சாதன செயல்திறன் சார்ந்துள்ள அடித்தளப் பொருளாக அடி மூலக்கூறுகள் உள்ளன. அவற்றின் இயற்பியல், வெப்ப மற்றும் மின் பண்புகள் செயல்திறன், நம்பகத்தன்மை மற்றும் பயன்பாட்டு நோக்கத்தை நேரடியாக பாதிக்கின்றன. அனைத்து விருப்பங்களுக்கிடையில், சபையர் (Al₂O₃), சிலிக்கான் (Si) மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) ஆகியவை மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் அடி மூலக்கூறுகளாக மாறியுள்ளன, ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு தொழில்நுட்பப் பகுதிகளில் சிறந்து விளங்குகின்றன. இந்தக் கட்டுரை அவற்றின் பொருள் பண்புகள், பயன்பாட்டு நிலப்பரப்புகள் மற்றும் எதிர்கால வளர்ச்சிப் போக்குகளை ஆராய்கிறது.

சபையர்: ஒளியியல் வேலைக்காரன்

நீலக்கல் என்பது அறுகோண லட்டியுடன் கூடிய அலுமினிய ஆக்சைட்டின் ஒற்றை-படிக வடிவமாகும். அதன் முக்கிய பண்புகளில் விதிவிலக்கான கடினத்தன்மை (மோஸ் கடினத்தன்மை 9), புற ஊதா முதல் அகச்சிவப்பு வரை பரந்த ஒளியியல் வெளிப்படைத்தன்மை மற்றும் வலுவான வேதியியல் எதிர்ப்பு ஆகியவை அடங்கும், இது ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் மற்றும் கடுமையான சூழல்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது. வெப்ப பரிமாற்ற முறை மற்றும் கைரோபௌலோஸ் முறை போன்ற மேம்பட்ட வளர்ச்சி நுட்பங்கள், வேதியியல்-இயந்திர மெருகூட்டல் (CMP) உடன் இணைந்து, துணை-நானோமீட்டர் மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையுடன் செதில்களை உருவாக்குகின்றன.

நீலக்கல் அடி மூலக்கூறுகள் LED கள் மற்றும் மைக்ரோ-LED களில் GaN எபிடாக்சியல் அடுக்குகளாக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அங்கு வடிவமைக்கப்பட்ட சபையர் அடி மூலக்கூறுகள் (PSS) ஒளி பிரித்தெடுக்கும் திறனை மேம்படுத்துகின்றன. அவற்றின் மின் காப்பு பண்புகள் காரணமாக அவை உயர் அதிர்வெண் RF சாதனங்களிலும், நுகர்வோர் மின்னணுவியல் மற்றும் விண்வெளி பயன்பாடுகளில் பாதுகாப்பு ஜன்னல்கள் மற்றும் சென்சார் கவர்களாகவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வரம்புகளில் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் (35–42 W/m·K) மற்றும் GaN உடன் லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை ஆகியவை அடங்கும், இதற்கு குறைபாடுகளைக் குறைக்க இடையக அடுக்குகள் தேவைப்படுகின்றன.

சிலிக்கான்: தி மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஃபவுண்டேஷன்

சிலிக்கான் அதன் முதிர்ந்த தொழில்துறை சுற்றுச்சூழல் அமைப்பு, ஊக்கமருந்து மூலம் சரிசெய்யக்கூடிய மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் மிதமான வெப்ப பண்புகள் (வெப்ப கடத்துத்திறன் ~150 W/m·K, உருகுநிலை 1410°C) காரணமாக பாரம்பரிய மின்னணுவியலின் முதுகெலும்பாக உள்ளது. CPUகள், நினைவகம் மற்றும் லாஜிக் சாதனங்கள் உட்பட 90% க்கும் மேற்பட்ட ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் சிலிக்கான் வேஃபர்களில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. சிலிக்கான் ஃபோட்டோவோல்டாயிக் செல்களிலும் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது மற்றும் IGBTகள் மற்றும் MOSFETகள் போன்ற குறைந்த-நடுத்தர மின் சாதனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இருப்பினும், சிலிக்கான் அதன் குறுகிய பட்டை இடைவெளி (1.12 eV) மற்றும் மறைமுக பட்டை இடைவெளி காரணமாக உயர் மின்னழுத்த மற்றும் உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளில் சவால்களை எதிர்கொள்கிறது, இது ஒளி உமிழ்வு செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

சிலிக்கான் கார்பைடு: உயர் சக்தி கொண்ட புதுமைப்பித்தன்

SiC என்பது மூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திப் பொருளாகும், இது பரந்த பட்டை இடைவெளி (3.2 eV), அதிக முறிவு மின்னழுத்தம் (3 MV/cm), அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் (~490 W/m·K), மற்றும் வேகமான எலக்ட்ரான் செறிவூட்டல் வேகம் (~2×10⁷ cm/s) ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. இந்த பண்புகள் உயர் மின்னழுத்தம், உயர் சக்தி மற்றும் உயர் அதிர்வெண் சாதனங்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன. SiC அடி மூலக்கூறுகள் பொதுவாக 2000°C க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையில் இயற்பியல் நீராவி போக்குவரத்து (PVT) மூலம் சிக்கலான மற்றும் துல்லியமான செயலாக்கத் தேவைகளுடன் வளர்க்கப்படுகின்றன.

பயன்பாடுகளில் மின்சார வாகனங்கள் அடங்கும், அங்கு SiC MOSFETகள் இன்வெர்ட்டர் செயல்திறனை 5–10% மேம்படுத்துகின்றன, GaN RF சாதனங்களுக்கான அரை-இன்சுலேடிங் SiC ஐப் பயன்படுத்தும் 5G தொடர்பு அமைப்புகள் மற்றும் 30% வரை ஆற்றல் இழப்புகளைக் குறைக்கும் உயர் மின்னழுத்த நேரடி மின்னோட்ட (HVDC) பரிமாற்றத்துடன் கூடிய ஸ்மார்ட் கிரிட்கள் உள்ளன. வரம்புகள் அதிக செலவுகள் (6-இன்ச் வேஃபர்கள் சிலிக்கானை விட 20–30 மடங்கு விலை அதிகம்) மற்றும் தீவிர கடினத்தன்மை காரணமாக செயலாக்க சவால்கள்.

நிரப்பு பாத்திரங்கள் மற்றும் எதிர்காலக் கண்ணோட்டம்

சபையர், சிலிக்கான் மற்றும் SiC ஆகியவை குறைக்கடத்தித் தொழிலில் ஒரு நிரப்பு அடி மூலக்கூறு சுற்றுச்சூழல் அமைப்பை உருவாக்குகின்றன. சபையர் ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, சிலிக்கான் பாரம்பரிய மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் குறைந்த-மத்திய மின் சாதனங்களை ஆதரிக்கிறது, மேலும் SiC உயர் மின்னழுத்தம், உயர்-அதிர்வெண் மற்றும் உயர்-செயல்திறன் மின் மின்னணுவியலை வழிநடத்துகிறது.

எதிர்கால மேம்பாடுகளில் ஆழமான UV LEDகள் மற்றும் மைக்ரோ-LEDகளில் சபையர் பயன்பாடுகளை விரிவுபடுத்துதல், Si-அடிப்படையிலான GaN ஹெட்டோரோஎபிடாக்ஸியை உயர் அதிர்வெண் செயல்திறனை மேம்படுத்த உதவுதல் மற்றும் மேம்பட்ட மகசூல் மற்றும் செலவுத் திறனுடன் SiC வேஃபர் உற்பத்தியை 8 அங்குலமாக அளவிடுதல் ஆகியவை அடங்கும். ஒன்றாக, இந்த பொருட்கள் 5G, AI மற்றும் மின்சார இயக்கம் முழுவதும் புதுமைகளை இயக்கி, அடுத்த தலைமுறை குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பத்தை வடிவமைக்கின்றன.