குறைக்கடத்தி அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் எபிடாக்ஸி: நவீன சக்தி மற்றும் RF சாதனங்களுக்குப் பின்னால் உள்ள தொழில்நுட்ப அடித்தளங்கள்

குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றங்கள் இரண்டு முக்கியமான பகுதிகளில் முன்னேற்றங்களால் பெருகிய முறையில் வரையறுக்கப்படுகின்றன:அடி மூலக்கூறுகள்மற்றும்எபிடாக்சியல் அடுக்குகள்மின்சார வாகனங்கள், 5G அடிப்படை நிலையங்கள், நுகர்வோர் மின்னணுவியல் மற்றும் ஒளியியல் தொடர்பு அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படும் மேம்பட்ட சாதனங்களின் மின்சாரம், வெப்பம் மற்றும் நம்பகத்தன்மை செயல்திறனை தீர்மானிக்க இந்த இரண்டு கூறுகளும் இணைந்து செயல்படுகின்றன.

அடி மூலக்கூறு இயற்பியல் மற்றும் படிக அடித்தளத்தை வழங்கும் அதே வேளையில், எபிடாக்சியல் அடுக்கு உயர் அதிர்வெண், உயர்-சக்தி அல்லது ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் நடத்தை வடிவமைக்கப்படும் செயல்பாட்டு மையத்தை உருவாக்குகிறது. அவற்றின் பொருந்தக்கூடிய தன்மை - படிக சீரமைப்பு, வெப்ப விரிவாக்கம் மற்றும் மின் பண்புகள் - அதிக செயல்திறன், வேகமான மாறுதல் மற்றும் அதிக ஆற்றல் சேமிப்பு கொண்ட சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு அவசியம்.

இந்தக் கட்டுரை அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன, அவை ஏன் முக்கியம், மற்றும் குறைக்கடத்தி பொருட்களின் எதிர்காலத்தை அவை எவ்வாறு வடிவமைக்கின்றன என்பதை விளக்குகிறது, எடுத்துக்காட்டாகSi, GaN, GaAs, சபையர் மற்றும் SiC.

1. என்ன ஒருகுறைக்கடத்தி அடி மூலக்கூறு?

ஒரு அடி மூலக்கூறு என்பது ஒரு சாதனம் கட்டமைக்கப்படும் ஒற்றை-படிக "தளம்" ஆகும். இது கட்டமைப்பு ஆதரவு, வெப்பச் சிதறல் மற்றும் உயர்தர எபிடாக்சியல் வளர்ச்சிக்குத் தேவையான அணு வார்ப்புருவை வழங்குகிறது.

அடி மூலக்கூறின் முக்கிய செயல்பாடுகள்

• இயந்திர ஆதரவு:செயலாக்கம் மற்றும் செயல்பாட்டின் போது சாதனம் கட்டமைப்பு ரீதியாக நிலையானதாக இருப்பதை உறுதி செய்கிறது.

• படிக வார்ப்புரு:சீரமைக்கப்பட்ட அணு லட்டுகளுடன் எபிடாக்சியல் அடுக்கை வளர வழிநடத்துகிறது, குறைபாடுகளைக் குறைக்கிறது.

• மின்சாரப் பங்கு:மின்சாரத்தை கடத்தலாம் (எ.கா., Si, SiC) அல்லது மின்கடத்தாப் பொருளாக (எ.கா., சபையர்) செயல்படலாம்.

பொதுவான அடி மூலக்கூறு பொருட்கள்

அடி மூலக்கூறுகள் எவ்வாறு தயாரிக்கப்படுகின்றன

1. பொருள் சுத்திகரிப்பு:சிலிக்கான் அல்லது பிற சேர்மங்கள் அதீத தூய்மைக்கு சுத்திகரிக்கப்படுகின்றன.

2. ஒற்றை-படிக வளர்ச்சி:

   • சோக்ரால்ஸ்கி (CZ)– சிலிக்கானுக்கு மிகவும் பொதுவான முறை.

   • மிதவை மண்டலம் (FZ)- மிக உயர்ந்த தூய்மை படிகங்களை உருவாக்குகிறது.

3. வேஃபர் வெட்டுதல் மற்றும் பாலிஷ் செய்தல்:பவுல்கள் செதில்களாக வெட்டப்பட்டு அணு மென்மைக்கு மெருகூட்டப்படுகின்றன.

4. சுத்தம் செய்தல் மற்றும் ஆய்வு செய்தல்:மாசுக்களை அகற்றுதல் மற்றும் குறைபாடு அடர்த்தியை ஆய்வு செய்தல்.

தொழில்நுட்ப சவால்கள்

சில மேம்பட்ட பொருட்கள் - குறிப்பாக SiC - மிகவும் மெதுவான படிக வளர்ச்சி (0.3–0.5 மிமீ/மணிநேரம் மட்டுமே), இறுக்கமான வெப்பநிலை கட்டுப்பாட்டு தேவைகள் மற்றும் பெரிய ஸ்லைசிங் இழப்புகள் (SiC கெர்ஃப் இழப்பு >70% ஐ அடையலாம்) காரணமாக உற்பத்தி செய்வது கடினம். இந்த சிக்கலானது மூன்றாம் தலைமுறை பொருட்கள் விலை உயர்ந்ததாக இருப்பதற்கு ஒரு காரணமாகும்.

2. எபிடாக்சியல் அடுக்கு என்றால் என்ன?

ஒரு எபிடாக்சியல் அடுக்கை வளர்ப்பது என்பது, ஒரு மெல்லிய, உயர்-தூய்மை, ஒற்றை-படிகப் படலத்தை, சரியாக சீரமைக்கப்பட்ட லட்டு நோக்குநிலையுடன் அடி மூலக்கூறில் வைப்பதாகும்.

எபிடாக்சியல் அடுக்கு தீர்மானிக்கிறதுமின் நடத்தைஇறுதி சாதனத்தின்.

எபிடாக்ஸி ஏன் முக்கியமானது?

• படிகத் தூய்மையை அதிகரிக்கிறது

• தனிப்பயனாக்கப்பட்ட ஊக்கமருந்து சுயவிவரங்களை இயக்குகிறது.

• அடி மூலக்கூறு குறைபாடு பரவலைக் குறைக்கிறது

• குவாண்டம் கிணறுகள், HEMTகள் மற்றும் சூப்பர்லேட்டீஸ்கள் போன்ற பொறிக்கப்பட்ட ஹீட்டோரோஸ்ட்ரக்சர்களை உருவாக்குகிறது.

முக்கிய எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பங்கள்

எபிடாக்ஸியில் முக்கியமான அளவுருக்கள்

• அடுக்கு தடிமன்:குவாண்டம் கிணறுகளுக்கான நானோமீட்டர்கள், மின் சாதனங்களுக்கு 100 μm வரை.

• ஊக்கமருந்து:அசுத்தங்களை துல்லியமாக அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் கேரியர் செறிவை சரிசெய்கிறது.

• இடைமுகத் தரம்:லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மையால் ஏற்படும் இடப்பெயர்வுகள் மற்றும் அழுத்தத்தைக் குறைக்க வேண்டும்.

ஹெட்டெரோபிடாக்ஸியில் உள்ள சவால்கள்

• லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை:உதாரணமாக, GaN மற்றும் சபையர் பொருத்தமின்மை ~13% ஆக உள்ளது.

• வெப்ப விரிவாக்கப் பொருத்தமின்மை:குளிர்விக்கும்போது விரிசல் ஏற்படலாம்.

• குறைபாடு கட்டுப்பாடு:தாங்கல் அடுக்குகள், தரப்படுத்தப்பட்ட அடுக்குகள் அல்லது அணுக்கரு அடுக்குகள் தேவை.

3. அடி மூலக்கூறு மற்றும் எபிடாக்ஸி எவ்வாறு இணைந்து செயல்படுகின்றன: நிஜ உலக எடுத்துக்காட்டுகள்

சபையரில் GaN LED

• நீலக்கல் மலிவானது மற்றும் மின்கடத்தா தன்மை கொண்டது.

• இடையக அடுக்குகள் (AlN அல்லது குறைந்த வெப்பநிலை GaN) லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மையைக் குறைக்கின்றன.

• பல-குவாண்டம் கிணறுகள் (InGaN/GaN) செயலில் ஒளி உமிழும் பகுதியை உருவாக்குகின்றன.

• 10⁸ செ.மீ⁻² க்கும் குறைவான குறைபாடு அடர்த்தியையும் அதிக ஒளிரும் திறனையும் அடைகிறது.

SiC பவர் MOSFET

• அதிக முறிவு திறன் கொண்ட 4H-SiC அடி மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்துகிறது.

• எபிடாக்சியல் சறுக்கல் அடுக்குகள் (10–100 μm) மின்னழுத்த மதிப்பீட்டை தீர்மானிக்கின்றன.

• சிலிக்கான் மின் சாதனங்களை விட ~90% குறைவான கடத்தல் இழப்புகளை வழங்குகிறது.

GaN-ஆன்-சிலிக்கான் RF சாதனங்கள்

• சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறுகள் செலவைக் குறைத்து CMOS உடன் ஒருங்கிணைப்பை அனுமதிக்கின்றன.

• AlN அணுக்கரு அடுக்குகள் மற்றும் பொறிக்கப்பட்ட இடையகங்கள் திரிபைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன.

• மில்லிமீட்டர்-அலை அதிர்வெண்களில் இயங்கும் 5G PA சில்லுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

4. அடி மூலக்கூறு vs. எபிடாக்ஸி: முக்கிய வேறுபாடுகள்

5. இந்த தொழில்நுட்பங்கள் எங்கு செல்கின்றன?

பெரிய வேஃபர் அளவுகள்

• Si 12-அங்குலத்திற்கு மாறுகிறது

• SiC 6-அங்குலத்திலிருந்து 8-அங்குலத்திற்கு மாறுகிறது (பெரிய செலவுக் குறைப்பு)

• பெரிய விட்டம் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் சாதன செலவைக் குறைக்கிறது

குறைந்த விலை ஹெட்டோரோஎபிடாக்ஸி

GaN-on-Si மற்றும் GaN-on-sapphire ஆகியவை விலையுயர்ந்த பூர்வீக GaN அடி மூலக்கூறுகளுக்கு மாற்றாக தொடர்ந்து ஈர்க்கப்படுகின்றன.

மேம்பட்ட வெட்டும் மற்றும் வளர்ச்சி நுட்பங்கள்

• குளிர்-பிரிப்பு வெட்டுதல் SiC கெர்ஃப் இழப்பை ~75% இலிருந்து ~50% ஆகக் குறைக்கலாம்.

• மேம்படுத்தப்பட்ட உலை வடிவமைப்புகள் SiC விளைச்சலையும் சீரான தன்மையையும் அதிகரிக்கின்றன.

ஆப்டிகல், பவர் மற்றும் RF செயல்பாடுகளின் ஒருங்கிணைப்பு

எதிர்கால ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக்ஸ் மற்றும் உயர் திறன் கொண்ட மின் மின்னணுவியல் ஆகியவற்றிற்கு அவசியமான குவாண்டம் கிணறுகள், சூப்பர்லேட்டீஸ்கள் மற்றும் வடிகட்டிய அடுக்குகளை எபிடாக்ஸி செயல்படுத்துகிறது.

முடிவுரை

நவீன குறைக்கடத்திகளின் தொழில்நுட்ப முதுகெலும்பாக அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் எபிடாக்ஸி அமைகின்றன. அடி மூலக்கூறு இயற்பியல், வெப்ப மற்றும் படிக அடித்தளத்தை அமைக்கிறது, அதே நேரத்தில் எபிடாக்சியல் அடுக்கு மேம்பட்ட சாதன செயல்திறனை செயல்படுத்தும் மின் செயல்பாடுகளை வரையறுக்கிறது.

தேவை அதிகரிக்கும் போதுஅதிக சக்தி, அதிக அதிர்வெண் மற்றும் அதிக செயல்திறன்மின்சார வாகனங்கள் முதல் தரவு மையங்கள் வரை - அமைப்புகள் இந்த இரண்டு தொழில்நுட்பங்களும் ஒன்றாக தொடர்ந்து உருவாகும். வேஃபர் அளவு, குறைபாடு கட்டுப்பாடு, ஹெட்டோரோபிடாக்ஸி மற்றும் படிக வளர்ச்சி ஆகியவற்றில் உள்ள புதுமைகள் அடுத்த தலைமுறை குறைக்கடத்தி பொருட்கள் மற்றும் சாதன கட்டமைப்புகளை வடிவமைக்கும்.