فورتھ جنریشن سیمی کنڈکٹرز گیلیم آکسائیڈ/β-Ga2O3

سیمی کنڈکٹر مواد کی پہلی نسل کو بنیادی طور پر سلکان (Si) اور جرمینیم (Ge) سے ظاہر کیا جاتا ہے، جو 1950 کی دہائی میں بڑھنا شروع ہوئے تھے۔ ابتدائی دنوں میں جرمینیم غالب تھا اور بنیادی طور پر کم وولٹیج، کم فریکوئنسی، درمیانی طاقت کے ٹرانزسٹرز اور فوٹو ڈیٹیکٹرز میں استعمال ہوتا تھا، لیکن اس کی کمزور اعلی درجہ حرارت اور تابکاری کے خلاف مزاحمت کی وجہ سے، 1960 کی دہائی کے آخر میں اسے آہستہ آہستہ سلیکون آلات نے تبدیل کر دیا تھا۔ . سلیکون اب بھی مائیکرو الیکٹرانکس کے میدان میں اپنی اعلیٰ تکنیکی پختگی اور لاگت کے فوائد کی وجہ سے اہم سیمی کنڈکٹر مواد ہے۔

سیمی کنڈکٹر مواد کی دوسری نسل میں بنیادی طور پر کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز جیسے گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) اور انڈیم فاسفائیڈ (InP) شامل ہیں، جو اعلیٰ کارکردگی والے مائیکرو ویوز، ملی میٹر لہروں، آپٹو الیکٹرانکس، سیٹلائٹ مواصلات اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ تاہم، سلیکون کے مقابلے میں، اس کی قیمت، تکنیکی پختگی، اور مادی خصوصیات نے لاگت کے لحاظ سے حساس بازاروں میں دوسری نسل کے سیمی کنڈکٹر مواد کی ترقی اور مقبولیت کو محدود کر دیا ہے۔

سیمی کنڈکٹرز کی تیسری نسل کے نمائندوں میں بنیادی طور پر شامل ہیں۔گیلیم نائٹرائڈ (GaN)اورسلکان کاربائیڈ (SiC)، اور ہر کوئی پچھلے دو سالوں میں ان دو مواد سے بہت واقف ہے۔ 1987 میں کری (بعد میں Wolfspeed کا نام تبدیل کر دیا گیا) کے ذریعہ SiC سبسٹریٹس کو کمرشلائز کیا گیا تھا، لیکن حالیہ برسوں میں ٹیسلا کی درخواست تک یہ نہیں ہوا تھا کہ سلیکون کاربائیڈ ڈیوائسز کی بڑے پیمانے پر کمرشلائزیشن کو حقیقی معنوں میں فروغ دیا گیا۔ آٹوموٹو مین ڈرائیوز سے لے کر فوٹو وولٹک انرجی سٹوریج تک صارفین کے سفید آلات تک، سلکان کاربائیڈ ہماری روزمرہ کی زندگی میں داخل ہو چکی ہے۔ GaN کی ایپلی کیشن ہمارے روزمرہ کے موبائل فونز اور کمپیوٹر چارجنگ ڈیوائسز میں بھی مقبول ہے۔ اس وقت، زیادہ تر GaN آلات <650V ہیں اور صارفین کے میدان میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ SiC کی کرسٹل ترقی کی رفتار بہت سست ہے (0.1-0.3mm فی گھنٹہ)، اور کرسٹل کی ترقی کے عمل میں اعلی تکنیکی تقاضے ہوتے ہیں۔ لاگت اور کارکردگی کے لحاظ سے، یہ سلکان پر مبنی مصنوعات کے مقابلے سے بہت دور ہے۔

چوتھی نسل کے سیمی کنڈکٹرز میں بنیادی طور پر شامل ہیں۔گیلیم آکسائیڈ (Ga2O3)، ہیرا (ہیرا)، اورایلومینیم نائٹرائڈ (AlN). ان میں سے، گیلیم آکسائیڈ کے سبسٹریٹ کو تیار کرنے میں دشواری ہیرے اور ایلومینیم نائٹرائڈ کے مقابلے میں کم ہے، اور اس کی کمرشلائزیشن کی پیش رفت سب سے تیز اور امید افزا ہے۔ Si اور تیسری نسل کے مواد کے مقابلے میں، چوتھی نسل کے سیمی کنڈکٹر مواد میں زیادہ بینڈ گیپس اور خرابی کی فیلڈ کی طاقت ہوتی ہے، اور یہ زیادہ برداشت کرنے والے وولٹیج کے ساتھ پاور ڈیوائسز فراہم کر سکتے ہیں۔

SiC پر گیلیم آکسائیڈ کا ایک فائدہ یہ ہے کہ اس کے سنگل کرسٹل کو مائع مرحلے کے طریقہ کار سے اگایا جا سکتا ہے، جیسے کہ زوکرالسکی طریقہ اور روایتی سلکان راڈ کی پیداوار کے گائیڈڈ مولڈ طریقہ۔ دونوں طریقے سب سے پہلے ہائی پیوریٹی گیلیم آکسائیڈ پاؤڈر کو ایک اریڈیم کروسیبل میں لوڈ کرتے ہیں اور پاؤڈر کو پگھلنے کے لیے اسے گرم کرتے ہیں۔

Czochralski طریقہ کرسٹل کی نشوونما شروع کرنے کے لیے پگھلنے کی سطح سے رابطہ کرنے کے لیے بیج کرسٹل کا استعمال کرتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، بیج کرسٹل کو گھمایا جاتا ہے اور یکساں کرسٹل ڈھانچے کے ساتھ ایک واحد کرسٹل راڈ حاصل کرنے کے لیے سیڈ کرسٹل کی چھڑی کو آہستہ آہستہ اٹھایا جاتا ہے۔

گائیڈڈ مولڈ کے طریقہ کار کے لیے کروسیبل کے اوپر گائیڈ مولڈ (ایریڈیم یا دیگر اعلی درجہ حرارت مزاحم مواد سے بنا) کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب گائیڈ مولڈ کو پگھلنے میں ڈوبا جاتا ہے تو، پگھل ٹیمپلیٹ اور سیفون اثر کے ذریعہ سڑنا کی اوپری سطح کی طرف متوجہ ہوتا ہے۔ پگھلنے سے سطحی تناؤ کے عمل کے تحت ایک پتلی فلم بنتی ہے اور اردگرد میں پھیل جاتی ہے۔ پگھلنے والی فلم سے رابطہ کرنے کے لیے سیڈ کرسٹل کو نیچے رکھا جاتا ہے، اور مولڈ کے اوپری حصے میں درجہ حرارت کے میلان کو کنٹرول کیا جاتا ہے تاکہ سیڈ کرسٹل کے آخری چہرے کو سیڈ کرسٹل جیسی ساخت کے ساتھ ایک ہی کرسٹل کو کرسٹل بنا دیا جائے۔ پھر سیڈ کرسٹل کو کھینچنے کے طریقہ کار کے ذریعے مسلسل اوپر کی طرف اٹھایا جاتا ہے۔ بیج کرسٹل کندھے کی رہائی اور مساوی قطر کی ترقی کے بعد پورے واحد کرسٹل کی تیاری کو مکمل کرتا ہے۔ مولڈ کے اوپری حصے کی شکل اور سائز گائیڈڈ مولڈ طریقہ سے اگائے جانے والے کرسٹل کی کراس سیکشنل شکل کا تعین کرتے ہیں۔