ڈائمنڈ - سیمی کنڈکٹرز کا مستقبل کا ستارہ

سائنس اور ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی اور اعلیٰ کارکردگی اور اعلیٰ کارکردگی والے سیمی کنڈکٹر آلات کی بڑھتی ہوئی عالمی مانگ کے ساتھ، سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ مواد، سیمی کنڈکٹر انڈسٹری چین میں ایک کلیدی تکنیکی لنک کے طور پر، تیزی سے اہم ہوتا جا رہا ہے۔ ان میں سے، ہیرا، ایک ممکنہ چوتھی نسل کے "حتمی سیمی کنڈکٹر" مواد کے طور پر، اپنی بہترین طبعی اور کیمیائی خصوصیات کی وجہ سے دھیرے دھیرے ایک ریسرچ ہاٹ سپاٹ اور سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ میٹریل کے میدان میں ایک نیا مارکیٹ پسندیدہ بن رہا ہے۔

ہیرے کی خصوصیات

ڈائمنڈ ایک عام جوہری کرسٹل اور ہم آہنگی بانڈ کرسٹل ہے۔ کرسٹل کا ڈھانچہ شکل 1(a) میں دکھایا گیا ہے۔ یہ درمیانی کاربن ایٹم پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک ہم آہنگی بانڈ کی شکل میں دوسرے تین کاربن ایٹموں سے منسلک ہوتا ہے۔ شکل 1(b) یونٹ سیل کا ڈھانچہ ہے، جو ہیرے کی خوردبینی مدت اور ساختی توازن کو ظاہر کرتا ہے۔

چترا 1 ڈائمنڈ (ا) کرسٹل ڈھانچہ ؛ (b) یونٹ سیل ڈھانچہ

ہیرا دنیا کا سب سے مشکل مواد ہے، جس میں منفرد طبعی اور کیمیائی خصوصیات ہیں، اور میکانکس، بجلی اور آپٹکس میں بہترین خصوصیات ہیں، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے: ہیرے میں انتہائی سختی اور پہننے کی مزاحمت ہوتی ہے، جو مواد اور انڈینٹرز وغیرہ کو کاٹنے کے لیے موزوں ہے۔ .، اور کھرچنے والے اوزار میں اچھی طرح سے استعمال کیا جاتا ہے؛ (2) ڈائمنڈ میں قدرتی مادوں میں سب سے زیادہ تھرمل چالکتا (2200W/(M · K)) ہے جو آج تک جانا جاتا ہے ، جو سلیکن کاربائڈ (SIC) سے 4 گنا زیادہ ہے ، جو سلیکن (SI) سے 13 گنا زیادہ ہے ، جو 43 گنا سے زیادہ ہے۔ گیلیم آرسنائڈ (GAAs) ، اور تانبے اور چاندی سے 4 سے 5 گنا زیادہ ، اور اعلی طاقت والے آلات میں استعمال ہوتا ہے۔ اس میں عمدہ خصوصیات ہیں جیسے کم تھرمل توسیع گتانک (0.8 × 10-6-1.5 × 10^-6K^-1) اور اعلی لچکدار ماڈیولس۔ یہ اچھے امکانات کے ساتھ ایک بہترین الیکٹرانک پیکیجنگ مواد ہے۔ 

سوراخ کی نقل و حرکت 4500 سینٹی میٹر 2 · V ہے^-1· s^-1، اور الیکٹران کی نقل و حرکت 3800 cm2·V ہے۔^-1· s^-1، جو تیز رفتار سوئچنگ ڈیوائسز پر لاگو ہوتا ہے۔ خرابی کی فیلڈ کی طاقت 13MV/سینٹی میٹر ہے ، جو اعلی وولٹیج ڈیوائسز پر لاگو ہوسکتی ہے۔ میرٹ کا بالیگا اعداد و شمار 24664 تک زیادہ ہے ، جو دوسرے مواد سے کہیں زیادہ ہے (قدر کی قدر ، سوئچنگ ڈیوائسز میں استعمال کرنے کی صلاحیت زیادہ ہے)۔ 

پولی کرسٹل لائن ہیرے کا بھی آرائشی اثر ہوتا ہے۔ ہیرے کی کوٹنگ نہ صرف فلیش اثر رکھتی ہے بلکہ اس میں مختلف رنگ بھی ہوتے ہیں۔ یہ اعلیٰ درجے کی گھڑیوں کی تیاری، عیش و آرام کی اشیاء کے لیے آرائشی کوٹنگز اور براہ راست فیشن کی مصنوعات کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ ہیرے کی مضبوطی اور سختی کارننگ گلاس سے 6 گنا اور 10 گنا زیادہ ہے، اس لیے اسے موبائل فون کے ڈسپلے اور کیمرے کے لینز میں بھی استعمال کیا جاتا ہے۔

شکل 2 ہیرے اور دیگر سیمی کنڈکٹر مواد کی خصوصیات

ہیرے کی تیاری

ہیرے کی نمو بنیادی طور پر HTHP کے طریقہ کار (اعلی درجہ حرارت اور اعلی دباؤ کے طریقہ کار) میں تقسیم کی گئی ہے اورسی وی ڈی کا طریقہ (کیمیائی بخارات جمع کرنے کا طریقہ). CVD طریقہ اپنے فوائد جیسے ہائی پریشر مزاحمت، بڑی ریڈیو فریکوئنسی، کم قیمت، اور اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کی وجہ سے ڈائمنڈ سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹس کی تیاری کے لیے مرکزی دھارے کا طریقہ بن گیا ہے۔ ترقی کے دو طریقے مختلف ایپلی کیشنز پر توجہ مرکوز کرتے ہیں، اور وہ مستقبل میں ایک طویل عرصے تک ایک تکمیلی تعلق ظاہر کریں گے۔

ہائی ٹمپریچر اور ہائی پریشر کا طریقہ (HTHP) یہ ہے کہ گریفائٹ پاؤڈر، میٹل کیٹیلیسٹ پاؤڈر اور ایڈیٹیو کو خام مال کے فارمولے کے مطابق تناسب میں ملا کر گریفائٹ کور کالم بنانا، اور پھر گرانولیٹ، سٹیٹک پریسنگ، ویکیوم میں کمی، معائنہ، وزن اور دیگر عمل. اس کے بعد گریفائٹ کور کالم کو کمپوزٹ بلاک، معاون پرزہ جات اور دیگر سیل شدہ پریشر ٹرانسمیشن میڈیا کے ساتھ اکٹھا کیا جاتا ہے تاکہ ایک مصنوعی بلاک بنایا جا سکے جسے ڈائمنڈ سنگل کرسٹل کی ترکیب کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے بعد، اسے گرم کرنے اور دباؤ ڈالنے کے لیے چھ رخا ٹاپ پریس میں رکھا جاتا ہے اور طویل عرصے تک مسلسل رکھا جاتا ہے۔ کرسٹل کی ترقی مکمل ہونے کے بعد، گرمی کو روک دیا جاتا ہے اور دباؤ جاری کیا جاتا ہے، اور سیل شدہ پریشر ٹرانسمیشن میڈیم کو مصنوعی کالم حاصل کرنے کے لئے ہٹا دیا جاتا ہے، جس کے بعد ہیرے کے سنگل کرسٹل حاصل کرنے کے لئے صاف اور ترتیب دیا جاتا ہے.

چترا 3 چھ رخا ٹاپ پریس کا ڈھانچہ ڈایاگرام

دھاتی کیٹیلسٹس کے استعمال کی وجہ سے ، صنعتی ایچ ٹی ایچ پی کے طریقہ کار کے ذریعہ تیار کردہ ہیرے کے ذرات میں اکثر کچھ نجاست اور نقائص ہوتے ہیں ، اور نائٹروجن کے اضافے کی وجہ سے ، ان میں عام طور پر پیلے رنگ کا رنگ ہوتا ہے۔ ٹکنالوجی کو اپ گریڈ کرنے کے بعد ، ہیروں کی اعلی درجہ حرارت اور اعلی دباؤ کی تیاری درجہ حرارت کے تدریجی طریقہ کو بڑے ذخیرے کے اعلی معیار کے ڈائمنڈ سنگل کرسٹل تیار کرنے کے لئے استعمال کرسکتی ہے ، جس سے ڈائمنڈ صنعتی کھردرا گریڈ کی تبدیلی کو جی ای ایم گریڈ میں تبدیل کیا جاسکتا ہے۔

شکل 4 ڈائمنڈ مورفولوجی

کیمیائی بخارات جمع (سی وی ڈی) ہیرے کی فلموں کی ترکیب کے لئے سب سے مشہور طریقہ ہے۔ اہم طریقوں میں گرم ، شہوت انگیز فلیمینٹ کیمیائی بخار جمع (HFCVD) اور شامل ہیںمائکروویو پلازما کیمیائی بخارات جمع (MPCVD).

(1) گرم فلیمینٹ کیمیائی بخارات جمع

ایچ ایف سی وی ڈی کا بنیادی اصول یہ ہے کہ ایک ویکیوم چیمبر میں اعلی درجہ حرارت کے دھات کے تار سے رد عمل گیس کو ٹکرایا جائے تاکہ متعدد قسم کے انتہائی فعال "غیرضروری" گروہوں کو پیدا کیا جاسکے۔ پیدا شدہ کاربن ایٹم نینوڈیمنڈس بنانے کے لئے سبسٹریٹ مواد پر جمع کیے جاتے ہیں۔ سامان چلانے کے لئے آسان ہے ، اس کی شرح کم لاگت ہے ، وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے ، اور صنعتی پیداوار کو حاصل کرنا آسان ہے۔ کم تھرمل سڑن کی کارکردگی اور تنت اور الیکٹروڈ سے سنجیدہ دھات کے ایٹم آلودگی کی وجہ سے ، HFCVD عام طور پر صرف پولی کرسٹل لائن ڈائمنڈ فلموں کو تیار کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے جس میں اناج کی حدود میں ایس پی 2 فیز کاربن کی نجاست کی ایک بڑی مقدار ہوتی ہے ، لہذا یہ عام طور پر بھوری رنگ کی کھجلی ہے۔ .

شکل 5 (a) HFCVD آلات کا خاکہ، (b) ویکیوم چیمبر کی ساخت کا خاکہ

(2) مائکروویو پلازما کیمیائی بخارات کا ذخیرہ

MPCVD طریقہ مخصوص فریکوئنسی کی مائیکرو ویوز پیدا کرنے کے لیے میگنیٹرون یا سالڈ اسٹیٹ سورس کا استعمال کرتا ہے، جنہیں ویو گائیڈ کے ذریعے ری ایکشن چیمبر میں کھلایا جاتا ہے، اور ری ایکشن چیمبر کے خصوصی جیومیٹرک ڈائمینشنز کے مطابق سبسٹریٹ کے اوپر مستحکم کھڑی لہریں بنتی ہیں۔ 

انتہائی مرکوز برقی مقناطیسی فیلڈ ایک مستحکم پلازما بال بنانے کے لئے یہاں رد عمل گیسوں کے میتھین اور ہائیڈروجن کو توڑ دیتا ہے۔ الیکٹران سے مالا مال ، آئن سے مالا مال ، اور فعال جوہری گروہ مناسب درجہ حرارت اور دباؤ پر سبسٹریٹ پر نیوکلیٹ اور ترقی کریں گے ، جس سے ہمیوپیٹیکسیل نمو آہستہ آہستہ ہوگی۔ ایچ ایف سی وی ڈی کے مقابلے میں ، یہ ہاٹ میٹل تار بخارات کی وجہ سے ہیرا فلم کی آلودگی سے گریز کرتا ہے اور نانوڈیمنڈ فلم کی پاکیزگی کو بڑھاتا ہے۔ HFCVD کے مقابلے میں اس عمل میں زیادہ رد عمل کی گیسیں استعمال کی جاسکتی ہیں ، اور جمع شدہ ڈائمنڈ سنگل کرسٹل قدرتی ہیروں سے زیادہ خالص ہیں۔ لہذا ، آپٹیکل گریڈ ڈائمنڈ پولی کرسٹل لائن ونڈوز ، الیکٹرانک گریڈ ڈائمنڈ سنگل کرسٹل وغیرہ تیار کیے جاسکتے ہیں۔

چترا 6 MPCVD کی داخلی ڈھانچہ

ہیرے کی ترقی اور مخمصہ

چونکہ پہلا مصنوعی ہیرا کامیابی کے ساتھ 1963 میں تیار کیا گیا تھا ، 60 سال سے زیادہ کی ترقی کے بعد ، میرا ملک دنیا میں مصنوعی ہیرا کی سب سے بڑی پیداوار کے ساتھ ملک بن گیا ہے ، جس کی وجہ سے دنیا کا 90 فیصد سے زیادہ حصہ ہے۔ تاہم ، چین کے ہیرے بنیادی طور پر کم آخر اور درمیانے درجے کے ایپلی کیشن مارکیٹوں میں مرکوز ہیں ، جیسے کھرچنے والی پیسنے ، آپٹکس ، سیوریج ٹریٹمنٹ اور دیگر شعبوں میں۔ گھریلو ہیروں کی نشوونما بڑی ہے لیکن مضبوط نہیں ہے ، اور یہ بہت سے شعبوں جیسے اعلی کے آخر میں سازوسامان اور الیکٹرانک گریڈ مواد میں نقصان ہے۔ 

سی وی ڈی ہیروں کے میدان میں تعلیمی کامیابیوں کے لحاظ سے ، ریاستہائے متحدہ ، جاپان اور یورپ میں تحقیق ایک اہم مقام پر ہے ، اور میرے ملک میں نسبتا few بہت کم اصل تحقیق ہے۔ "13 ویں پانچ سالہ منصوبے" کی کلیدی تحقیق اور ترقی کی حمایت کے ساتھ ، گھریلو سپلائیڈ ایپیٹیکسیئل بڑے سائز کے ہیرے کے سنگل کرسٹل نے دنیا کی پہلی جماعت کی پوزیشن پر چھلانگ لگائی ہے۔ متضاد ایپیٹیکسیل سنگل کرسٹل کے لحاظ سے ، ابھی بھی سائز اور معیار میں ایک بہت بڑا فرق موجود ہے ، جو "14 ویں پانچ سالہ منصوبے" میں آگے بڑھ سکتا ہے۔

اوپٹ الیکٹرانک آلات میں ہیروں کے اطلاق کا ادراک کرنے اور ایک کثیر مواد کے طور پر ہیروں کی توقعات کو پورا کرنے کے لئے پوری دنیا کے محققین نے ہیروں کی نمو ، ڈوپنگ ، اور ڈیوائس اسمبلی کے بارے میں گہرائی سے تحقیق کی ہے۔ تاہم ، ہیرے کا بینڈ گیپ 5.4 eV تک زیادہ ہے۔ اس کی پی قسم کی چالکتا بوران ڈوپنگ کے ذریعہ حاصل کی جاسکتی ہے ، لیکن این قسم کی چالکتا کو حاصل کرنا بہت مشکل ہے۔ مختلف ممالک کے محققین نے جالی میں کاربن ایٹموں کی جگہ لینے کی شکل میں نائٹروجن ، فاسفورس ، اور سلفر جیسی نجاستوں کو سنگل کرسٹل یا پولی کرسٹل لائن ہیرا میں ڈوپ کیا ہے۔ تاہم ، گہری ڈونر توانائی کی سطح یا نجاستوں کی آئنائزیشن میں دشواری کی وجہ سے ، اچھی این قسم کی چالکتا حاصل نہیں کی گئی ہے ، جو ہیرے پر مبنی الیکٹرانک آلات کی تحقیق اور اطلاق کو بہت حد تک محدود کرتی ہے۔ 

ایک ہی وقت میں ، بڑے علاقے کے سنگل کرسٹل ہیرے کو بڑی مقدار میں تیار کرنا مشکل ہے جیسے سنگل کرسٹل سلیکن ویفرز ، جو ہیرے پر مبنی سیمیکمڈکٹر آلات کی ترقی میں ایک اور مشکل ہے۔ مذکورہ بالا دو مسائل سے پتہ چلتا ہے کہ موجودہ سیمیکمڈکٹر ڈوپنگ اور ڈیوائس ڈویلپمنٹ تھیوری ڈائمنڈ این قسم کے ڈوپنگ اور ڈیوائس اسمبلی کے مسائل کو حل کرنا مشکل ہے۔ یہ ضروری ہے کہ دوسرے ڈوپنگ طریقوں اور ڈوپینٹس کو تلاش کریں ، یا یہاں تک کہ نئے ڈوپنگ اور ڈیوائس ڈویلپمنٹ اصول تیار کریں۔

ضرورت سے زیادہ قیمتیں بھی ہیروں کی ترقی کو محدود کرتی ہیں۔ سلیکان کی قیمت کے مقابلے میں، سلکان کاربائیڈ کی قیمت سلکان کی قیمت سے 30-40 گنا ہے، گیلیم نائٹرائڈ کی قیمت سلیکان سے 650-1300 گنا ہے، اور مصنوعی ہیرے کے مواد کی قیمت سلکان سے تقریباً 10,000 گنا زیادہ ہے۔ بہت زیادہ قیمت ہیروں کی نشوونما اور استعمال کو محدود کرتی ہے۔ ترقیاتی مخمصے کو توڑنے کے لیے اخراجات کو کیسے کم کیا جائے ایک اہم نکتہ ہے۔

آؤٹ لک

اگرچہ ہیرے کے سیمی کنڈکٹرز کو اس وقت ترقی میں مشکلات کا سامنا ہے، لیکن وہ اب بھی اگلی نسل کی ہائی پاور، ہائی فریکوئنسی، ہائی ٹمپریچر اور کم پاور سے محروم الیکٹرانک آلات کی تیاری کے لیے سب سے زیادہ امید افزا مواد تصور کیے جاتے ہیں۔ فی الحال، سب سے زیادہ گرم سیمی کنڈکٹرز سلکان کاربائیڈ کے زیر قبضہ ہیں۔ سلیکون کاربائیڈ کی ساخت ہیرے کی ہے، لیکن اس کے نصف ایٹم کاربن ہیں۔ اس لیے اسے آدھا ہیرا سمجھا جا سکتا ہے۔ سلکان کاربائیڈ کو سلکان کرسٹل دور سے ہیرے کے سیمی کنڈکٹر دور تک ایک عبوری مصنوعہ ہونا چاہیے۔

"ہیرے ہمیشہ کے لیے ہیں، اور ایک ہیرا ہمیشہ کے لیے رہتا ہے" کے جملے نے ڈی بیئرز کا نام آج تک مشہور کر دیا ہے۔ ہیرے کے سیمی کنڈکٹرز کے لیے، ایک اور قسم کی شان پیدا کرنے کے لیے مستقل اور مسلسل تلاش کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔

VeTek سیمی کنڈکٹر ایک پیشہ ور چینی صنعت کار ہے۔ٹینٹلم کاربائڈ کوٹنگ, سلیکن کاربائیڈ کوٹنگ، گان مصنوعات ،خصوصی گریفائٹ, سلیکن کاربائیڈ سیرامکساوردیگر سیمیکمڈکٹر سیرامکس. VeTek Semiconductor سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے لیے مختلف کوٹنگ مصنوعات کے لیے جدید حل فراہم کرنے کے لیے پرعزم ہے۔

اگر آپ کے پاس کوئی پوچھ گچھ ہے یا آپ کو اضافی تفصیلات کی ضرورت ہے تو ، براہ کرم ہم سے رابطہ کرنے میں سنکوچ نہ کریں۔

موب/واٹس ایپ: +86-180 6922 0752

ای میل: any@veteksemi.com