डायमंड - अर्धसंवाहकांचा भविष्यातील तारा

सेमीकंडक्टर इंडस्ट्री साखळीतील एक महत्त्वाचा तांत्रिक दुवा म्हणून विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाचा वेगवान विकास आणि उच्च-कार्यक्षमता आणि उच्च-कार्यक्षमता सेमीकंडक्टर डिव्हाइसची वाढती जागतिक मागणी, सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट मटेरियल, सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट मटेरियल, वाढत्या प्रमाणात महत्त्वपूर्ण बनत आहेत. त्यापैकी, डायमंड, संभाव्य चौथ्या पिढीतील "अल्टिमेट सेमीकंडक्टर" मटेरियल म्हणून, हळूहळू एक संशोधन हॉटस्पॉट बनत आहे आणि उत्कृष्ट भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमुळे सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट सामग्रीच्या क्षेत्रात नवीन बाजारपेठेतील आवडते बनत आहे.

हिऱ्याचे गुणधर्म

डायमंड हा एक सामान्य अणु क्रिस्टल आणि सहसंयोजक बंध क्रिस्टल आहे. क्रिस्टल रचना आकृती 1(a) मध्ये दर्शविली आहे. यात सहसंयोजक बंधाच्या स्वरूपात इतर तीन कार्बन अणूंशी जोडलेले मध्यम कार्बन अणू असतात. आकृती 1(b) ही युनिट सेलची रचना आहे, जी डायमंडची सूक्ष्म आवर्त आणि संरचनात्मक सममिती प्रतिबिंबित करते.

आकृती 1 डायमंड (अ) क्रिस्टल स्ट्रक्चर; (ब) युनिट सेल रचना

आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, अद्वितीय भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांसह आणि यांत्रिकी, वीज आणि ऑप्टिक्समधील उत्कृष्ट गुणधर्मांसह हिरा जगातील सर्वात कठीण सामग्री आहे: हिऱ्यामध्ये अति-उच्च कडकपणा आणि पोशाख प्रतिरोधकता आहे, सामग्री कापण्यासाठी योग्य आणि इंडेंटर्स इ. ., आणि अपघर्षक साधनांमध्ये चांगले वापरले जाते; (2) आजपर्यंत ज्ञात असलेल्या नैसर्गिक पदार्थांमध्ये हिऱ्याची थर्मल चालकता (2200W/(m·K)) आहे, जी सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पेक्षा 4 पट जास्त आहे, सिलिकॉन (Si) पेक्षा 13 पट जास्त आहे, पेक्षा 43 पट जास्त आहे. गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs), आणि तांबे आणि चांदीपेक्षा 4 ते 5 पट जास्त आणि उच्च-शक्तीच्या उपकरणांमध्ये वापरला जातो. यात कमी थर्मल विस्तार गुणांक (0.8×10-6-1.5×10) सारखे उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत^-6K^-1) आणि उच्च लवचिक मॉड्यूलस. चांगल्या संभाव्यतेसह ही एक उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक पॅकेजिंग सामग्री आहे. 

भोक गतिशीलता 4500 cm2·V आहे^-1. एस^-1, आणि इलेक्ट्रॉन गतिशीलता 3800 cm2·V आहे^-1. एस^-1, ज्यामुळे ते हाय-स्पीड स्विचिंग डिव्हाइसेसना लागू होते; ब्रेकडाउन फील्ड स्ट्रेंथ 13MV/cm आहे, जी हाय-व्होल्टेज उपकरणांवर लागू केली जाऊ शकते; बालिगा गुणवत्तेचा आकडा 24664 इतका उच्च आहे, जो इतर सामग्रीपेक्षा खूप जास्त आहे (मूल्य जितके मोठे, डिव्हाइसेस स्विचिंगमध्ये वापरण्याची क्षमता जास्त). 

पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंडचा सजावटीचा प्रभाव देखील असतो. डायमंड कोटिंगमध्ये केवळ फ्लॅश इफेक्टच नाही तर विविध रंग देखील आहेत. हे उच्च श्रेणीतील घड्याळे, लक्झरी वस्तूंसाठी सजावटीच्या कोटिंग्ज आणि थेट फॅशन उत्पादन म्हणून वापरले जाते. हिऱ्याची ताकद आणि कडकपणा कॉर्निंग ग्लासच्या 6 पट आणि 10 पट आहे, म्हणून तो मोबाईल फोन डिस्प्ले आणि कॅमेरा लेन्समध्ये देखील वापरला जातो.

आकृती 2 डायमंड आणि इतर सेमीकंडक्टर सामग्रीचे गुणधर्म

हिराची तयारी

डायमंडची वाढ प्रामुख्याने एचटीएचपी पद्धतीमध्ये विभागली जाते (उच्च तापमान आणि उच्च दाब पद्धत) आणिCVD पद्धत (रासायनिक बाष्प जमा करण्याची पद्धत). उच्च दाब प्रतिरोधक क्षमता, मोठी रेडिओ वारंवारता, कमी किमतीत आणि उच्च तापमान प्रतिरोध यांसारख्या फायद्यांमुळे CVD पद्धत हीरा सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट्स तयार करण्यासाठी मुख्य प्रवाहातील पद्धत बनली आहे. दोन वाढीच्या पद्धती वेगवेगळ्या ऍप्लिकेशन्सवर लक्ष केंद्रित करतात आणि ते भविष्यात दीर्घकाळ पूरक संबंध दर्शवतील.

उच्च तापमान आणि उच्च दाब पद्धत (एचटीएचपी) कच्च्या मालाच्या सूत्राद्वारे निर्दिष्ट केलेल्या प्रमाणात ग्रेफाइट पावडर, मेटल कॅटॅलिस्ट पावडर आणि itive डिटिव्ह्ज आणि नंतर दाणेदार, स्थिर दाब, व्हॅक्यूम रिडक्शन, तपासणी, वजनाचे मिश्रण करून ग्रेफाइट कोर कॉलम बनविणे आहे. आणि इतर प्रक्रिया. त्यानंतर ग्रेफाइट कोअर कॉलम संमिश्र ब्लॉक, सहाय्यक भाग आणि इतर सीलबंद प्रेशर ट्रांसमिशन मीडियासह एकत्रित केले जाते जेणेकरून डायमंड सिंगल क्रिस्टल्सचे संश्लेषण करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते. त्यानंतर, हेटिंग आणि प्रेशरायझेशनसाठी सहा बाजूंनी टॉप प्रेसमध्ये ठेवली जाते आणि बराच काळ स्थिर ठेवली जाते. क्रिस्टल वाढ पूर्ण झाल्यानंतर, उष्णता थांबविली जाते आणि दबाव सोडला जातो आणि सिंटेटिक कॉलम मिळविण्यासाठी सीलबंद प्रेशर ट्रान्समिशन माध्यम काढले जाते, जे नंतर शुद्ध केले जाते आणि डायमंड सिंगल क्रिस्टल्स मिळविण्यासाठी क्रमवारी लावली जाते.

आकृती 3 सहा बाजूंनी टॉप प्रेसची रचना आकृती

धातू उत्प्रेरकांच्या वापरामुळे, औद्योगिक एचटीएचपी पद्धतीने तयार केलेल्या हिरा कणांमध्ये बर्‍याचदा काही अशुद्धता आणि दोष असतात आणि नायट्रोजनच्या जोडण्यामुळे, त्यांना सहसा पिवळा रंग असतो. तंत्रज्ञानाच्या श्रेणीसुधारणा नंतर, हिराची उच्च तापमान आणि उच्च दाब तयार करणे तापमान ग्रेडियंट पद्धतीचा वापर मोठ्या-कण उच्च-गुणवत्तेच्या डायमंड सिंगल क्रिस्टल्स तयार करण्यासाठी करू शकते, ज्यामुळे डायमंड औद्योगिक अपघर्षक ग्रेडचे रत्न ग्रेडचे रूपांतर होते.

आकृती 4 डायमंड मॉर्फोलॉजी

डायमंड फिल्म्सचे संश्लेषण करण्यासाठी रासायनिक वाफ जमा करणे (CVD) ही सर्वात लोकप्रिय पद्धत आहे. मुख्य पद्धतींमध्ये गरम फिलामेंट रासायनिक वाष्प जमा करणे (HFCVD) आणि समाविष्ट आहेमायक्रोवेव्ह प्लाझ्मा केमिकल वाष्प जमा (एमपीसीव्हीडी).

(१) गरम फिलामेंट रासायनिक वाष्प जमा

एचएफसीव्हीडीचे मूळ तत्त्व म्हणजे व्हॅक्यूम चेंबरमधील उच्च-तापमानाच्या धातूच्या तारेशी प्रतिक्रिया वायूला टक्कर देऊन विविध प्रकारचे अत्यंत सक्रिय "अनचार्ज केलेले" गट तयार करणे. व्युत्पन्न कार्बन अणू नॅनोडायमंड तयार करण्यासाठी सब्सट्रेट सामग्रीवर जमा केले जातात. उपकरणे ऑपरेट करणे सोपे आहे, कमी वाढीचा खर्च आहे, मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते आणि औद्योगिक उत्पादन साध्य करणे सोपे आहे. कमी थर्मल विघटन कार्यक्षमतेमुळे आणि फिलामेंट आणि इलेक्ट्रोडमधून गंभीर धातूच्या अणूच्या दूषिततेमुळे, HFCVD सामान्यत: केवळ पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड फिल्म तयार करण्यासाठी वापरला जातो ज्यामध्ये धान्याच्या सीमेवर मोठ्या प्रमाणात sp2 फेज कार्बन अशुद्धता असते, त्यामुळे ते सामान्यतः राखाडी-काळे असते. .

आकृती 5 (अ) एचएफसीव्हीडी उपकरणे आकृती, (बी) व्हॅक्यूम चेंबर स्ट्रक्चर डायग्राम

(२) मायक्रोवेव्ह प्लाझ्मा रासायनिक वाष्प जमा

एमपीसीव्हीडी पद्धत विशिष्ट वारंवारतेचे मायक्रोवेव्ह तयार करण्यासाठी मॅग्नेट्रॉन किंवा सॉलिड-स्टेट स्त्रोत वापरते, जे वेव्हगॉइडद्वारे प्रतिक्रिया चेंबरमध्ये दिले जाते आणि प्रतिक्रिया चेंबरच्या विशेष भूमितीय परिमाणांनुसार सब्सट्रेटच्या वर स्थिर स्थायी लाटा तयार करतात. 

अत्यंत केंद्रित इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड मिथेन आणि हायड्रोजन या प्रतिक्रिया वायूंचे येथे खंडित करून स्थिर प्लाझ्मा बॉल बनवते. इलेक्ट्रॉन-समृद्ध, आयन-समृद्ध आणि सक्रिय अणू गट योग्य तापमान आणि दाबाने सब्सट्रेटवर न्यूक्लिट होतील आणि वाढतील, ज्यामुळे होमोएपिटॅक्सियल वाढ हळूहळू होईल. HFCVD च्या तुलनेत, ते हॉट मेटल वायरच्या बाष्पीभवनामुळे होणारे डायमंड फिल्मचे प्रदूषण टाळते आणि नॅनोडायमंड फिल्मची शुद्धता वाढवते. प्रक्रियेत HFCVD पेक्षा अधिक प्रतिक्रिया वायू वापरल्या जाऊ शकतात आणि जमा केलेले डायमंड सिंगल क्रिस्टल्स नैसर्गिक हिऱ्यांपेक्षा शुद्ध असतात. त्यामुळे ऑप्टिकल-ग्रेड डायमंड पॉलीक्रिस्टलाइन खिडक्या, इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड डायमंड सिंगल क्रिस्टल्स इत्यादी तयार करता येतात.

आकृती 6 एमपीसीव्हीडीची अंतर्गत रचना

हिऱ्याचा विकास आणि कोंडी

१ 63 in63 मध्ये पहिला कृत्रिम हिरा यशस्वीरित्या विकसित झाला असल्याने, years० वर्षांहून अधिक विकासानंतर, माझा देश जगातील 90 ०% पेक्षा जास्त आहे आणि जगातील कृत्रिम हि amond ्याचे सर्वात मोठे उत्पादन असलेले देश बनले आहे. तथापि, चीनचे हिरे प्रामुख्याने कमी-अंत आणि मध्यम-अंत अनुप्रयोग बाजारात केंद्रित आहेत, जसे की अपघर्षक ग्राइंडिंग, ऑप्टिक्स, सांडपाणी उपचार आणि इतर क्षेत्र. घरगुती हि am ्यांचा विकास मोठा आहे परंतु मजबूत नाही आणि उच्च-अंत उपकरणे आणि इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सामग्रीसारख्या बर्‍याच क्षेत्रांमध्ये त्याचा गैरसोय आहे. 

CVD हिऱ्यांच्या क्षेत्रातील शैक्षणिक कामगिरीच्या बाबतीत, युनायटेड स्टेट्स, जपान आणि युरोपमधील संशोधन आघाडीवर आहे आणि माझ्या देशात तुलनेने कमी मूळ संशोधन आहेत. "13व्या पंचवार्षिक योजनेच्या" प्रमुख संशोधन आणि विकासाच्या पाठिंब्याने, देशांतर्गत कापलेल्या एपिटॅक्सियल मोठ्या आकाराच्या डायमंड सिंगल क्रिस्टल्सने जगातील प्रथम श्रेणीच्या स्थानावर झेप घेतली आहे. विषम एपिटॅक्सियल सिंगल क्रिस्टल्सच्या बाबतीत, आकार आणि गुणवत्तेत अजूनही मोठी तफावत आहे, जी "14 व्या पंचवार्षिक योजनेत" ओलांडली जाऊ शकते.

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये हिऱ्यांचा वापर लक्षात येण्यासाठी आणि बहु-कार्यात्मक सामग्री म्हणून हिऱ्यांबद्दलच्या लोकांच्या अपेक्षा पूर्ण करण्यासाठी जगभरातील संशोधकांनी हिऱ्यांची वाढ, डोपिंग आणि उपकरण असेंबली यावर सखोल संशोधन केले आहे. तथापि, डायमंडचे बँड गॅप 5.4 eV इतके जास्त आहे. त्याची p-प्रकार चालकता बोरॉन डोपिंगद्वारे प्राप्त केली जाऊ शकते, परंतु एन-प्रकार चालकता प्राप्त करणे खूप कठीण आहे. विविध देशांतील संशोधकांनी जाळीतील कार्बन अणूंच्या जागी नायट्रोजन, फॉस्फरस आणि सल्फर यांसारख्या अशुद्धता सिंगल क्रिस्टल किंवा पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंडमध्ये तयार केल्या आहेत. तथापि, दात्याच्या ऊर्जेची पातळी खोल असल्यामुळे किंवा अशुद्धतेचे आयनीकरण करण्यात अडचण असल्यामुळे, चांगली एन-प्रकार चालकता प्राप्त झाली नाही, ज्यामुळे डायमंड-आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे संशोधन आणि वापर मोठ्या प्रमाणात मर्यादित होतो. 

त्याच वेळी, सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन वेफर्स सारख्या मोठ्या प्रमाणात एकल क्रिस्टल डायमंड तयार करणे कठीण आहे, जे डायमंड-आधारित सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या विकासामध्ये आणखी एक अडचण आहे. वरील दोन समस्या दर्शवितात की विद्यमान सेमीकंडक्टर डोपिंग आणि डिव्हाइस विकास सिद्धांत डायमंड एन-टाइप डोपिंग आणि डिव्हाइस असेंबलीच्या समस्यांचे निराकरण करणे कठीण आहे. इतर डोपिंग पद्धती आणि डोपंट्स शोधणे किंवा नवीन डोपिंग आणि उपकरण विकास तत्त्वे विकसित करणे आवश्यक आहे.

अत्याधिक उच्च किंमती देखील हिऱ्यांच्या विकासावर मर्यादा घालतात. सिलिकॉनच्या किमतीच्या तुलनेत, सिलिकॉन कार्बाईडची किंमत सिलिकॉनच्या 30-40 पट आहे, गॅलियम नायट्राइडची किंमत सिलिकॉनच्या 650-1300 पट आहे आणि सिंथेटिक डायमंड सामग्रीची किंमत सिलिकॉनच्या अंदाजे 10,000 पट आहे. खूप जास्त किंमत हिऱ्यांचा विकास आणि वापर मर्यादित करते. विकासाची कोंडी फोडण्यासाठी खर्च कसा कमी करायचा हा एक महत्त्वाचा मुद्दा आहे.

आउटलुक

जरी डायमंड सेमीकंडक्टर सध्या विकासात अडचणींचा सामना करीत आहेत, तरीही पुढील पिढीला उच्च-शक्ती, उच्च-वारंवारता, उच्च-तापमान आणि कमी-शक्ती तोटा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांची तयारी करण्यासाठी सर्वात आशादायक सामग्री मानली जाते. सध्या, सर्वात लोकप्रिय अर्धसंवाहक सिलिकॉन कार्बाईडच्या ताब्यात आहेत. सिलिकॉन कार्बाईडमध्ये हिराची रचना आहे, परंतु त्यातील निम्मे अणू कार्बन आहेत. म्हणून, हा अर्धा हिरा म्हणून ओळखला जाऊ शकतो. सिलिकॉन कार्बाईड सिलिकॉन क्रिस्टल युगापासून डायमंड सेमीकंडक्टर युगापर्यंत एक संक्रमणकालीन उत्पादन असावे.

"हिरे कायमचे आहेत आणि एक हिरा कायमचा टिकतो" या वाक्यांशाने डी बिअरचे नाव आजपर्यंत प्रसिद्ध केले आहे. डायमंड सेमीकंडक्टरसाठी, आणखी एक प्रकारचे गौरव तयार करण्यासाठी कायम आणि सतत अन्वेषण आवश्यक असू शकते.

VeTek Semiconductor चा एक व्यावसायिक चीनी निर्माता आहेटँटलम कार्बाईड कोटिंग, सिलिकॉन कार्बाईड कोटिंग, गॅन उत्पादने,विशेष ग्रेफाइट, सिलिकॉन कार्बाईड सिरेमिक्सआणिइतर सेमीकंडक्टर सिरेमिक्स? सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी विविध कोटिंग उत्पादनांसाठी प्रगत उपाय प्रदान करण्यासाठी वेटेक सेमीकंडक्टर वचनबद्ध आहे.

आपल्याकडे काही चौकशी असल्यास किंवा अतिरिक्त तपशीलांची आवश्यकता असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.

Mob/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

ईमेल: any@vetekesemi.com