एमओसीवीडी रिएक्टरों या आरएफ ऊर्जा अनुप्रयोग के लिए 8 इंच गैएन-ऑन-सीई एपिटैक्सी सि सब्सट्रेट ((110 111 110)

8 इंच GaN-on-Si Epitaxy का सार

8-इंच की GaN-on-Si एपिटेक्सी प्रक्रिया में सिलिकॉन (Si) सब्सट्रेट पर गैलियम नाइट्राइड (GaN) परत उगाना शामिल है, जो 8 इंच व्यास का है। यह संयोजन GaN की उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता का लाभ उठाता है,थर्मल चालकता, और व्यापक बैंडगैप गुण सिलिकॉन की स्केलेबिलिटी और लागत प्रभावीता के साथ। इस संरचना का एक महत्वपूर्ण हिस्सा एपिटाक्सियल बफर परत है,जो GaN और Si के बीच जाली असंगतता और थर्मल विस्तार मतभेद का प्रबंधन करता है, GaN परत की अखंडता और प्रदर्शन सुनिश्चित करता है। यह तकनीक उच्च दक्षता वाले पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, आरएफ उपकरणों और एलईडी के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है,प्रदर्शन और लागत के बीच संतुलन प्रदान करना, और मौजूदा सिलिकॉन प्रक्रियाओं के साथ इसकी संगतता के कारण बड़े पैमाने पर अर्धचालक निर्माण में तेजी से उपयोग किया जाता है।

8 इंच के गैन-ऑन-सीई इपिटेक्सी के गुण

भौतिक गुण

1. व्यापक बैंडगैप: GaN एक चौड़ा बैंडगैप अर्धचालक है जिसकी बैंडगैप ऊर्जा 3.4 eV है। यह गुण GaN आधारित उपकरणों को उच्च वोल्टेज, तापमान,और आवृत्तियों पारंपरिक सिलिकॉन आधारित उपकरणों की तुलना मेंचौड़े बैंडगैप से उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज भी होते हैं, जिससे GaN-on-Si उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श होता है।

2. उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और संतृप्ति गति: GaN उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (आमतौर पर लगभग 2000 cm2/Vs) और एक उच्च संतृप्ति गति (~ 2.5 x 107 cm/s) प्रदर्शित करता है। ये गुण तेज स्विचिंग गति और उच्च आवृत्ति संचालन की अनुमति देते हैं,जो आरएफ उपकरणों और पावर ट्रांजिस्टर के लिए महत्वपूर्ण हैं.

3. उच्च ताप प्रवाहकता: GaN में सिलिकॉन की तुलना में बेहतर थर्मल चालकता होती है, जो कुशल गर्मी अपव्यय में मदद करती है।यह विशेष रूप से उच्च शक्ति वाले उपकरणों में महत्वपूर्ण है जहां उपकरण प्रदर्शन और विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण है.

4. उच्च महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र: GaN का महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र लगभग 3.3 MV/cm है, जो सिलिकॉन से काफी अधिक है। यह GaN उपकरणों को टूटने के बिना उच्च विद्युत क्षेत्रों को संभालने की अनुमति देता है,पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में उच्च दक्षता और शक्ति घनत्व में योगदान.

संरचनात्मक और यांत्रिक गुण

1. ग्रिटिस असंगतता और तनाव: GaN-on-Si epitaxy में चुनौतियों में से एक GaN और Si (लगभग 17%) के बीच महत्वपूर्ण जाली असंगतता है। यह असंगतता epitaxial परतों में तनाव का कारण बनती है,जिससे विस्थापन और दोष हो सकते हैंहालांकि, एपिटैक्सियल ग्रोथ तकनीक में प्रगति, जैसे बफर लेयर और तनाव प्रबंधन रणनीतियों के उपयोग ने इन मुद्दों को कम कर दिया है।उच्च गुणवत्ता वाले GaN-on-Si वेफर्स के उत्पादन की अनुमति देने के लिए.

2. वेफर को झुकाव और मोड़ना: GaN और Si के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर के कारण, थर्मल तनाव epitaxial वृद्धि प्रक्रिया के दौरान वेफर झुकाव या विकृति का कारण बन सकता है।यह यांत्रिक विरूपण डिवाइस निर्माण के बाद के चरणों को प्रभावित कर सकता हैइन प्रभावों को कम करने और वेफर्स की समतलता सुनिश्चित करने के लिए विकास की स्थितियों को नियंत्रित करना और बफर परतों को अनुकूलित करना महत्वपूर्ण है।

विद्युत और प्रदर्शन गुण

1. उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज: GaN के व्यापक बैंडगैप और उच्च महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र के संयोजन के परिणामस्वरूप उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज वाले उपकरण होते हैं। यह गुण बिजली उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है,उन्हें अधिक दक्षता और विश्वसनीयता के साथ उच्च वोल्टेज और धाराओं को संभालने में सक्षम बनाना.

2. कम प्रतिरोध: GaN-on-Si उपकरणों में आमतौर पर सिलिकॉन आधारित समकक्षों की तुलना में कम ऑन प्रतिरोध होता है। प्रतिरोध में यह कमी कम बिजली के नुकसान और उच्च दक्षता में अनुवाद करती है,विशेष रूप से पावर स्विचिंग अनुप्रयोगों में.

3. दक्षता और शक्ति घनत्व: GaN-on-Si तकनीक उच्च शक्ति घनत्व और दक्षता वाले उपकरणों के विकास की अनुमति देती है। यह विशेष रूप से पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में फायदेमंद है,जहां आकार को कम करना और प्रदर्शन में सुधार करना निरंतर चुनौतियां हैं.

लागत और मापनीयता

GaN एपिटेक्सी के लिए 8-इंच के सिलिकॉन सब्सट्रेट का उपयोग करने के प्रमुख लाभों में से एक स्केलेबिलिटी और लागत में कमी है।सिलिकॉन सब्सट्रेट व्यापक रूप से उपलब्ध हैं और अन्य सब्सट्रेट जैसे कि नीलम या सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) की तुलना में कम महंगे हैंबड़े 8-इंच के वेफर्स का उपयोग करने की क्षमता का मतलब यह भी है कि प्रति वेफर अधिक उपकरण निर्मित किए जा सकते हैं, जिससे पैमाने की अर्थव्यवस्था और कम उत्पादन लागत होती है।

8 इंच के गैएन-ऑन-सीई एपितैक्सी के अनुप्रयोग

8-इंच का गैएन-ऑन-सी (सिलिकॉन पर गैलियम नाइट्राइड) एपिटेक्सी एक परिवर्तनकारी तकनीक है जिसने विभिन्न उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण प्रगति की है।सिलिकॉन सब्सट्रेट पर GaN का एकीकरण सिलिकॉन की लागत-प्रभावशीलता और स्केलेबिलिटी के साथ GaN के बेहतर गुणों को जोड़ती हैयहाँ 8-इंच GaN-on-Si epitaxy के मुख्य अनुप्रयोग हैंः

1.पावर इलेक्ट्रॉनिक्स

• पावर ट्रांजिस्टर: GaN-on-Si का उपयोग पावर ट्रांजिस्टर जैसे हाई इलेक्ट्रॉन मोबिलिटी ट्रांजिस्टर (HEMT) और मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET) में तेजी से किया जाता है।ये ट्रांजिस्टर GaN की उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता से लाभान्वित होते हैं, उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज, और कम प्रतिरोध, उन्हें डेटा केंद्रों, इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) और नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों जैसे अनुप्रयोगों में कुशल बिजली रूपांतरण के लिए आदर्श बनाते हैं।

• पावर कन्वर्टर्सउच्च आवृत्ति स्विचिंग में GaN-on-Si का बेहतर प्रदर्शन कॉम्पैक्ट और कुशल पावर कन्वर्टर्स के विकास को सक्षम बनाता है।ये कन्वर्टर्स एसी/डीसी एडाप्टर और चार्जर से लेकर औद्योगिक बिजली आपूर्ति और फोटोवोल्टिक इन्वर्टर्स तक के अनुप्रयोगों में आवश्यक हैं.

• अक्षय ऊर्जा के लिए इन्वर्टर: GaN-on-Si इन्वर्टर का उपयोग सौर ऊर्जा प्रणालियों और पवन टरबाइनों में किया जाता है।ऊर्जा हानि को कम करते हुए उच्च आवृत्तियों और वोल्टेज पर काम करने की उनकी क्षमता से अधिक कुशल और विश्वसनीय नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन होता है.

2.रेडियो आवृत्ति (आरएफ) अनुप्रयोग

• आरएफ पावर एम्पलीफायर: आरएफ पावर एम्पलीफायरों में गाएन-ऑन-सीआई का व्यापक रूप से उपयोग उच्च दक्षता के साथ उच्च आवृत्तियों पर काम करने की क्षमता के कारण किया जाता है। ये एम्पलीफायर दूरसंचार बुनियादी ढांचे के लिए महत्वपूर्ण हैं,जिसमें 5जी बेस स्टेशन भी शामिल हैं, उपग्रह संचार और रडार प्रणाली।

• कम शोर एम्पलीफायर (LNA)आरएफ अनुप्रयोगों में, कमजोरी संकेतों को महत्वपूर्ण शोर को जोड़ने के बिना बढ़ाने के लिए, संचार प्रणालियों की संवेदनशीलता और प्रदर्शन में सुधार के लिए GaN-on-Si आधारित LNA का उपयोग किया जाता है।

• रडार और रक्षा प्रणाली: GaN-on-Si का उच्च शक्ति घनत्व और दक्षता इसे रडार और रक्षा अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है, जहां उच्च प्रदर्शन और विश्वसनीय संचालन महत्वपूर्ण हैं।

3.ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स

• प्रकाश उत्सर्जक डायोड (LED): GaN-on-Si तकनीक का उपयोग एलईडी के उत्पादन में, विशेष रूप से सामान्य प्रकाश और प्रदर्शन प्रौद्योगिकियों के लिए किया जाता है।8-इंच के वेफर्स की स्केलेबिलिटी विभिन्न उपभोक्ता और औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले उच्च चमक वाले एलईडी के लागत प्रभावी निर्माण की अनुमति देती है.

• लेजर डायोड: GaN-on-Si का उपयोग लेजर डायोड के विकास में भी किया जाता है, जिनका उपयोग ऑप्टिकल स्टोरेज, संचार और चिकित्सा उपकरणों में किया जाता है।GaN की उच्च दक्षता और सिलिकॉन की स्केलेबिलिटी का संयोजन इन उपकरणों को अधिक सुलभ और सस्ती बनाता है.

4.इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) और ऑटोमोटिव

• बोर्ड चार्जर और इन्वर्टर: GaN-on-Si उपकरण इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किए जाने वाले इनबोर्ड चार्जर और इन्वर्टर का अभिन्न अंग हैं। इन घटकों को GaN की उच्च दक्षता और कॉम्पैक्ट आकार का लाभ मिलता है,लंबी ड्राइविंग रेंज और तेज चार्जिंग समय में योगदान.

• उन्नत चालक सहायता प्रणाली (एडीएएस): उच्च आवृत्ति वाले GaN-on-Si का संचालन और दक्षता ADAS में मूल्यवान हैं, जो सुरक्षित ड्राइविंग के लिए वास्तविक समय के डेटा प्रदान करने के लिए रडार और LiDAR प्रौद्योगिकियों पर निर्भर हैं।

5.डाटा सेंटर और सर्वर

• विद्युत आपूर्ति इकाइयां (पीएसयू): GaN-on-Si तकनीक को डेटा सेंटर और सर्वर के लिए PSU में नियोजित किया जाता है, जो पारंपरिक सिलिकॉन आधारित बिजली आपूर्ति की तुलना में अधिक दक्षता और कम गर्मी उत्पादन प्रदान करता है।इससे शीतलन लागत कम होती है और समग्र ऊर्जा दक्षता में सुधार होता है.

• उच्च-कुशल ऊर्जा प्रबंधन: GaN-on-Si उपकरणों का कॉम्पैक्ट आकार और दक्षता उन्हें डेटा केंद्रों में उन्नत बिजली प्रबंधन प्रणालियों के लिए आदर्श बनाती है, जहां ऊर्जा दक्षता और विश्वसनीयता सर्वोपरि हैं।

6.उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स

• फास्ट चार्जर: GaN-on-Si का उपयोग स्मार्टफोन, लैपटॉप और अन्य पोर्टेबल उपकरणों के लिए फास्ट चार्जर में तेजी से किया जा रहा है।चार्जिंग के समय को कम करना.

• पावर एडाप्टर: कॉम्पैक्ट आकार और उच्च दक्षता वाले GaN-on-Si आधारित पावर एडाप्टर उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए पसंदीदा विकल्प बनाते हैं, जिससे अधिक पोर्टेबल और ऊर्जा कुशल चार्जिंग समाधान होते हैं।

7.दूरसंचार

• बेस स्टेशन: GaN-on-Si 5G बेस स्टेशनों में उपयोग किए जाने वाले पावर एम्पलीफायरों के लिए महत्वपूर्ण है। प्रौद्योगिकी उच्च आवृत्तियों और अधिक दक्षता का समर्थन करती है,तेजी से और अधिक विश्वसनीय संचार नेटवर्क की तैनाती को सक्षम करना.

• उपग्रह संचार: GaN-on-Si उपकरणों की उच्च शक्ति और आवृत्ति क्षमताएं उपग्रह संचार प्रणालियों में भी फायदेमंद हैं, जिससे सिग्नल की ताकत और डेटा संचरण दर में सुधार होता है।

निष्कर्ष

8-इंच के गैएन-ऑन-सीआई (GaN-on-Si) एपिटेक्सी का उपयोग पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और दूरसंचार से लेकर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और ऑटोमोटिव सिस्टम तक के उद्योगों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जाता है।उच्च प्रदर्शन के साथ लागत प्रभावी विनिर्माण को जोड़ने की इसकी क्षमता इसे अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों के लिए एक महत्वपूर्ण सक्षम बनाता है, विभिन्न उच्च मांग वाले क्षेत्रों में नवाचार को बढ़ावा देना।

8 इंच का गैन-ऑन-सी इपिटेक्सी का फोटो

प्रश्न और उत्तर

प्रश्न: सिलिकॉन की तुलना में गैलियम नाइट्राइड के क्या फायदे हैं?

A:गैलियम नाइट्राइड (GaN) अपने व्यापक बैंडगैप, उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और बेहतर थर्मल चालकता के कारण सिलिकॉन (Si) पर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है।ये गुण GaN उपकरणों को उच्च वोल्टेज पर काम करने में सक्षम बनाते हैं, तापमान और आवृत्तियों में अधिक दक्षता और तेज स्विचिंग गति के साथ। GaN में एक उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज, कम ऑन-प्रतिरोध भी है और उच्च शक्ति घनत्व को संभाल सकता है,इसे पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आदर्श बनाता है, आरएफ अनुप्रयोगों और उच्च आवृत्ति संचालन, जहां कॉम्पैक्टनेस, दक्षता और थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण हैं।