డైమండ్ - సెమీకండక్టర్స్ యొక్క భవిష్యత్తు నక్షత్రం

సైన్స్ మరియు టెక్నాలజీ యొక్క వేగవంతమైన అభివృద్ధి మరియు అధిక-పనితీరు మరియు అధిక-సామర్థ్య సెమీకండక్టర్ పరికరాలకు పెరుగుతున్న ప్రపంచ డిమాండ్‌తో, సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ గొలుసులో కీలక సాంకేతిక లింక్‌గా సెమీకండక్టర్ సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థాలు చాలా ముఖ్యమైనవి. వాటిలో, డైమండ్, సంభావ్య నాల్గవ తరం "అంతిమ సెమీకండక్టర్" పదార్థంగా, దాని అద్భుతమైన భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాల కారణంగా సెమీకండక్టర్ సబ్‌స్ట్రేట్ మెటీరియల్స్ రంగంలో క్రమంగా పరిశోధన హాట్‌స్పాట్ మరియు కొత్త మార్కెట్ ఇష్టమైనదిగా మారుతోంది.

వజ్రం యొక్క లక్షణాలు

డైమండ్ ఒక సాధారణ పరమాణు స్ఫటికం మరియు సమయోజనీయ బాండ్ క్రిస్టల్. క్రిస్టల్ నిర్మాణం మూర్తి 1(a)లో చూపబడింది. ఇది సమయోజనీయ బంధం రూపంలో ఇతర మూడు కార్బన్ అణువులతో బంధించబడిన మధ్య కార్బన్ అణువును కలిగి ఉంటుంది. మూర్తి 1(బి) అనేది యూనిట్ సెల్ స్ట్రక్చర్, ఇది డైమండ్ యొక్క మైక్రోస్కోపిక్ ఆవర్తన మరియు నిర్మాణ సౌష్టవాన్ని ప్రతిబింబిస్తుంది.

మూర్తి 1 డైమండ్ (ఎ) క్రిస్టల్ నిర్మాణం; (బి) యూనిట్ సెల్ నిర్మాణం

మూర్తి 2లో చూపిన విధంగా, ప్రత్యేకమైన భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలు మరియు మెకానిక్స్, విద్యుత్ మరియు ఆప్టిక్స్‌లో అద్భుతమైన లక్షణాలతో వజ్రం ప్రపంచంలోనే అత్యంత కఠినమైన పదార్థం: వజ్రం అతి-అధిక కాఠిన్యం మరియు దుస్తులు నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది, పదార్థాలు మరియు ఇండెంటర్‌లను కత్తిరించడానికి అనువైనది. ., మరియు రాపిడి సాధనాలలో బాగా ఉపయోగించబడుతుంది; (2) ఇప్పటి వరకు తెలిసిన సహజ పదార్ధాలలో డైమండ్ అత్యధిక ఉష్ణ వాహకత (2200W/(m·K)) కలిగి ఉంది, ఇది సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) కంటే 4 రెట్లు ఎక్కువ, సిలికాన్ (Si) కంటే 13 రెట్లు ఎక్కువ, కంటే 43 రెట్లు ఎక్కువ గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs), మరియు రాగి మరియు వెండి కంటే 4 నుండి 5 రెట్లు ఎక్కువ, మరియు అధిక-శక్తి పరికరాలలో ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది తక్కువ ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం (0.8×10-6-1.5×10) వంటి అద్భుతమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంది.^-6K^-1) మరియు అధిక సాగే మాడ్యులస్. ఇది మంచి అవకాశాలతో కూడిన అద్భుతమైన ఎలక్ట్రానిక్ ప్యాకేజింగ్ మెటీరియల్. 

రంధ్రం చలనశీలత 4500 cm2·V^-1·లు^-1, మరియు ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ 3800 cm2·V^-1·లు^-1, ఇది హై-స్పీడ్ స్విచింగ్ పరికరాలకు వర్తించేలా చేస్తుంది; బ్రేక్డౌన్ ఫీల్డ్ బలం 13MV/cm, ఇది అధిక-వోల్టేజ్ పరికరాలకు వర్తించబడుతుంది; మెరిట్ యొక్క Baliga ఫిగర్ 24664 కంటే ఎక్కువగా ఉంది, ఇది ఇతర పదార్థాల కంటే చాలా ఎక్కువ (విలువ పెద్దది, పరికరాలను మార్చడంలో ఉపయోగించే సంభావ్యత ఎక్కువ). 

పాలీక్రిస్టలైన్ డైమండ్ కూడా అలంకార ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. డైమండ్ కోటింగ్ ఫ్లాష్ ఎఫెక్ట్‌ను కలిగి ఉండటమే కాకుండా వివిధ రకాల రంగులను కలిగి ఉంటుంది. ఇది అత్యాధునిక గడియారాల తయారీలో, విలాసవంతమైన వస్తువులకు అలంకరణ పూతలు మరియు నేరుగా ఫ్యాషన్ ఉత్పత్తిగా ఉపయోగించబడుతుంది. వజ్రం యొక్క బలం మరియు కాఠిన్యం కార్నింగ్ గ్లాస్ కంటే 6 రెట్లు మరియు 10 రెట్లు ఎక్కువ, కాబట్టి ఇది మొబైల్ ఫోన్ డిస్‌ప్లేలు మరియు కెమెరా లెన్స్‌లలో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది.

మూర్తి 2 వజ్రం మరియు ఇతర సెమీకండక్టర్ పదార్థాల లక్షణాలు

వజ్రం తయారీ

డైమండ్ పెరుగుదల ప్రధానంగా HTHP పద్ధతిగా విభజించబడింది (అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక పీడన పద్ధతి) మరియుCVD పద్ధతి (రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ పద్ధతి). అధిక పీడన నిరోధకత, పెద్ద రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ, తక్కువ ధర మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత వంటి ప్రయోజనాల కారణంగా CVD పద్ధతి డైమండ్ సెమీకండక్టర్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను తయారు చేయడానికి ప్రధాన స్రవంతి పద్ధతిగా మారింది. రెండు వృద్ధి పద్ధతులు వేర్వేరు అనువర్తనాలపై దృష్టి పెడతాయి మరియు అవి భవిష్యత్తులో చాలా కాలం పాటు పరిపూరకరమైన సంబంధాన్ని చూపుతాయి.

అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక పీడన పద్ధతి (HTHP) అనేది గ్రాఫైట్ పౌడర్, మెటల్ ఉత్ప్రేరక పొడి మరియు సంకలితాలను ముడి పదార్థ సూత్రం ద్వారా పేర్కొన్న నిష్పత్తిలో కలపడం ద్వారా గ్రాఫైట్ కోర్ కాలమ్‌ను తయారు చేయడం, ఆపై గ్రాన్యులేటింగ్, స్టాటిక్ ప్రెస్సింగ్, వాక్యూమ్ రిడక్షన్, ఇన్స్పెక్షన్, బరువు మరియు ఇతర ప్రక్రియలు. గ్రాఫైట్ కోర్ కాలమ్ అప్పుడు మిశ్రమ బ్లాక్, సహాయక భాగాలు మరియు ఇతర సీల్డ్ ప్రెజర్ ట్రాన్స్‌మిషన్ మీడియాతో సమీకరించబడి, డైమండ్ సింగిల్ స్ఫటికాలను సంశ్లేషణ చేయడానికి ఉపయోగించే సింథటిక్ బ్లాక్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. ఆ తరువాత, అది వేడి మరియు ఒత్తిడి కోసం ఆరు-వైపుల టాప్ ప్రెస్లో ఉంచబడుతుంది మరియు చాలా కాలం పాటు స్థిరంగా ఉంచబడుతుంది. క్రిస్టల్ పెరుగుదల పూర్తయిన తర్వాత, వేడిని నిలిపివేసి, ఒత్తిడి విడుదల చేయబడుతుంది మరియు సింథటిక్ కాలమ్‌ను పొందేందుకు సీల్డ్ ప్రెజర్ ట్రాన్స్‌మిషన్ మీడియం తీసివేయబడుతుంది, తర్వాత దానిని శుద్ధి చేసి డైమండ్ సింగిల్ స్ఫటికాలను పొందేందుకు క్రమబద్ధీకరించబడుతుంది.

మూర్తి 3 ఆరు-వైపుల టాప్ ప్రెస్ యొక్క నిర్మాణ రేఖాచిత్రం

లోహ ఉత్ప్రేరకాలు ఉపయోగించడం వలన, పారిశ్రామిక HTHP పద్ధతి ద్వారా తయారు చేయబడిన డైమండ్ కణాలు తరచుగా కొన్ని మలినాలను మరియు లోపాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు నత్రజని చేరిక కారణంగా, అవి సాధారణంగా పసుపు రంగును కలిగి ఉంటాయి. సాంకేతికత అప్‌గ్రేడ్ తర్వాత, వజ్రాల యొక్క అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక పీడన తయారీ పెద్ద-కణాల అధిక-నాణ్యత డైమండ్ సింగిల్ స్ఫటికాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత పద్ధతిని ఉపయోగించవచ్చు, డైమండ్ ఇండస్ట్రియల్ అబ్రాసివ్ గ్రేడ్‌ను రత్న గ్రేడ్‌గా మార్చడాన్ని గ్రహించవచ్చు.

మూర్తి 4 డైమండ్ పదనిర్మాణం

రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) అనేది డైమండ్ ఫిల్మ్‌లను సంశ్లేషణ చేయడానికి అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన పద్ధతి. ప్రధాన పద్ధతులలో హాట్ ఫిలమెంట్ రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (HFCVD) మరియుమైక్రోవేవ్ ప్లాస్మా రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (MPCVD).

(1) హాట్ ఫిలమెంట్ రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ

HFCVD యొక్క ప్రాథమిక సూత్రం ఏమిటంటే, రియాక్షన్ గ్యాస్‌ను వాక్యూమ్ చాంబర్‌లో అధిక-ఉష్ణోగ్రత మెటల్ వైర్‌తో ఢీకొట్టి, వివిధ రకాల అత్యంత చురుకైన "ఛార్జ్ చేయని" సమూహాలను ఉత్పత్తి చేయడం. ఉత్పత్తి చేయబడిన కార్బన్ అణువులు నానోడైమండ్స్‌ను ఏర్పరచడానికి ఉపరితల పదార్థంపై జమ చేయబడతాయి. పరికరాలు ఆపరేట్ చేయడం సులభం, తక్కువ వృద్ధి ఖర్చు, విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు పారిశ్రామిక ఉత్పత్తిని సాధించడం సులభం. తక్కువ ఉష్ణ కుళ్ళిపోయే సామర్థ్యం మరియు ఫిలమెంట్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ నుండి తీవ్రమైన మెటల్ అణువు కాలుష్యం కారణంగా, HFCVD సాధారణంగా ధాన్యం సరిహద్దు వద్ద పెద్ద మొత్తంలో sp2 ఫేజ్ కార్బన్ మలినాలను కలిగి ఉన్న పాలీక్రిస్టలైన్ డైమండ్ ఫిల్మ్‌లను తయారు చేయడానికి మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది, కాబట్టి ఇది సాధారణంగా బూడిద-నలుపు రంగులో ఉంటుంది. .

మూర్తి 5 (a) HFCVD పరికరాల రేఖాచిత్రం, (బి) వాక్యూమ్ ఛాంబర్ నిర్మాణ రేఖాచిత్రం

(2) మైక్రోవేవ్ ప్లాస్మా రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ

MPCVD పద్ధతి నిర్దిష్ట పౌనఃపున్యం యొక్క మైక్రోవేవ్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి మాగ్నెట్రాన్ లేదా సాలిడ్-స్టేట్ సోర్స్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇవి వేవ్‌గైడ్ ద్వారా రియాక్షన్ చాంబర్‌లోకి ఫీడ్ చేయబడతాయి మరియు రియాక్షన్ ఛాంబర్ యొక్క ప్రత్యేక రేఖాగణిత కొలతల ప్రకారం ఉపరితలం పైన స్థిరంగా నిలబడి తరంగాలను ఏర్పరుస్తాయి. 

అధిక దృష్టి కేంద్రీకరించబడిన విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రం ప్రతిచర్య వాయువులు మీథేన్ మరియు హైడ్రోజన్‌లను విచ్ఛిన్నం చేసి స్థిరమైన ప్లాస్మా బంతిని ఏర్పరుస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్-రిచ్, అయాన్-రిచ్ మరియు యాక్టివ్ అటామిక్ గ్రూపులు తగిన ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద ఉపరితలంపై న్యూక్లియేట్ చేయబడతాయి మరియు పెరుగుతాయి, దీని వలన హోమోపిటాక్సియల్ పెరుగుదల నెమ్మదిగా జరుగుతుంది. HFCVDతో పోలిస్తే, ఇది హాట్ మెటల్ వైర్ బాష్పీభవనం వల్ల ఏర్పడే డైమండ్ ఫిల్మ్ కలుషితాన్ని నివారిస్తుంది మరియు నానోడైమండ్ ఫిల్మ్ స్వచ్ఛతను పెంచుతుంది. ప్రక్రియలో HFCVD కంటే ఎక్కువ ప్రతిచర్య వాయువులను ఉపయోగించవచ్చు మరియు డిపాజిట్ చేయబడిన డైమండ్ సింగిల్ స్ఫటికాలు సహజ వజ్రాల కంటే స్వచ్ఛంగా ఉంటాయి. అందువల్ల, ఆప్టికల్-గ్రేడ్ డైమండ్ పాలీక్రిస్టలైన్ విండోస్, ఎలక్ట్రానిక్-గ్రేడ్ డైమండ్ సింగిల్ క్రిస్టల్స్ మొదలైనవాటిని తయారు చేయవచ్చు.

మూర్తి 6 MPCVD యొక్క అంతర్గత నిర్మాణం

డైమండ్ అభివృద్ధి మరియు గందరగోళం

మొదటి కృత్రిమ వజ్రం 1963లో విజయవంతంగా అభివృద్ధి చేయబడినప్పటి నుండి, 60 సంవత్సరాలకు పైగా అభివృద్ధి చెందిన తర్వాత, నా దేశం ప్రపంచంలోనే కృత్రిమ వజ్రాల యొక్క అతిపెద్ద ఉత్పత్తిని కలిగి ఉన్న దేశంగా మారింది, ఇది ప్రపంచంలోని 90% కంటే ఎక్కువ. అయినప్పటికీ, చైనా యొక్క వజ్రాలు ప్రధానంగా తక్కువ-ముగింపు మరియు మధ్యస్థ-స్థాయి అప్లికేషన్ మార్కెట్‌లలో కేంద్రీకృతమై ఉన్నాయి, అవి రాపిడి గ్రౌండింగ్, ఆప్టిక్స్, మురుగునీటి శుద్ధి మరియు ఇతర రంగాలు. దేశీయ వజ్రాల అభివృద్ధి పెద్దది కానీ బలంగా లేదు, మరియు ఇది హై-ఎండ్ పరికరాలు మరియు ఎలక్ట్రానిక్-గ్రేడ్ మెటీరియల్స్ వంటి అనేక రంగాలలో ప్రతికూలంగా ఉంది. 

CVD వజ్రాల రంగంలో అకడమిక్ విజయాల పరంగా, యునైటెడ్ స్టేట్స్, జపాన్ మరియు యూరప్‌లలో పరిశోధనలు ప్రముఖ స్థానంలో ఉన్నాయి మరియు నా దేశంలో చాలా తక్కువ అసలైన పరిశోధనలు ఉన్నాయి. "13వ పంచవర్ష ప్రణాళిక" యొక్క కీలక పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి మద్దతుతో, దేశీయ స్ప్లైస్డ్ ఎపిటాక్సియల్ పెద్ద-పరిమాణ డైమండ్ సింగిల్ స్ఫటికాలు ప్రపంచంలోని ఫస్ట్-క్లాస్ స్థానానికి చేరుకున్నాయి. భిన్నమైన ఎపిటాక్సియల్ సింగిల్ స్ఫటికాల పరంగా, పరిమాణం మరియు నాణ్యతలో ఇప్పటికీ పెద్ద అంతరం ఉంది, దీనిని "14వ పంచవర్ష ప్రణాళిక"లో అధిగమించవచ్చు.

ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఉన్న పరిశోధకులు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో వజ్రాల అనువర్తనాన్ని గ్రహించడానికి మరియు ఒక మల్టీఫంక్షనల్ మెటీరియల్‌గా వజ్రాల కోసం ప్రజల అంచనాలను అందుకోవడానికి వజ్రాల పెరుగుదల, డోపింగ్ మరియు పరికరాల అసెంబ్లీపై లోతైన పరిశోధనలు చేశారు. అయినప్పటికీ, డైమండ్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ 5.4 eV వరకు ఎక్కువగా ఉంటుంది. బోరాన్ డోపింగ్ ద్వారా దీని p-రకం వాహకత సాధించవచ్చు, అయితే n-రకం వాహకతను పొందడం చాలా కష్టం. వివిధ దేశాల పరిశోధకులు నత్రజని, భాస్వరం మరియు సల్ఫర్ వంటి మలినాలను లాటిస్‌లోని కార్బన్ అణువులను భర్తీ చేసే రూపంలో సింగిల్ క్రిస్టల్ లేదా పాలీక్రిస్టలైన్ డైమండ్‌గా మార్చారు. అయినప్పటికీ, లోతైన దాత శక్తి స్థాయి లేదా మలినాలను అయనీకరణ చేయడంలో ఇబ్బంది కారణంగా, మంచి n-రకం వాహకత పొందబడలేదు, ఇది డైమండ్-ఆధారిత ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల పరిశోధన మరియు అనువర్తనాన్ని బాగా పరిమితం చేస్తుంది. 

అదే సమయంలో, పెద్ద-విస్తీర్ణంలోని సింగిల్ క్రిస్టల్ డైమండ్‌ను సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ పొరల వంటి పెద్ద పరిమాణంలో తయారు చేయడం కష్టం, ఇది డైమండ్-ఆధారిత సెమీకండక్టర్ పరికరాల అభివృద్ధిలో మరొక కష్టం. ప్రస్తుతం ఉన్న సెమీకండక్టర్ డోపింగ్ మరియు డివైస్ డెవలప్‌మెంట్ థియరీ డైమండ్ n-రకం డోపింగ్ మరియు డివైస్ అసెంబ్లీ సమస్యలను పరిష్కరించడం కష్టమని పై రెండు సమస్యలు చూపిస్తున్నాయి. ఇతర డోపింగ్ పద్ధతులు మరియు డోపాంట్‌లను వెతకడం లేదా కొత్త డోపింగ్ మరియు పరికర అభివృద్ధి సూత్రాలను అభివృద్ధి చేయడం కూడా అవసరం.

అధిక ధరలు కూడా వజ్రాల అభివృద్ధిని పరిమితం చేస్తాయి. సిలికాన్ ధరతో పోలిస్తే, సిలికాన్ కార్బైడ్ ధర సిలికాన్ కంటే 30-40 రెట్లు, గాలియం నైట్రైడ్ ధర సిలికాన్ కంటే 650-1300 రెట్లు మరియు సింథటిక్ డైమండ్ పదార్థాల ధర సిలికాన్ కంటే దాదాపు 10,000 రెట్లు. చాలా ఎక్కువ ధర వజ్రాల అభివృద్ధి మరియు అనువర్తనాన్ని పరిమితం చేస్తుంది. ఖర్చులను ఎలా తగ్గించుకోవాలనేది అభివృద్ధి సందిగ్ధతను ఛేదించడానికి ఒక ముందడుగు.

Outlook

డైమండ్ సెమీకండక్టర్స్ ప్రస్తుతం అభివృద్ధిలో ఇబ్బందులను ఎదుర్కొంటున్నప్పటికీ, తదుపరి తరం అధిక-శక్తి, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ, అధిక-ఉష్ణోగ్రత మరియు తక్కువ-శక్తి నష్టం ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను సిద్ధం చేయడానికి అవి ఇప్పటికీ అత్యంత ఆశాజనకమైన పదార్థంగా పరిగణించబడుతున్నాయి. ప్రస్తుతం, హాటెస్ట్ సెమీకండక్టర్లను సిలికాన్ కార్బైడ్ ఆక్రమించింది. సిలికాన్ కార్బైడ్ డైమండ్ యొక్క నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది, అయితే దాని పరమాణువులలో సగం కార్బన్. కాబట్టి, దీనిని సగం వజ్రంగా పరిగణించవచ్చు. సిలికాన్ కార్బైడ్ అనేది సిలికాన్ క్రిస్టల్ యుగం నుండి డైమండ్ సెమీకండక్టర్ యుగానికి పరివర్తన ఉత్పత్తి అయి ఉండాలి.

"డైమండ్స్ ఎప్పటికీ, మరియు ఒక వజ్రం శాశ్వతంగా ఉంటుంది" అనే పదబంధం డి బీర్స్ పేరును నేటికీ ప్రసిద్ధి చెందింది. డైమండ్ సెమీకండక్టర్ల కోసం, మరొక రకమైన కీర్తిని సృష్టించడానికి శాశ్వత మరియు నిరంతర అన్వేషణ అవసరం కావచ్చు.

VeTek సెమీకండక్టర్ ఒక ప్రొఫెషనల్ చైనీస్ తయారీదారుటాంటాలమ్ కార్బైడ్ పూత, సిలికాన్ కార్బైడ్ పూత, GaN ఉత్పత్తులు,ప్రత్యేక గ్రాఫైట్, సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్మరియుఇతర సెమీకండక్టర్ సిరామిక్స్. VeTek సెమీకండక్టర్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ కోసం వివిధ కోటింగ్ ఉత్పత్తుల కోసం అధునాతన పరిష్కారాలను అందించడానికి కట్టుబడి ఉంది.

మీకు ఏవైనా విచారణలు ఉంటే లేదా అదనపు వివరాలు కావాలంటే, దయచేసి మమ్మల్ని సంప్రదించడానికి సంకోచించకండి.

మాబ్/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

ఇమెయిల్: anny@veteksemi.com