সিলিকন ভিত্তিক ইলেকট্রনিক্সের সীমানা ঠেকানোর জন্য নতুন উপাদান

21 শে জানুয়ারী, 2019, ফলিত সলিড স্টেট ফিজিক্স আইএএফ-এর ফ্রেণহোফার ইনস্টিটিউট

ফ্রেউনহোফার আইএএফ গাএন এর উপর ভিত্তি করে বৈদ্যুতিন উপাদান এবং সিস্টেমগুলি বিকাশ করে। চিত্রটি একটি প্রক্রিয়াজাত গাএন ওয়েফার দেখায়। ক্রেডিট: অ্যাপ্লাইড সলিড স্টেট ফিজিক্স আইএএফের ফ্রেউনহোফার ইনস্টিটিউট

ইলেকট্রনিক্সের বাজার ক্রমাগত বৃদ্ধি পাচ্ছে এবং তেমনি ক্রমবর্ধমান কমপ্যাক্ট এবং দক্ষ শক্তি বৈদ্যুতিন সিস্টেমগুলির চাহিদাও রয়েছে। সিলিকনের উপর ভিত্তি করে প্রধান ইলেকট্রনিক উপাদানগুলি অদূর ভবিষ্যতে আর ক্রমবর্ধমান শিল্প প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে সক্ষম হবে না। এ কারণেই ফ্রাইবার্গ বিশ্ববিদ্যালয়, সাসটেইনেবিলিটি সেন্টার ফ্রেইবার্গ এবং ফ্রেউনহোফার-জেসেলস্যাফ্টের বিজ্ঞানীরা একটি নতুন উপাদান কাঠামো আবিষ্কার করতে যাতে বাহ্যিক পাওয়ার ইলেক্ট্রনিক্সের জন্য আরও উপযুক্ত উপযুক্ত হতে পারে সেই বাহিনীতে যোগদান করেছেন।

সম্প্রতি চালু হওয়া প্রকল্প "এনার্জি এফিশিয়েন্ট পাওয়ার ইলেক্ট্রনিক্সের জন্য ফাংশনাল সেমিকন্ডাক্টর স্ট্রাকচারস গবেষণা" (সংক্ষেপে "পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স 2020+") উপন্যাসটি সেমিকন্ডাক্টর মেটাল স্ক্যানডিয়াম অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (ScAlN) নিয়ে গবেষণা করেছে। ফ্রেবুর্গ বিশ্ববিদ্যালয়ের সাসটেইনেবল সিস্টেম ইঞ্জিনিয়ারিং (আইএনএটিএসিএইচ) বিভাগের ফ্রেউনহোফার আইএএফ-এর পরিচালক এবং পাওয়ার ইলেক্ট্রনিক্সের অধ্যাপক ড। অলিভার অম্বাচার সুপ্রা-আঞ্চলিক সহযোগিতার সমন্বয় সাধন করেন।

তিনটি মূল কারণ বৈদ্যুতিন বাজারের শক্তিশালী বৃদ্ধির জন্য দায়ী : শিল্পের অটোমেশন এবং ডিজিটালাইজেশনের পাশাপাশি পরিবেশগত দায়বদ্ধতা এবং টেকসই প্রক্রিয়াগুলির ক্রমবর্ধমান সচেতনতা। বৈদ্যুতিন সিস্টেমগুলি আরও বেশি শক্তি- এবং রিসোর্স-দক্ষ হয়ে ওঠে একই সময়ে তারা আরও শক্তিশালী হয়ে উঠলে কেবল বিদ্যুৎ ব্যবহার হ্রাস করা যায়।

আপ টু ডেট, সিলিকন ইলেকট্রনিক্স শিল্পে আধিপত্য বিস্তার করে। এর তুলনামূলকভাবে স্বল্প ব্যয় এবং প্রায় নিখুঁত স্ফটিক কাঠামোর সাথে সিলিকন একটি বিশেষভাবে সফল অর্ধপরিবাহী উপাদান হয়ে উঠেছে, কারণ এর ব্যান্ডগ্যাপটি একটি ভাল চার্জ ক্যারিয়ারের ঘনত্ব এবং বেগ উভয়ই পাশাপাশি একটি ভাল ডাইলেট্রিক জন্য শক্তি দেয়। তবে সিলিকন ইলেকট্রনিক্স ধীরে ধীরে তার শারীরিক সীমাতে পৌঁছে যায়। বিশেষত প্রয়োজনীয় পাওয়ার ঘনত্ব এবং কমপ্যাক্টনেস সম্পর্কে, সিলিকন পাওয়ার বৈদ্যুতিন উপাদানগুলি অপর্যাপ্ত।

আরও শক্তি এবং দক্ষতার জন্য উদ্ভাবনী উপাদান রচনা

সিলিকন প্রযুক্তির সীমাবদ্ধতা ইতিমধ্যে শক্তি ইলেকট্রনিক্সে অর্ধপরিবাহী হিসাবে গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (গাএন) ব্যবহার করে কাটিয়ে উঠেছে। সিলিকনের তুলনায় উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ তাপমাত্রা এবং দ্রুত স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সিগুলির পরিস্থিতিতে গাএন আরও ভাল সম্পাদন করে । এটি উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চতর শক্তি দক্ষতার সাথে একসাথে চলে যায় - অসংখ্য শক্তি গ্রহণকারী অ্যাপ্লিকেশনগুলির সাথে, এর অর্থ শক্তি ব্যবহারে উল্লেখযোগ্য হ্রাস। ফ্রেউনহোফার আইএএফ বহু বছর ধরে ইলেকট্রনিক উপাদান এবং সিস্টেমগুলির জন্য অর্ধপরিবাহী উপাদান হিসাবে গাএনকে গবেষণা করে আসছে। শিল্প অংশীদারদের সহায়তায়, এই গবেষণা কাজের ফলাফল ইতিমধ্যে বাণিজ্যিক ব্যবহারে ফেলে দেওয়া হয়েছে। "পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স 2020+" প্রকল্পের বিজ্ঞানীরা আরও প্রজন্মের পরবর্তী প্রজন্মের বৈদ্যুতিন সিস্টেমগুলির শক্তি দক্ষতা এবং স্থায়িত্ব বাড়ানোর লক্ষ্যে আরও এগিয়ে যাবে । এই উদ্দেশ্যে, একটি পৃথক এবং অভিনব উপাদান ব্যবহার করা হবে: স্ক্যান্ডিয়াম অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (ScAlN)।

ফ্রেউনহোফার আইএএফ-এর গবেষকদের একটি দল বহু বছর ধরে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ফিল্টার ব্যবহারের জন্য ScAlN এর পাইজোইলেক্ট্রিক বৈশিষ্ট্যে কাজ করে। ছবিটি একটি ওয়েফারে এই জাতীয় ডিভাইসের বৈশিষ্ট্য দেখায়। ক্রেডিট: অ্যাপ্লাইড সলিড স্টেট ফিজিক্স আইএএফের ফ্রেউনহোফার ইনস্টিটিউট

ScAlN হ'ল পাইজোইলেক্ট্রিক অর্ধপরিবাহী উপাদান যা একটি উচ্চতর ডাইলেট্রিক শক্তি রয়েছে যা মাইক্রো ইলেক্ট্রনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে এর ব্যবহারযোগ্যতা বিবেচনা করে বিশ্বব্যাপী অনাবিষ্কৃত। "স্ক্যানডিয়াম অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড যেহেতু বৈদ্যুতিন উপাদানগুলির জন্য বৈদ্যুতিন উপাদানগুলির জন্য বিশেষত ভাল উপযুক্ত তা ইতিমধ্যে প্রমাণিত হয়েছে," ডাঃ-ইনগ ব্যাখ্যা করেছেন। মাইকেল মিকুল্লা, ফ্রেউনহোফার আইএএফ-র প্রজেক্ট ম্যানেজার। প্রকল্পের লক্ষ্য হ'ল একটি গাএন স্তরে জালির সাথে মিলে যাওয়া স্কএএলএন বৃদ্ধি করা এবং উচ্চতর বহন ক্ষমতা সহ ট্রানজিস্টরগুলিকে প্রক্রিয়াজাত করতে ফলাফল হিটারোস্ট্রাকচারগুলি ব্যবহার করা। "স্ক্যান্ডিয়াম অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের মতো বৃহত ব্যান্ডগ্যাপের সাথে উপকরণের ভিত্তিতে কার্যকরী অর্ধপরিবাহী কাঠামো খুব উচ্চ ভোল্টেজ এবং স্রোতযুক্ত ট্রানজিস্টরকে অনুমতি দেয় allow এই ডিভাইসগুলি চিপ পৃষ্ঠের উপরে উচ্চতর পাওয়ার ঘনত্বের পাশাপাশি উচ্চতর স্যুইচিং গতি এবং উচ্চতর অপারেটিংয়ে পৌঁছে যায় তাপমাত্রা This এটি নিম্ন স্যুইচিং ক্ষয়, উচ্চ শক্তি দক্ষতা এবং আরও কমপ্যাক্ট সিস্টেমের সমার্থক, "ফ্রেউনহোফার আইএএফ-এর পরিচালক অধ্যাপক ড। অলিভার অ্যামাবাচার যুক্ত করেন। " ম্যাকুল্লা বলেছেন, " গাএন এবং এসএএলএন উভয় উপকরণকে একত্রিত করে আমরা আমাদের ডিভাইসের সর্বাধিক সম্ভব আউটপুট শক্তি দ্বিগুণ করতে চাই এবং একই সাথে শক্তির চাহিদাও উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করতে চাই। "

পদার্থ গবেষণা অগ্রগামী কাজ

প্রকল্পের বৃহত্তম চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে একটি হ'ল স্ফটিক বৃদ্ধি, বিবেচনা করে যে এই উপাদানটির জন্য কোনও বৃদ্ধির রেসিপি বা অভিজ্ঞতামূলক মূল্যবোধের অস্তিত্ব নেই, তবুও। প্রজননযোগ্য ফলাফল পৌঁছাতে এবং পাওয়ার ইলেকট্রনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সফলভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে এমন স্তর কাঠামো তৈরি করতে প্রকল্প দলের পরবর্তী মাসগুলিতে এগুলি বিকাশ করা উচিত।

গবেষণা প্রকল্পটি ফ্রেইবর্গ বিশ্ববিদ্যালয়, ফলানডোফার ইনস্টিটিউট ফর অ্যাপ্লাইড সলিড স্টেট ফিজিক্স আইএএফ, সাসটেইনেবিলিটি সেন্টার ফ্রেইবার্গের পাশাপাশি ফ্রেঞ্জহোফার ইনস্টিটিউট ফর ইন্টিগ্রেটেড সিস্টেমস এবং ডিভাইস টেকনোলজি আইআইএসবির মধ্যে এরলানজেনের মধ্যে ঘনিষ্ঠ সহযোগিতায় পরিচালিত হবে। এরলজেনে বৈদ্যুতিন সিস্টেমগুলির জন্য উচ্চ-সম্পাদন কেন্দ্র। বিশ্ববিদ্যালয় গবেষণা এবং অ্যাপ্লিকেশন-ভিত্তিক উন্নয়নের মধ্যে এই নতুন রূপটি ভবিষ্যতের প্রকল্পের সহযোগিতার ভূমিকা মডেল হিসাবে কাজ করবে। "একদিকে, এই মডেলটি বেসিক গবেষণা থেকে প্রয়োগ ভিত্তিক উন্নয়নে ফলাফলের তাত্ক্ষণিক স্থানান্তরের মাধ্যমে সংস্থাগুলির সাথে সহযোগিতা সহজতর করে the অন্যদিকে, এটি দুটি পৃথক অঞ্চল থেকে দুটি প্রযুক্তিগত পরিপূরক ফ্রেউনহোফার কেন্দ্রগুলির মধ্যে সমন্বয় উন্মুক্ত করে এবং এর ফলে উন্নতি হয় thus অর্ধপরিবাহী শিল্পের সম্ভাব্য গ্রাহকদের জন্য তাদের উভয় অফার, "অধ্যাপক অম্বাচার বলেছেন।