পঞ্চম প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী উপকরণগুলির ভবিষ্যদ্বাণী এবং চ্যালেঞ্জ
April 29, 2025
পঞ্চম প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী উপকরণগুলির ভবিষ্যদ্বাণী এবং চ্যালেঞ্জ
অর্ধপরিবাহী উপাদানগুলি তথ্য যুগের মূল ভিত্তি এবং অর্ধপরিবাহী উপাদানগুলির পুনরাবৃত্তি সরাসরি মানুষের প্রযুক্তিগত অগ্রগতির সীমানা নির্ধারণ করে।প্রথম প্রজন্মের সিলিকন-ভিত্তিক অর্ধপরিবাহী থেকে আজকের চতুর্থ প্রজন্মের অতি প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণ পর্যন্ত, উদ্ভাবনের প্রতিটি তরঙ্গ যোগাযোগ, শক্তি, কম্পিউটিং এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে দ্রুত উন্নয়নকে চালিত করেছে।
চার প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী উপাদানগুলির বৈশিষ্ট্য এবং প্রজন্মের প্রতিস্থাপন যুক্তি বিশ্লেষণ করে,আমরা পঞ্চম প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টরগুলির সম্ভাব্য দিকনির্দেশনা অনুমান করতে পারি এবং এই ক্ষেত্রে চীনের অগ্রগতির পথ নিয়ে আলোচনা করতে পারি।.
I. চার প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের বৈশিষ্ট্য এবং প্রজন্মের প্রতিস্থাপন যুক্তি
প্রথম প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর:
সিলিকন এবং জারম্যানিয়ামের "প্রাথমিক যুগ"
-
বৈশিষ্ট্যঃসিলিকন (Si) এবং জার্মানিয়াম (Ge) এর মতো মৌলিক অর্ধপরিবাহী দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা, তারা কম খরচে, পরিপক্ক প্রক্রিয়াকরণ এবং উচ্চ নির্ভরযোগ্যতার মতো সুবিধাগুলি সরবরাহ করেছিল।তারা তুলনামূলকভাবে সংকীর্ণ ব্যান্ডস্পেসের দ্বারা সীমাবদ্ধ ছিল (Si: 1.12 eV, Ge: 0.67 eV), যার ফলে দুর্বল ভোল্টেজ প্রতিরোধ এবং অপর্যাপ্ত উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি কর্মক্ষমতা।
-
অ্যাপ্লিকেশনঃইন্টিগ্রেটেড সার্কিট, সোলার সেল, নিম্ন ভোল্টেজ এবং নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সি ডিভাইস।
-
প্রতিস্থাপনের কারণঃযোগাযোগ এবং অপটোইলেকট্রনিক্সের ক্ষেত্রে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-তাপমাত্রার পারফরম্যান্সের চাহিদা বেড়ে যাওয়ার সাথে সাথে সিলিকন ভিত্তিক উপকরণগুলি আর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারেনি।
দ্বিতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর:
যৌগিক অর্ধপরিবাহীর "অপটোইলেকট্রনিক বিপ্লব"
-
বৈশিষ্ট্যঃIII-V যৌগিক অর্ধপরিবাহী দ্বারা উপস্থাপিত যেমন গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) এবংইন্ডিয়াম ফসফাইড (InP), এই উপকরণগুলি বৃহত্তর ব্যান্ডগ্যাপ (GaAs: 1.42 eV) এবং উচ্চ ইলেকট্রন গতিশীলতার বৈশিষ্ট্যযুক্ত, যা তাদের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এবং অপটোইলেকট্রনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
-
অ্যাপ্লিকেশনঃ৫জি আরএফ ডিভাইস, লেজার, স্যাটেলাইট যোগাযোগ।
-
চ্যালেঞ্জ:উপাদানগুলির ঘাটতি (উদাহরণস্বরূপ, ইন্ডিয়ামের প্রাচুর্য মাত্র 0.001%) এবং উচ্চ উত্পাদন ব্যয়, বিষাক্ত উপাদানগুলির সাথে (যেমন আর্সেনিক) জড়িত।
-
প্রতিস্থাপনের কারণঃনতুন শক্তি এবং উচ্চ-ভোল্টেজ পাওয়ার সরঞ্জামগুলির আবির্ভাব আরও উচ্চতর ভোল্টেজ প্রতিরোধের এবং দক্ষতার দাবি করেছিল, যা বিস্তৃত ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণগুলির উত্থানকে প্ররোচিত করেছিল।
তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর:
ব্রড ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণগুলির "শক্তি বিপ্লব"
-
বৈশিষ্ট্যঃসিলিকন কার্বাইড (সিআইসি) এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (গান) এর চারপাশে কেন্দ্রীভূত, এই উপকরণগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে বৃহত্তর ব্যান্ডগ্যাপ (সিআইসিঃ 3.2 eV, গানঃ 3.4 eV), উচ্চ বিভাজন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র,উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, এবং উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি পারফরম্যান্স।
-
অ্যাপ্লিকেশনঃনতুন জ্বালানি গাড়ির বৈদ্যুতিক ড্রাইভ সিস্টেম, ফোটোভোলটাইক ইনভার্টার, ৫জি বেস স্টেশন।
-
উপকারিতা:সিলিকন-ভিত্তিক ডিভাইসের তুলনায়, তারা শক্তি খরচ ৫০% এরও বেশি হ্রাস করে এবং ডিভাইসের ভলিউম ৭০% হ্রাস করে।
-
প্রতিস্থাপনের কারণঃকৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের মতো উদীয়মান ক্ষেত্রগুলি আরও উচ্চতর পারফরম্যান্সের সাথে উপাদানগুলির দাবি করেছিল, যার ফলে অতি-বিস্তৃত ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণগুলির আবির্ভাব ঘটে।
চতুর্থ প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর:
আল্ট্রা-ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণগুলির "অত্যন্ত অগ্রগতি"
-
বৈশিষ্ট্যঃপ্রতিনিধিত্ব করেন
(Ga2O3) এবং হীরা (C), এই উপকরণগুলি ব্যান্ডগ্যাপ (Ga2O3: 4.8 eV) আরও প্রসারিত করে, অতি-নিম্ন পরিবাহিতা প্রতিরোধের, অতি-উচ্চ ভোল্টেজ প্রতিরোধের এবং উল্লেখযোগ্য ব্যয় হ্রাসের সম্ভাবনা সরবরাহ করে।
-
অ্যাপ্লিকেশনঃআল্ট্রা-হাই ভোল্টেজ পাওয়ার চিপ, গভীর ইউভি ডিটেক্টর, কোয়ান্টাম যোগাযোগ ডিভাইস.
-
অগ্রগতি:গ্যালিয়াম অক্সাইড ডিভাইসগুলি 8000V এর বেশি ভোল্টেজ সহ্য করতে পারে, সিআইসি ডিভাইসের তুলনায় কার্যকারিতা তিনগুণ।
-
প্রতিস্থাপন লজিকঃকম্পিউটিং ক্ষমতা এবং শক্তি দক্ষতার জন্য বিশ্বব্যাপী চাহিদা যেমন শারীরিক সীমাবদ্ধতার কাছাকাছি, নতুন উপকরণগুলি কোয়ান্টাম স্কেলে পারফরম্যান্স লাফাতে সক্ষম হবে।
II. পঞ্চম প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টরগুলির প্রবণতাঃ
কোয়ান্টাম উপকরণ এবং দ্বি-মাত্রিক কাঠামোর "ভবিষ্যতের ব্লুপ্রিন্ট"
যদি "ব্যান্ডগ্যাপ সম্প্রসারণ + কার্যকরী সংহতকরণের" বিবর্তনীয় পথ অব্যাহত থাকে, পঞ্চম প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী নিম্নলিখিত দিকগুলিতে ফোকাস করতে পারেঃ
টপোলজিক্যাল আইসোলেটর:
উপরিভাগে পরিবাহী কিন্তু ভিতরে নিরোধক উপকরণশূন্য শক্তি ক্ষতির ইলেকট্রনিক ডিভাইস নির্মাণ এবং ঐতিহ্যবাহী অর্ধপরিবাহীগুলির তাপ উত্পাদন বোতল ঘাটি অতিক্রম করতে সক্ষম করে.
দ্বি-মাত্রিক উপকরণ:
গ্রাফিন এবং মলিবডেনাম ডিসলফাইড (MoS2) এর মতো উপাদান, যার পরমাণু স্তরের বেধ অতি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া এবং নমনীয় ইলেকট্রনিক্সের সম্ভাবনা সক্ষম করে।
কোয়ান্টাম ডটস এবং ফোটনিক ক্রিস্টাল:
শক্তি ব্যান্ড কাঠামো নিয়ন্ত্রণের জন্য কোয়ান্টাম কনফারেন্স এফেক্ট ব্যবহার করে, আলো, বিদ্যুৎ এবং তাপের বহু-কার্যকরী সংহতকরণ অর্জন করে।
বায়ো-সেমিকন্ডাক্টর:
ডিএনএ বা প্রোটিনের উপর ভিত্তি করে স্ব-সংমিশ্রিত উপাদান, উভয় জৈবিক সিস্টেম এবং ইলেকট্রনিক সার্কিটগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
মূল চালিকা শক্তিঃ
কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা, মস্তিষ্ক-কম্পিউটার ইন্টারফেস, এবং ঘরের তাপমাত্রায় সুপারকন্ডাক্টিভিটি,তারা বুদ্ধিমান এবং জৈব-সামঞ্জস্যপূর্ণ বিবর্তনের দিকে অর্ধপরিবাহীকে চালিত করছে.
৩. চীনের সুযোগ:
"অনুসরণ" থেকে "পাশ-পাশ দৌড়াতে"
প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং শিল্প শৃঙ্খলার প্রয়োগ
-
তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর:
চীন 8 ইঞ্চি SiC সাবস্ট্রেটগুলির ব্যাপক উৎপাদন অর্জন করেছে, অটোমোটিভ গ্রেডের SiC MOSFETগুলি সফলভাবে BYD এর মতো গাড়ি নির্মাতাদের দ্বারা স্থাপন করা হয়েছে।
-
চতুর্থ প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর:
সি'য়ান পোস্ট ও টেলিযোগাযোগ বিশ্ববিদ্যালয় এবং সিইটিসি ৪৬ ইনস্টিটিউট-এর মতো প্রতিষ্ঠান ৮ ইঞ্চি গ্যালিয়াম অক্সাইড ইপিট্যাক্সি প্রযুক্তির মাধ্যমে অগ্রগতি অর্জন করেছে এবং বিশ্বের শীর্ষস্থানীয় খেলোয়াড়দের তালিকায় যোগ দিয়েছে।
নীতি ও মূলধন সহায়তা
-
জাতীয় "চতুর্দশ পঞ্চবার্ষিকী পরিকল্পনা" তৃতীয় প্রজন্মের অর্ধপরিবাহীকে একটি মূল ক্ষেত্র হিসাবে চিহ্নিত করেছে।
-
স্থানীয় সরকার শত শত বিলিয়ন ইউয়ান মূল্যের শিল্প তহবিল স্থাপন করেছে।
-
২০২৪ সালের শীর্ষ ১০টি প্রযুক্তিগত অগ্রগতির তালিকায় ৬৮ ইঞ্চি গ্যান ডিভাইস এবং গ্যালিয়াম অক্সাইড ট্রানজিস্টরের মতো সাফল্যকে স্বীকৃতি দেওয়া হয়েছে।
চতুর্থ. চ্যালেঞ্জ এবং অগ্রগতির পথ
প্রযুক্তিগত বাধাগুলি
-
উপাদান প্রস্তুতিঃ
বড় ব্যাসার্ধের একক স্ফটিকের বৃদ্ধিতে কম ফলন হার রয়েছে (উদাহরণস্বরূপ, গ্যালিয়াম অক্সাইড ক্র্যাকিংয়ের প্রবণতা রয়েছে) এবং ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং। -
ডিভাইসের নির্ভরযোগ্যতাঃ
উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ ভোল্টেজ অবস্থার অধীনে জীবনকাল পরীক্ষার জন্য মান এখনও সম্পূর্ণরূপে প্রতিষ্ঠিত হয়নি, এবং অটোমোবাইল গ্রেড সার্টিফিকেশন দীর্ঘ।
শিল্প শৃঙ্খলার ত্রুটি
-
আমদানি করা উচ্চমানের সরঞ্জামগুলির উপর নির্ভরশীলতাঃ
উদাহরণস্বরূপ, সিআইসি ক্রিস্টাল গ্রোথ ওভেনের অভ্যন্তরীণ উৎপাদন হার ২০ শতাংশের নিচে। -
দুর্বল অ্যাপ্লিকেশন ইকোসিস্টেমঃ
ডাউনস্ট্রিম কোম্পানিগুলি এখনও আমদানিকৃত ডিভাইস পছন্দ করে; অভ্যন্তরীণ প্রতিস্থাপনের জন্য নীতিগত দিকনির্দেশনা প্রয়োজন।
কৌশলগত উন্নয়ন পদ্ধতি
-
আমিশিল্প-বিশ্ববিদ্যালয়-গবেষণা সহযোগিতা:
"তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর অ্যালায়েন্স" এর মত মডেল থেকে শিখুন," বিশ্ববিদ্যালয়ের (যেমন ঝেজিয়াং বিশ্ববিদ্যালয় নিংবো ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি) এবং উদ্যোগের মধ্যে সহযোগিতার মাধ্যমে যৌথভাবে মূল প্রযুক্তি মোকাবেলা করা. -
বৈষম্যপূর্ণ প্রতিযোগিতা:
ঐতিহ্যবাহী শিল্প জায়ান্টদের সাথে সরাসরি সংঘর্ষ এড়াতে নতুন শক্তি এবং কোয়ান্টাম যোগাযোগের মতো ক্রমবর্ধমান বাজারে মনোনিবেশ করুন। -
প্রতিভা বিকাশ:
বিদেশ থেকে শীর্ষস্থানীয় পণ্ডিতদের আকৃষ্ট করার জন্য বিশেষ তহবিল স্থাপন করা এবং "চিপ বিজ্ঞান ও প্রকৌশল" এর মতো শাখার উন্নয়নকে উৎসাহিত করা।
সিলিকন থেকে গ্যালিয়াম অক্সাইড পর্যন্ত, সেমিকন্ডাক্টরগুলির বিবর্তন মানবতার একটি কাহিনী যা পদার্থবিজ্ঞানের সীমাবদ্ধতাকে চ্যালেঞ্জ করে।
যদি চীন চতুর্থ প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী দ্বারা উপস্থাপিত সুযোগের জানালাটি কাজে লাগাতে পারে এবং পঞ্চম প্রজন্মের উপাদানগুলির জন্য কৌশলগতভাবে নিজেকে অবস্থান করতে পারে,এটি বিশ্বব্যাপী প্রযুক্তিগত প্রতিযোগিতায় একটি "লেন পরিবর্তন ওভারপ্যাকিং" অর্জন করতে পারে.
একাডেমিক ইয়াং ডেরেন যেমন বলেছিলেন, "সত্যিকারের উদ্ভাবনের জন্য অজানা পথে হাঁটার সাহস প্রয়োজন"।
এই পথে, নীতি, মূলধন এবং প্রযুক্তির অনুরণন চীনের অর্ধপরিবাহী শিল্পের ভবিষ্যৎ এবং তারকা ও সমুদ্রের দিকে তার যাত্রা নির্ধারণ করবে।