ব্লগের বিস্তারিত

মানুষ শব্দটা শুনলেসিলিকন কার্বাইড, বাSiC, মনে আসতে পারে যে প্রথম জিনিস একটি সিলিকন কার্বাইড নাকাল চাকা, সাধারণত carborundum হিসাবে পরিচিত. এর চমৎকার পরিধান প্রতিরোধের, উচ্চ কঠোরতা এবং উচ্চ-তাপমাত্রার প্রতিরোধের কারণে, সিলিকন কার্বাইড দীর্ঘকাল ধরে ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম, নাকাল সরঞ্জাম, অবাধ্য উপকরণ এবং কার্যকরী সিরামিকগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

আগের প্রবন্ধে, আমরা সিলিকন কার্বাইড স্ফটিকের গল্প "প্রেমের রত্নপাথর" হিসাবে আলোচনা করেছি। এই নিবন্ধে, আমরা একটি হিসাবে সিলিকন কার্বাইড উপর ফোকাস করা হবেঅর্ধপরিবাহী উপাদান.

একটি সেমিকন্ডাক্টর কি?

সেমিকন্ডাক্টরগুলি প্রায় প্রতিটি ইলেকট্রনিক সার্কিটের অপরিহার্য উপাদান। একটি সেমিকন্ডাক্টর হল একটি বিশেষ ধরনের উপাদান যার বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা একটি পরিবাহীর মধ্যে থাকে, যেমন ধাতু এবং একটি অন্তরক, যেমন সিরামিক বা প্লাস্টিকের। একটি সেমিকন্ডাক্টরের পরিবাহিতা তার অপারেটিং তাপমাত্রা বা উত্পাদন প্রক্রিয়া চলাকালীন প্রবর্তিত অমেধ্যগুলির উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হতে পারে।

বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা দ্বারা উপকরণের শ্রেণীবিভাগ

কঠোরভাবে বলতে গেলে, বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা দ্বারা নির্ধারিত হয়শক্তি ব্যান্ড গঠনএকটি উপাদান অতএব, একটি সেমিকন্ডাক্টরের আদর্শ সংজ্ঞা শক্তি ব্যান্ডের দৃষ্টিকোণ থেকে ব্যাখ্যা করা উচিত।

কন্ডাক্টর, সেমিকন্ডাক্টর এবং ইনসুলেটরগুলির এনার্জি ব্যান্ড ডায়াগ্রামে দেখানো হয়েছে, একটি পরিবাহীর পরিবাহী ব্যান্ড এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ড ওভারল্যাপ। ব্যান্ডগুলির সাবস্ট্রাকচারগুলির মধ্যে শক্তির পার্থক্য খুব কম, তাই পরিবাহী ব্যান্ডে ইলেকট্রনগুলিকে উত্তেজিত করতে এবং একটি দিকনির্দেশক বৈদ্যুতিক প্রবাহ তৈরি করতে শুধুমাত্র একটি বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মতো অল্প পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন হয়।

বিপরীতে, একটি সেমিকন্ডাক্টরের একটি নিষিদ্ধ ব্যান্ড বা ব্যান্ড গ্যাপ থাকে, কন্ডাকশন ব্যান্ড এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ডের মধ্যে। পরিবাহী ব্যান্ডে উত্তেজিত হওয়ার জন্য ইলেকট্রনগুলি অবশ্যই ব্যান্ড গ্যাপের চেয়ে বেশি শক্তি গ্রহণ করবে। সাধারণভাবে, সেমিকন্ডাক্টরের ব্যান্ড গ্যাপ 0 থেকে 6.5 eV পর্যন্ত হয়ে থাকে। ইনসুলেটরগুলিতে, তবে, একটি খুব বড় ব্যান্ড গ্যাপ থাকে, সাধারণত 10 eV-এর বেশি, যা ইলেকট্রনগুলির জন্য পরিবাহী ব্যান্ডে উত্তেজিত হওয়া খুব কঠিন করে তোলে। ফলে ইনসুলেটর সহজে বিদ্যুৎ সঞ্চালন করে না।

এটি দেখায় যে সেমিকন্ডাক্টরগুলির বিশেষ পরিবাহিতা, যা কন্ডাক্টর এবং ইনসুলেটরের মধ্যে থাকে, তাদের শক্তি ব্যান্ড গঠন দ্বারা নির্ধারিত হয়।

এনার্জি ব্যান্ড স্ট্রাকচার ডায়াগ্রাম

সিলিকন এবং জার্মেনিয়াম সবচেয়ে সাধারণ উদাহরণ সহ বিশুদ্ধ উপাদান থেকে সেমিকন্ডাক্টর তৈরি করা যেতে পারে। এগুলি যৌগিক উপকরণ থেকেও তৈরি করা যেতে পারে, যেমনসিলিকন কার্বাইড (SiC)এবংগ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs).

প্রারম্ভিক সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলি মূলত জার্মেনিয়াম থেকে তৈরি হত। পরে, সিলিকন সর্বাধিক ব্যবহৃত অর্ধপরিবাহী উপাদান হয়ে ওঠে। যাইহোক, যেহেতু সিলিকন-ভিত্তিক ডিভাইসের কর্মক্ষমতা বিকাশ অব্যাহত রয়েছে, এটি ধীরে ধীরে সিলিকনের শারীরিক সীমার কাছে পৌঁছেছে। ফলস্বরূপ, নতুন উপকরণগুলি সিলিকনের শক্তিশালী প্রতিযোগী হিসাবে আবির্ভূত হচ্ছে এবং সিলিকন কার্বাইড তাদের মধ্যে অন্যতম প্রতিশ্রুতিশীল।

আসুন এখন সিলিকনের সাথে তুলনা করে SiC-এর সুবিধাগুলি দেখি।

SiC এর অনন্য কাঠামো এর উচ্চতর বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে

SiC হল একটি যৌগিক অর্ধপরিবাহী উপাদান যা কার্বন পরমাণু এবং সিলিকন পরমাণুর সমন্বয়ে 1:1 স্টোইচিওমেট্রিক অনুপাতে গঠিত। একটি SiC স্ফটিকের মৌলিক কাঠামোগত একক হল একটি টেট্রাহেড্রাল কাঠামো, যেমন SiC₄ বা CSi₄। এই ঘন-বস্তার কাঠামোতে, চারটি সিলিকন পরমাণু একটি টেট্রাহেড্রন গঠন করে, যার কেন্দ্রে একটি কার্বন পরমাণু থাকে।

SiC এর পারমাণবিক গঠন

একটি উপাদানের গঠন তার বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে, এবং এর বৈশিষ্ট্য তার প্রয়োগ নির্ধারণ করে। এটি অবিকল SiC এর অনন্য পারমাণবিক কাঠামো যা এটিকে চমৎকার শারীরিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য দেয়।

নিচে SiC-এর বেশ কিছু মূল বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যার মধ্যে গুরুত্বপূর্ণ ব্রেকডাউন শক্তি, ব্যান্ড গ্যাপ এবং তাপ পরিবাহিতা রয়েছে।

1. উচ্চ সমালোচনামূলক ভাঙ্গন শক্তি

SiC-এর একটি অত্যন্ত উচ্চ সমালোচনামূলক ব্রেকডাউন শক্তি রয়েছে। এর মানে হল যে একই রেটযুক্ত ভোল্টেজ বজায় রেখে এবং প্যাকেজে নিরোধক প্রয়োজনীয়তা হ্রাস করার সময় এটি উচ্চতর ভোল্টেজ সহ্য করতে পারে। এটি উপাদানগুলিকে ব্লকিং ভোল্টেজগুলি অর্জন করার অনুমতি দেয় যা প্যাকেজের আকার উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি না করে সিলিকনের সাথে সম্ভবের চেয়ে বেশি মাত্রার অর্ডার হতে পারে।

ছবির উৎস: ইন্টারনেট

2. ওয়াইড ব্যান্ড গ্যাপ

একটি সেমিকন্ডাক্টরের অন্যতম প্রধান বৈশিষ্ট্য হল এরশক্তি ফাঁক, নামেও পরিচিতব্যান্ড ফাঁক. ব্যান্ড গ্যাপ ইলেক্ট্রন ভোল্ট বা eV এ পরিমাপ করা হয়, যেখানে 1 eV প্রায় 1.602 × 10⁻¹⁹ জুলের সমান।

SiC এর ব্যান্ড গ্যাপ প্রায়3.26 eV, সিলিকন যে সম্পর্কে1.12 eV. সিলিকন এবং GaAs-এর মতো ঐতিহ্যবাহী সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের সাথে তুলনা করে, SiC দ্বারা উপস্থাপিত তৃতীয় প্রজন্মের ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টরগুলি ইলেকট্রনিক পণ্য, বিশেষ করে পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলিকে উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে সক্ষম করে। এটি ডিভাইসগুলিকে দ্রুত, ছোট এবং আরও নির্ভরযোগ্য করে তোলে৷

ছবির উৎস: ইন্টারনেট

3. উচ্চ তাপ পরিবাহিতা

তাপ পরিবাহিতা অর্ধপরিবাহী পদার্থের একটি গুরুত্বপূর্ণ সম্পত্তি। তাপ পরিবাহিতা যত বেশি হবে, সেমিকন্ডাক্টরের পক্ষে অপারেশন চলাকালীন উত্পন্ন তাপ নষ্ট করা তত সহজ।

এটি ভাল তাপ পরিবাহিতা সহ উপকরণ থেকে তৈরি উপাদানগুলিকে ছোট হতে দেয় এবং পুরো সিস্টেমের তাপ ব্যবস্থাপনাকে উন্নত করে। SiC এর তাপ পরিবাহিতা প্রায়430 W/m·K, সিলিকন যে সম্পর্কে150 W/m·K.

ছবির উৎস: ইন্টারনেট

সেমিকন্ডাক্টর হিসেবে সিলিকন কার্বাইড

আমরা ইতিমধ্যে অবাধ্য উপকরণ, ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম, এবং কার্যকরী সিরামিক সহ SiC-এর অনেকগুলি প্রয়োগ নিয়ে আলোচনা করেছি। যাইহোক, SiC এর সবচেয়ে উত্তেজনাপূর্ণ প্রয়োগটি ডিভাইসগুলির জন্য একটি পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টর উপাদান হিসাবে এর কার্যকারিতার মধ্যে রয়েছে যেমনMOSFETsএবংSchottky বাধা ডায়োড (SBDs).

এর উচ্চ ব্রেকডাউন শক্তি, প্রশস্ত ব্যান্ড ব্যবধান এবং চমৎকার তাপ পরিবাহিতাকে ধন্যবাদ, SiC অনেক চাহিদাপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশনে সিলিকন, জার্মেনিয়াম এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইডের মতো উপকরণগুলিকে ছাড়িয়ে যেতে পারে।

উত্পাদন প্রযুক্তিগুলি পরিপক্ক হওয়ার সাথে সাথে, সিলিকন কার্বাইড অর্ধপরিবাহী পদার্থের ক্ষেত্রে একটি প্রতিশ্রুতিশীল নতুন তারকা হিসাবে দ্রুত বৃদ্ধি পাচ্ছে।