क्या अलग-अलग क्रिस्टल अभिविन्यास वाले नीलम वेफर्स के अनुप्रयोग में भी अंतर होते हैं?

नीलम एल्यूमिना का एक एकल क्रिस्टल है, जो त्रिपक्षीय क्रिस्टल प्रणाली और षट्कोणीय संरचना से संबंधित है। इसकी क्रिस्टलीय संरचना में तीन ऑक्सीजन परमाणु और दो एल्यूमिनियम परमाणु सहसंयोजक बंधों में बहुत निकट रूप से व्यवस्थित होते हैं, जिससे मजबूत बंधन श्रृंखला और जाली ऊर्जा बनती है। इसके क्रिस्टल के भीतर लगभग कोई अशुद्धियाँ या दोष नहीं होते हैं, इसलिए इसमें उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन, पारदर्शिता, अच्छी तापीय चालकता और उच्च कठोरता जैसे गुण होते हैं। इसका व्यापक रूप से ऑप्टिकल विंडो और उच्च प्रदर्शन वाले सब्सट्रेट सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। हालांकि, नीलम की आणविक संरचना जटिल और विषमतापूर्ण होती है, और विभिन्न क्रिस्टलीय दिशाओं के प्रसंस्करण और उपयोग के कारण इसके भौतिक गुणों पर भी बहुत अलग प्रभाव पड़ता है, इसलिए इसका उपयोग भी भिन्न होता है। सामान्यतः, नीलम सब्सट्रेट C, R, A और M तल दिशाओं में उपलब्ध होते हैं।

आवेदनसी-प्लेन नीलमणि वेफर

गैलियम नाइट्राइड (GaN) एक उच्च बैंडगैप वाला तीसरी पीढ़ी का अर्धचालक है, जिसमें व्यापक प्रत्यक्ष बैंडगैप, मजबूत परमाणु बंधन, उच्च तापीय चालकता, अच्छी रासायनिक स्थिरता (लगभग किसी भी अम्ल से अप्रभावित) और मजबूत विकिरण-रोधी क्षमता होती है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, उच्च तापमान और विद्युत उपकरणों तथा उच्च आवृत्ति वाले माइक्रोवेव उपकरणों के अनुप्रयोग में इसकी व्यापक संभावनाएं हैं। हालांकि, GaN के उच्च गलनांक के कारण, बड़े आकार के एकल क्रिस्टल पदार्थ प्राप्त करना कठिन है, इसलिए सामान्य तरीका अन्य सब्सट्रेटों पर हेट्रोएपिटैक्सी वृद्धि करना है, जिसके लिए सब्सट्रेट सामग्री की उच्च आवश्यकताएं होती हैं।

इसकी तुलना मेंनीलम सब्सट्रेटअन्य क्रिस्टलीय फलकों के साथ, सी-प्लेन (<0001> अभिविन्यास) नीलमणि वेफर और समूह 3-5 तथा 2-5 (जैसे GaN) में जमा की गई फिल्मों के बीच जाली स्थिरांक बेमेल दर अपेक्षाकृत कम है, और दोनों के बीच जाली स्थिरांक बेमेल दर औरAlN फिल्मोंबफर परत के रूप में उपयोग की जा सकने वाली यह परत और भी छोटी होती है, और यह GaN क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया में उच्च तापमान प्रतिरोध की आवश्यकताओं को पूरा करती है। इसलिए, यह GaN वृद्धि के लिए एक सामान्य सब्सट्रेट सामग्री है, जिसका उपयोग सफेद/नीले/हरे एलईडी, लेजर डायोड, इन्फ्रारेड डिटेक्टर आदि बनाने के लिए किया जा सकता है।

यह उल्लेखनीय है कि C-प्लेन नीलम सब्सट्रेट पर विकसित GaN फिल्म अपने ध्रुवीय अक्ष, यानी C-अक्ष की दिशा में बढ़ती है। यह न केवल एक परिपक्व विकास प्रक्रिया और एपिटैक्सी प्रक्रिया है, बल्कि अपेक्षाकृत कम लागत, स्थिर भौतिक और रासायनिक गुण और बेहतर प्रसंस्करण प्रदर्शन भी प्रदान करती है। C-उन्मुख नीलम वेफर के परमाणु O-al-al-o-al-O व्यवस्था में बंधे होते हैं, जबकि M-उन्मुख और A-उन्मुख नीलम क्रिस्टल al-O-al-O व्यवस्था में बंधे होते हैं। चूंकि Al-Al की बंधन ऊर्जा Al-O की तुलना में कम होती है और बंधन कमजोर होता है, इसलिए M-उन्मुख और A-उन्मुख नीलम क्रिस्टल की तुलना में C-नीलम का प्रसंस्करण मुख्य रूप से Al-Al बंधन को खोलना है, जिससे प्रसंस्करण आसान हो जाता है और उच्च सतह गुणवत्ता प्राप्त होती है। इसके बाद बेहतर गैलियम नाइट्राइड एपिटैक्सियल गुणवत्ता प्राप्त होती है, जो अति-चमकदार सफेद/नीले LED की गुणवत्ता में सुधार कर सकती है। दूसरी ओर, सी-अक्ष के अनुदिश विकसित फिल्मों में सहज और पीजोइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण प्रभाव होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप फिल्मों के अंदर एक मजबूत आंतरिक विद्युत क्षेत्र (सक्रिय परत क्वांटम कुएं) उत्पन्न होता है, जो GaN फिल्मों की चमकदार दक्षता को काफी कम कर देता है।

ए-प्लेन नीलमणि वेफरआवेदन

अपने उत्कृष्ट समग्र प्रदर्शन, विशेष रूप से उत्कृष्ट पारगम्यता के कारण, नीलम एकल क्रिस्टल अवरक्त प्रवेश प्रभाव को बढ़ा सकता है और एक आदर्श मध्य-अवरक्त विंडो सामग्री बन सकता है, जिसका व्यापक रूप से सैन्य फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणों में उपयोग किया जाता है। जहाँ A नीलम में एक ध्रुवीय तल (C तल) होता है, वहीं C तल एक गैर-ध्रुवीय सतह होती है। सामान्यतः, A-उन्मुख नीलम क्रिस्टल की गुणवत्ता C-उन्मुख क्रिस्टल की तुलना में बेहतर होती है, जिसमें कम विस्थापन, कम मोज़ेक संरचना और अधिक पूर्ण क्रिस्टल संरचना होती है, इसलिए इसका प्रकाश संचरण प्रदर्शन बेहतर होता है। साथ ही, तल A पर Al-O-Al-O परमाणु बंधन मोड के कारण, A-उन्मुख नीलम की कठोरता और घिसाव प्रतिरोध C-उन्मुख नीलम की तुलना में काफी अधिक होता है। इसलिए, A-दिशात्मक चिप्स का उपयोग मुख्य रूप से विंडो सामग्री के रूप में किया जाता है। इसके अतिरिक्त, नीलम में एकसमान परावैद्युत स्थिरांक और उच्च ऊष्मारोधक गुण होते हैं, इसलिए इसका उपयोग हाइब्रिड माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी में किया जा सकता है, साथ ही साथ उत्कृष्ट चालकों के विकास के लिए भी किया जा सकता है, जैसे कि TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212 का उपयोग, और सीरियम ऑक्साइड (CeO2) नीलम मिश्रित सब्सट्रेट पर विषम उप-अतिचालक फिल्मों का विकास। हालांकि, Al-O की उच्च बंध ऊर्जा के कारण, इसकी प्रक्रिया अधिक कठिन है।

आवेदनआर/एम प्लेन नीलमणि वेफर

नीलम की गैर-ध्रुवीय सतह आर-प्लेन होती है, इसलिए नीलम उपकरण में आर-प्लेन की स्थिति में परिवर्तन से इसके यांत्रिक, ऊष्मीय, विद्युत और प्रकाशीय गुणधर्मों में भिन्नता आ जाती है। सामान्यतः, सिलिकॉन के हेटरोएपिटैक्सियल निक्षेपण के लिए आर-सतह वाले नीलम सब्सट्रेट को प्राथमिकता दी जाती है, मुख्य रूप से अर्धचालक, माइक्रोवेव और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स एकीकृत परिपथ अनुप्रयोगों में। सीसा, अन्य अतिचालक घटकों, उच्च प्रतिरोधकता वाले प्रतिरोधों के उत्पादन में भी आर-प्रकार के सब्सट्रेट का उपयोग किया जा सकता है। वर्तमान में, स्मार्टफोन और टैबलेट कंप्यूटर प्रणालियों की बढ़ती लोकप्रियता के साथ, आर-सतह वाले नीलम सब्सट्रेट ने स्मार्टफोन और टैबलेट कंप्यूटरों में उपयोग किए जाने वाले मौजूदा यौगिक एसएडब्ल्यू उपकरणों का स्थान ले लिया है, जिससे उपकरणों के प्रदर्शन में सुधार करने वाला सब्सट्रेट उपलब्ध हो गया है।

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