এই গবেষণা গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN)-এর নির্বাচনী-অঞ্চল এপিট্যাক্সিতে একটি যুগান্তকারী অগ্রগতি উপস্থাপন করে, যা অপটোইলেকট্রনিক্স এবং পাওয়ার ডিভাইসের জন্য একটি মৌলিক উপাদান। লেখকরা একটি "থ্রু-হোল এপিট্যাক্সি" (টিএইচই) পদ্ধতি চালু করেছেন যা বৃদ্ধির মাস্ক হিসেবে ষড়ভুজ বোরন নাইট্রাইড (h-BN) ফ্লেকের একটি স্পিন-কোটেড, দ্রবণ-প্রক্রিয়াজাত স্তর ব্যবহার করে। মূল উদ্ভাবনটি হল ধাতব-জৈব রাসায়নিক বাষ্প জমাকরণ (এমওসিভিডি) চলাকালীন মাস্কের "স্ব-সমন্বয়কারী" প্রকৃতি, যা প্রচলিত দ্বিমাত্রিক উপাদান স্থানান্তর প্রক্রিয়ার স্কেলযোগ্যতা এবং ইন্টারফেস নিয়ন্ত্রণের সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করে। এই পদ্ধতিটি নির্বিচারে সাবস্ট্রেটের উপর সরাসরি থ্রেডিং ডিসলোকেশন হ্রাস করে উল্লম্বভাবে সংযুক্ত এবং পার্শ্বীয়ভাবে অতিবৃদ্ধি প্রাপ্ত GaN ডোমেইন সক্ষম করে।
পরীক্ষামূলক কার্যপ্রবাহ স্কেলযোগ্য দ্রবণ প্রক্রিয়াকরণকে আদর্শ এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি কৌশলগুলির সাথে একত্রিত করে।
h-BN ফ্লেকগুলি একটি জৈব দ্রাবক (যেমন, এন-মিথাইল-২-পাইরোলিডোন) মধ্যে সোনিকেশনের মাধ্যমে বিচ্ছিন্ন করা হয়েছিল। ফলে সৃষ্ট পলিডিসপার্স সাসপেনশন একটি স্যাফায়ার সাবস্ট্রেটের উপর স্পিন-কোট করা হয়েছিল, যা ফ্লেকগুলির একটি বিশৃঙ্খল, আলগাভাবে স্তরীকৃত নেটওয়ার্ক গঠন করে। সিভিডি-উৎপাদিত h-BN মনোলেয়ারের যান্ত্রিক স্থানান্তরের তুলনায় এই পদ্ধতিটি লিথোগ্রাফি-মুক্ত এবং অত্যন্ত স্কেলযোগ্য।
GaN বৃদ্ধি একটি আদর্শ এমওসিভিডি রিঅ্যাক্টরে ট্রাইমিথাইলগ্যালিয়াম (টিএমজিএ) এবং অ্যামোনিয়া (NH3)কে প্রিকার্সর হিসেবে ব্যবহার করে সম্পাদিত হয়েছিল। h-BN স্তরের মধ্য দিয়ে প্রিকার্সর বিসরণ এবং পরবর্তীতে সাবস্ট্রেটে নিউক্লিয়েশন সহজতর করার জন্য বৃদ্ধির তাপমাত্রা এবং চাপ অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল।
মূল আবিষ্কার হল বৃদ্ধির সময় h-BN স্তরের গতিশীল পুনর্গঠন। প্রিকার্সর প্রজাতি (Ga, N) ন্যানোস্কেল ফাঁক এবং ত্রুটির মধ্য দিয়ে বিস্তৃত হয়। এই বিসরণ, স্থানীয় তাপীয় ও রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়ার সাথে মিলিত হয়ে, ফ্লেকগুলির সূক্ষ্ম পুনর্বিন্যাস ঘটায়, অনুপ্রবেশ পথ প্রশস্ত করে এবং মাস্কের নীচে সাবস্ট্রেটে সরাসরি সুসংগত নিউক্লিয়েশন সাইট গঠনের অনুমতি দেয়। এটি স্থির মাস্ক প্যারাডাইম থেকে একটি মৌলিক বিচ্যুতি।
স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (এসইএম) চিত্রগুলি h-BN মাস্কের উপর পার্শ্বীয় অতিবৃদ্ধি সহ অবিচ্ছিন্ন GaN ফিল্ম গঠন নিশ্চিত করেছে। রামান ম্যাপিং h-BN সংকেত (∼১৩৬৬ সেমি-১) এবং GaN E২(উচ্চ) ফোনন মোড (∼৫৬৭ সেমি-১) এর মধ্যে স্বতন্ত্র স্থানিক পৃথকীকরণ দেখিয়েছে, যা প্রমাণ করে যে এপিট্যাক্সিয়াল GaN h-BN স্তরের নীচে বিদ্যমান।
h-BN মাস্কের নীচে GaN/স্যাফায়ার ইন্টারফেসে উচ্চ-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (এইচআরটিইএম) স্যাফায়ারে সরাসরি বৃদ্ধির তুলনায় থ্রেডিং ডিসলোকেশন ঘনত্বে উল্লেখযোগ্য হ্রাস প্রকাশ করেছে। h-BN একটি সমন্বয়যোগ্য, ন্যানো-ছিদ্রযুক্ত ফিল্টার হিসেবে কাজ করে যা অত্যন্ত অসামঞ্জস্যপূর্ণ সাবস্ট্রেট থেকে ত্রুটির বিস্তার ব্যাহত করে।
প্রক্রিয়াটিকে আংশিকভাবে বিসরণ-সীমিত নিউক্লিয়েশন গতিবিদ্যা দ্বারা বর্ণনা করা যেতে পারে। ছিদ্রযুক্ত h-BN মাস্কের মধ্য দিয়ে প্রিকার্সর প্রবাহ $J$ কে সময়-নির্ভর বিসরণ সহগ $D(t)$ সহ একটি মাধ্যমের জন্য ফিকের সূত্রের একটি পরিবর্তিত রূপ ব্যবহার করে মডেল করা যেতে পারে, যা স্ব-সমন্বয়কারী পথগুলিকে বিবেচনা করে:
$J = -D(t) \frac{\partial C}{\partial x}$
যেখানে $C$ হল প্রিকার্সর ঘনত্ব এবং $x$ হল মাস্কের মধ্য দূরত্ব। সাবস্ট্রেটে নিউক্লিয়েশন হার $I$ তখন এই প্রবাহের সমানুপাতিক এবং ধ্রুপদী নিউক্লিয়েশন তত্ত্ব অনুসরণ করে:
$I \propto J \cdot \exp\left(-\frac{\Delta G^*}{k_B T}\right)$
যেখানে $\Delta G^*$ হল GaN নিউক্লিয়েশনের জন্য সমালোচনামূলক মুক্ত শক্তি বাধা, $k_B$ হল বোল্টজম্যানের ধ্রুবক, এবং $T$ হল তাপমাত্রা। মাস্কের স্ব-সমন্বয় কার্যকরভাবে সময়ের সাথে সাথে $D(t)$ বৃদ্ধি করে, $I$ নিয়ন্ত্রণ করে এবং পর্যবেক্ষিত বিলম্বিত কিন্তু সুসংগত নিউক্লিয়েশন ঘটনাগুলির দিকে নিয়ে যায়।
মূল অন্তর্দৃষ্টি: এটি শুধুমাত্র একটি নতুন বৃদ্ধির রেসিপি নয়; এটি এপিট্যাক্সিয়াল মাস্কিংয়ে নির্ধারক প্যাটার্নিং থেকে স্টোকাস্টিক স্ব-সংগঠন-এ একটি প্যারাডাইম শিফট। এই ক্ষেত্রটি নিখুঁত, পরমাণুভাবে তীক্ষ্ণ দ্বিমাত্রিক মাস্ক (যেমন, গ্রাফিন) নিয়ে আবিষ্ট ছিল। এই কাজটি সাহসের সাথে যুক্তি দেয় যে একটি অগোছালো, পলিডিসপার্স এবং গতিশীল মাস্ক একটি বাগ নয়—এটি সেই বৈশিষ্ট্য যা স্কেলযোগ্যতা সক্ষম করে।
যুক্তিগত প্রবাহ: যুক্তিটি আকর্ষণীয়: ১) স্কেলযোগ্যতার জন্য দ্রবণ প্রক্রিয়াকরণ প্রয়োজন। ২) দ্রবণ প্রক্রিয়াকরণ বিশৃঙ্খল স্তর সৃষ্টি করে। ৩) বিশৃঙ্খলা সাধারণত বৃদ্ধি বাধা দেয়। ৪) তাদের যুগান্তকারী আবিষ্কার: দেখান যে এমওসিভিডি অবস্থার অধীনে, বিশৃঙ্খলা স্ব-সংগঠিত হয়ে বৃদ্ধি সক্ষম করে। এটি একটি মৌলিক উপাদান চ্যালেঞ্জকে মূল প্রক্রিয়ায় পরিণত করে।
শক্তি ও ত্রুটি: শক্তি অত্যন্ত স্পষ্ট—উচ্চ-মানের GaN-এর জন্য একটি সত্যিকার অর্থে স্কেলযোগ্য, লিথোগ্রাফি-মুক্ত পথ। এটি দ্বিমাত্রিক উপাদান সংহতকরণকে পীড়িত করা স্থানান্তর সমস্যাকে মার্জিতভাবে এড়িয়ে যায়, ঠিক যেমন সৌর কোষের জন্য নিখুঁত একক স্ফটিকের প্রয়োজনীয়তা এড়াতে দ্রবণ-প্রক্রিয়াজাত পারভস্কাইটগুলি করেছিল। যেকোনো স্টোকাস্টিক প্রক্রিয়ার মতো প্রধান ত্রুটি হল নিয়ন্ত্রণ। আপনি কি একটি ৬-ইঞ্চি ওয়েফার জুড়ে সমান নিউক্লিয়েশন ঘনত্ব নির্ভরযোগ্যভাবে অর্জন করতে পারেন? গবেষণাপত্রটি সুন্দর মাইক্রোস্কোপি দেখায় কিন্তু ডোমেইন আকার বন্টন বা ওয়েফার-স্কেল সমরূপতার উপর পরিসংখ্যানগত তথ্যের অভাব রয়েছে—শিল্প গ্রহণের জন্য সমালোচনামূলক মেট্রিক্স।
কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: গবেষকদের জন্য: নিখুঁত দ্বিমাত্রিক মাস্কের পিছনে দৌড়ানো বন্ধ করুন। বিভিন্ন সেমিকন্ডাক্টরের জন্য অন্যান্য "স্ব-সমন্বয়কারী" উপাদান ব্যবস্থা (যেমন, MoS২, WS২ ফ্লেক) অন্বেষণ করুন। প্রকৌশলীদের জন্য: তাৎক্ষণিক প্রয়োগ হল মাইক্রো-এলইডি ডিসপ্লেতে, যেখানে বিষম সাবস্ট্রেটে (যেমন সিলিকন ব্যাকপ্লেন) ত্রুটি নিরোধক সর্বোচ্চ গুরুত্বপূর্ণ। এমওসিভিডি টুল নির্মাতাদের সাথে অংশীদারিত্ব করুন যাতে স্ব-সমন্বয় প্রক্রিয়া পরামিতিগুলিকে একটি আদর্শ রেসিপি মডিউলে কোডিফাই করা যায়।
নির্বাচনী এপিট্যাক্সি মাস্কগুলির বিবর্তন বিবেচনা করুন: