1. थर्मल ट्रांजिस्टर का उदय

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स (यूसीएलए) की एक शोध टीम द्वारा विकसित एक क्रांतिकारी थर्मल ट्रांजिस्टर ने तकनीकी प्रगति में अभूतपूर्व प्रगति हासिल की है। यह कंप्यूटर चिप्स के थर्मल प्रबंधन के लिए परमाणु-स्तरीय डिजाइन और आणविक इंजीनियरिंग में अद्वितीय क्षमता रखता है।

यह नया प्रकार का ऑल-सॉलिड-स्टेट थर्मल ट्रांजिस्टर सेमीकंडक्टर घटकों के भीतर ऊष्मा की गति को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए विद्युत क्षेत्र प्रभावों का उपयोग करता है। यह कंप्यूटर चिप्स के थर्मल प्रबंधन के लिए परमाणु-स्तरीय डिज़ाइन और आणविक इंजीनियरिंग में अद्वितीय क्षमता रखता है, साथ ही वर्तमान सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रियाओं के साथ उत्कृष्ट संगतता भी प्रदर्शित करता है।

इस ट्रांजिस्टर ने 1 टेराहर्ट्ज से अधिक की रिकॉर्ड-तोड़ स्विचिंग गति प्राप्त की है और तापीय चालकता में 1300% समायोजन क्षमता प्रदान करता है, जो तापीय चालकता मॉडुलन में पिछली सीमाओं को पार कर गया है।

इस प्रौद्योगिकी को प्रमाणित करने के लिए, विद्युत क्षेत्र के माध्यम से तापीय प्रतिरोध को सटीक रूप से समायोजित करने के लिए स्व-संयोजित आणविक इंटरफेस का उपयोग किया गया, जिससे तापीय गति पर नियंत्रण प्रदर्शित हुआ।

यह स्केलेबल तकनीकी नवाचार न केवल चिप निर्माण और प्रदर्शन में एक महत्वपूर्ण छलांग है, बल्कि आणविक स्तर पर थर्मल प्रबंधन को आगे बढ़ाने की भी संभावना है, जो संभवतः जीवित कोशिकाओं के दायरे तक विस्तारित हो सकता है।

तकनीकी सहायता यूसीएलए नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च फैसिलिटी और सीएनएसआई द्वारा प्रदान की जाती है, जिसमें यूसीएलए लाइब्रेरी के डिजिटल रिसर्च और एजुकेशन डिवीजन और इंस्टीट्यूट फॉर डिजिटल रिसर्च एंड एजुकेशन के एडवांस्ड नेटवर्क इंफ्रास्ट्रक्चर कोऑर्डिनेटिंग इकोसिस्टम से सूचना संसाधन शामिल हैं।

2. ASML की EUV लिथोग्राफी मशीनों का उन्नयन

2023 में, ASML ने अपना पहला हाई-एनए EUV स्कैनर, ट्विनस्कैन EXE:5000, इंटेल को दिया। इस मशीन का सहयोगात्मक विकास 2018 में शुरू हुआ। इंटेल ने 5200 में उच्च-मात्रा उत्पादन के लिए वाणिज्यिक-ग्रेड ट्विनस्कैन EXE:2025 को तैनात करने की योजना बनाई है।

हाई-एनए ईयूवी स्कैनर का 0.55 एनए लेंस 8एनएम रिज़ॉल्यूशन सुनिश्चित करता है, जो 3एनएम और उससे आगे के उन्नत चिप्स के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है। इस अत्याधुनिक उपकरण को अपनाने वाली पहली कंपनी के रूप में, इंटेल को उद्योग मानकों को स्थापित करने में एक रणनीतिक लाभ मिलता है, जो भविष्य में संभावित रूप से सैमसंग और टीएसएमसी जैसे प्रतिस्पर्धियों से आगे निकल सकता है।

हाई-एनए स्कैनर में अद्वितीय क्षमताएं हैं, जिसमें बीम का आकार एक बार फिर आधा हो गया है, जिसके लिए पर्याप्त बुनियादी ढांचे के निवेश की आवश्यकता है। इंटेल द्वारा इस नवीनतम तकनीक को जल्दी अपनाना अधिक उन्नत विनिर्माण तकनीकों को लागू करने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रारंभिक कदम है। ASML ने 20-2027 तक सालाना 2028 हाई-एनए EUV स्कैनर बनाने की प्रतिबद्धता जताई है, जिससे इस तकनीक को भविष्य की प्रगति के लिए आधारशिला के रूप में स्थापित किया जा सके। इंटेल का लक्ष्य खुद को उद्योग के अग्रणी के रूप में स्थापित करना है।

3. एआई-डिज़ाइन किए गए चिप्स

गूगल द्वारा प्रकाशित एक विवादास्पद शोध पत्र में चिप डिजाइन के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता में महत्वपूर्ण प्रगति का दावा किया गया है, जिससे उद्योग जगत में हड़कंप मच गया है।

गूगल का दावा है कि इसकी कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रौद्योगिकी ने इसकी एआई चिप की अंतर्निहित प्रसंस्करण इकाइयों की लेआउट योजना को गति प्रदान की है, जिससे यह कार्य छह घंटे से भी कम समय में पूरा हो गया है, जो मानव विशेषज्ञों की क्षमताओं से कहीं अधिक है।

TPU v5 चिप ने विवाद को जन्म दिया है। Google का दावा है कि इसका उद्देश्य मानव डिजाइनरों की जगह लेना नहीं है, बल्कि यह प्रदर्शित करना है कि AI चिप डिजाइन प्रक्रिया में सहयोग कर सकता है। (अमेरिकी भी इस बात से चिंतित हैं कि AI उनकी नौकरियां छीन लेगा, और Google का कहना है कि वे केवल प्रयोग कर रहे हैं और वास्तव में इसका उपयोग नहीं करेंगे। क्या आप उनकी बात पर विश्वास करते हैं?)

इस अध्ययन की वैधता और इससे जुड़ी चुनौतियों के बारे में सहकर्मी शोधकर्ताओं की शंकाओं के बावजूद, यह तकनीकी नवाचार को आगे बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एक बार जब तकनीक परिपक्व हो जाती है, तो चिप डिजाइन उद्योग का परिदृश्य एक बड़े बदलाव के लिए तैयार हो जाता है।

4. चिप्स के लिए रिवर्स पावर सप्लाई तकनीक

इंटेल रिबनएफईटी के लॉन्च के साथ-साथ एक नई तकनीक, पावरविया को भी सावधानीपूर्वक पेश कर रहा है। पावरविया सिलिकॉन के निचले हिस्से पर पावर इंटरकनेक्ट लगाकर बैकसाइड पावर डिलीवरी का उपयोग करता है, जिसके परिणामस्वरूप 6% आवृत्ति में वृद्धि, अधिक कॉम्पैक्ट डिज़ाइन और पावर अपव्यय में 30% की कमी होती है।

परीक्षण दर्शाते हैं कि लागत में कोई वृद्धि नहीं हुई है और विश्वसनीयता में कोई कमी नहीं आई है। विनिर्माण प्रक्रिया में ड्रिलिंग (टीएसवी) के माध्यम से नैनोस्केल, वाहक वेफर्स की बॉन्डिंग और चिप के निचले भाग में पावर इंटरकनेक्ट स्थापित करना शामिल है। अतिरिक्त जटिलता के बावजूद, इंटेल ने पावर इंटरकनेक्ट के बिना M0 परत को अनुकूलित करके लागत बचत हासिल की।

पावरविया को इंटेल की उत्पादन प्रक्रिया में सफलतापूर्वक एकीकृत किया गया है, जिससे 20 में रिबनएफईटी ट्रांजिस्टर के साथ 2024 ए नोड के लिए रास्ता साफ हो गया है। यह उन्नति इंटेल को नैनोशीट ट्रांजिस्टर और बैकसाइड पावर डिलीवरी में टीएसएमसी और सैमसंग जैसे प्रतिस्पर्धियों से आगे निकलने की स्थिति में ला खड़ा करती है।

5. लेजर एकीकृत चिप

फोटोनिक्स इंटीग्रेटेड सर्किट (PIC) का उपयोग हाई-स्पीड ऑप्टिकल ट्रांसीवर और LIDAR जैसे अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से किया गया है। हालाँकि, सिलिकॉन की सीमित उत्सर्जन दक्षता के कारण सिलिकॉन फोटोनिक्स चिप्स पर लेज़र को एकीकृत करना एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है। बेल्जियम का नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स अनुसंधान केंद्र, इमेक, इस शोध प्रयास का नेतृत्व करता है। फ्लिप-चिप बॉन्डिंग नामक प्रक्रिया में, लेज़र डाई को सब-माइक्रोन सटीकता के साथ ठीक से संरेखित किया जाता है, स्थानांतरित किया जाता है, और सिलिकॉन फोटोनिक्स वेफ़र्स पर बॉन्ड किया जाता है।

वेफर-लेवल सिलिकॉन फोटोनिक्स प्रक्रिया ने 80% तक की युग्मन दक्षता हासिल की है, कुछ अनुप्रयोग उदाहरणों में संतोषजनक 60% तक पहुँच गया है। यह इस दृष्टिकोण की प्रभावशीलता को दर्शाता है।

लेजर डाई को स्थानांतरित करने के लिए कई तरीके हैं। एक तरीका माइक्रो-ट्रांसफर प्रिंटिंग है, जो तेजी से असेंबली और कपलिंग के लिए चिपकने वाले या आणविक बॉन्डिंग का उपयोग करता है। यह विधि उच्च-थ्रूपुट परिदृश्यों में अत्यधिक मूल्यवान है जहां बड़ी संख्या में III-V घटकों को एकीकृत करने की आवश्यकता होती है। वेफर बॉन्डिंग III-V सामग्रियों को सिलिकॉन वेफर्स से जोड़ने की एक और तकनीक है, जो कई उपकरणों की समानांतर प्रसंस्करण की अनुमति देती है और ऑप्टिकल इंटरफेस के लिए उच्च दक्षता प्रदान करती है।

इमेक की तकनीक मोनोलिथिक इंटीग्रेशन है, जिसे नैनो रिज इंजीनियरिंग (एनआरई) के नाम से भी जाना जाता है, जो एक अत्याधुनिक दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता है। यह विधि दोषों को सीमित करने के लिए ट्रेंच कन्फाइनमेंट का उपयोग करती है, जिसका उद्देश्य सिलिकॉन पर III-V सामग्रियों के दोष-मुक्त विकास को प्राप्त करना है।

इमेक की एनआरई प्रौद्योगिकी 300 मिमी सिलिकॉन उत्पादन लाइन पर उच्च गुणवत्ता वाले GaAs-आधारित फोटोडायोड का उत्पादन संभव बनाती है।

फ्लिप-चिप प्रसंस्करण सरलता और लचीलापन प्रदान करता है, लेकिन इसकी अनुक्रमिक प्रकृति उत्पादन दक्षता को सीमित करती है। इसके विपरीत, माइक्रो-ट्रांसफर प्रिंटिंग और वेफर बॉन्डिंग, उच्च लागत की आवश्यकता के बावजूद, प्रति फोटॉन आईसी में कई लेजर की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में उच्च थ्रूपुट और कम लागत क्षमता प्रदर्शित करते हैं। मोनोलिथिक एकीकरण, विशेष रूप से एनआरई, बुनियादी घटकों के लिए सिलिकॉन पर सीधे दोष-मुक्त विकास की मौलिक चुनौती को संबोधित करके एक आशाजनक दिशा प्रस्तुत करता है। इस प्रक्रिया के प्रसार और उन्नति के साथ, यह सिलिकॉन फोटोनिक्स के क्षेत्र में विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा करने के लिए तैयार है।

6. फोटॉन संलयन

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के कॉन्ग्रेव लैब के शोधकर्ता फोटोक्रोमिक तकनीक में अग्रणी हैं, जो आवृत्ति अपकन्वर्जन पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो दो कम ऊर्जा वाले फोटॉनों को एक उच्च ऊर्जा वाले फोटॉन में परिवर्तित करता है। ट्रिपलेट-ट्रिपलेट एनीहिलेशन विधि का उपयोग करके और भारी धातुओं जैसे कि पैलेडियम, इरिडियम या प्लैटिनम के ट्रिपलेट सेंसिटाइजिंग गुणों का लाभ उठाते हुए, रूब्रीन जैसे उत्तेजक पदार्थों के साथ, टीम ने उच्च ऊर्जा वाले फोटॉनों का कुशल उत्सर्जन सफलतापूर्वक हासिल किया है।

यह प्रक्रिया प्रकाश की तरंगदैर्घ्य को उस तरंगदैर्घ्य में परिवर्तित करती है जिसे सिलिकॉन सौर कोशिकाओं द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, जिससे प्रकाश का रंग अनिवार्य रूप से बदल जाता है (रंग बदलने वाली तकनीक)। इस तकनीक को सौर ऊर्जा दक्षता बढ़ाने के लिए लागू किया गया है, जिससे संभावित रूप से इसमें 15-20% की वृद्धि हो सकती है।

इसके अतिरिक्त, शोध प्रयोगों ने अपकन्वर्जन तकनीक के साथ 3D प्रिंटिंग की क्षमता का प्रदर्शन किया है, जो कम-शक्ति वाले लेजर का उपयोग करके विशिष्ट बिंदुओं पर रेजिन के सटीक इलाज की अनुमति देता है। यह एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए नई संभावनाएं प्रदान करता है। ये कम-शक्ति वाले लेजर समानांतर में नैनोस्केल पर वस्तुओं को तेजी से प्रिंट कर सकते हैं, जिससे प्रिंटिंग परिशुद्धता की वर्तमान सीमाओं पर काबू पाया जा सकता है।

यह परिवर्तनकारी तकनीक न केवल सौर ऊर्जा और 3डी प्रिंटिंग में चुनौतियों का समाधान करती है, बल्कि डीप टिश्यू इमेजिंग, ऑप्टोजेनेटिक्स, नाइट विज़न सिस्टम और एंटी-नकली समाधानों सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए भी आशाजनक है। शोधकर्ताओं ने डीप टिश्यू इमेजिंग, ऑप्टोजेनेटिक्स और जीवित ऊतकों के भीतर स्थानीयकृत रासायनिक प्रतिक्रिया अनुप्रयोगों के लिए निकट-अवरक्त प्रकाश आवृत्ति अपकन्वर्जन तकनीक के अनुप्रयोग का पता लगाया है।

कांग्रेव लैब का कार्य विभिन्न उद्योगों में आवृत्ति अपरूपांतरण प्रौद्योगिकी की विविधतापूर्ण और परिवर्तनकारी क्षमता को प्रदर्शित करता है, तथा इसके संभावित अनुप्रयोगों की केवल शुरुआत ही दर्शाता है।

7.चिप-स्केल इलेक्ट्रॉन त्वरक

एर्लांगेन-नूरेमबर्ग विश्वविद्यालय के भौतिकविदों ने चिप के आकार के इलेक्ट्रॉन त्वरक में महत्वपूर्ण प्रगति की है। टीम ने डाइइलेक्ट्रिक सामग्रियों का उपयोग करके चिप पर एक त्वरक बनाया, जिससे 225 नैनोमीटर चौड़ा, 0.5 मिलीमीटर लंबा चैनल बना। सटीक समय पर इंफ्रारेड लेजर पल्स और 733 सिलिकॉन पिलर, जिनमें से प्रत्येक 2 माइक्रोमीटर ऊंचा है, का उपयोग करके वे इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को 43% तक बढ़ाने में सक्षम थे।

यह त्वरक भौतिकी के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण छलांग है। नैनो-फोटोनिक इलेक्ट्रॉन त्वरक का निर्माण इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी जैसी मानक क्लीनरूम तकनीकों का उपयोग करके किया जा सकता है। शोधकर्ताओं का लक्ष्य सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों, मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेज़रों और हल्के डार्क मैटर की खोज में अनुप्रयोगों का पता लगाने के लिए कॉम्पैक्ट त्वरक विकसित करना है।

8.उच्च गति वाले अर्धचालकों के लिए नई सामग्री

वैज्ञानिकों ने Re6Se8Cl2 नामक एक ऐसी चीज़ की खोज की है, जिसके बारे में दावा किया जाता है कि यह अब तक की सबसे तेज़ और सबसे कुशल अर्धचालक सामग्री है। यह सामग्री रेनियम, सेलेनियम और क्लोरीन से बनी है, जो "सुपरएटम" के रूप में जाने जाने वाले समूहों का निर्माण करती है। ये सुपरएटम एक अनूठी संरचना बनाते हैं, जहाँ बंधे हुए एक्साइटन (इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े) बिखराव की स्थिति के बजाय फोनोन के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ध्वनिक एक्साइटन-पोलरॉन नामक नए क्वासिपार्टिकल बनते हैं।

इस नवीन सुपर सेमीकंडक्टर की कुछ प्रमुख विशेषताएं इस प्रकार हैं:

★ Re6Se8Cl2 निरंतर कमरे के तापमान पर बैलिस्टिक एक्साइटन गति प्रदर्शित करता है, जिसमें ध्वनिक एक्साइटन-पोलरोन की गति की गति सिलिकॉन में इलेक्ट्रॉनों की गति से दोगुनी होती है।

★ पारंपरिक अर्धचालकों के विपरीत, जहां इलेक्ट्रॉन कम दूरी पर बिखर जाते हैं, Re6Se8Cl2 में एक्साइटन-पोलरॉन नैनोसेकंड के भीतर कई माइक्रोमीटर की दूरी तय करते हैं, जो असाधारण गति प्रदर्शन दर्शाता है।

★ यह अर्धचालक विद्युत धारा के बजाय प्रकाश नियंत्रण के आधार पर संचालित होता है, तथा फेमटोसेकंड श्रेणी में प्रसंस्करण गति प्राप्त करता है, जो वर्तमान में उपलब्ध गीगाहर्ट्ज़ श्रेणी के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की तुलना में काफी तेज है।

★ Re6Se8Cl2 एक वैन डेर वाल्स पदार्थ है और सुपरएटॉमिक सेमीकंडक्टर परिवार का हिस्सा है। हालाँकि, रेनियम एक दुर्लभ तत्व है, इसलिए शोधकर्ता समान गुणों वाले वैकल्पिक पदार्थों की तलाश कर रहे हैं।

★ ध्वनिक एक्साइटन-पोलरॉन अपरंपरागत सामग्रियों में लंबी दूरी की ऊर्जा हस्तांतरण प्राप्त करने के लिए एक नवीन विधि प्रदान करते हैं, जो पारंपरिक अर्धचालक उपयोगों से परे उनके अनुप्रयोग का विस्तार करते हैं।

★ इलेक्ट्रॉनों के बजाय एक्साइटन का उपयोग कुशल फोटोडिटेक्टर के रूप में काम कर सकता है या ऊर्जा दक्षता और प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए कंप्यूटिंग में अनुप्रयोग पा सकता है। संभावित उपकरणों में "बैलिस्टिक ट्रांजिस्टर" शामिल हैं।

शोधकर्ताओं ने इस बात पर जोर दिया कि एक्साइटन इलेक्ट्रॉनों की तरह सूचना और ऊर्जा ले जाते हैं, लेकिन वे वर्तमान सेमीकंडक्टर उद्योग हार्डवेयर के साथ सीधे संगत नहीं हो सकते हैं। ये निष्कर्ष अद्वितीय कार्यक्षमताओं के साथ उन्नत सेमीकंडक्टर उपकरणों को डिजाइन करने के लिए नए रास्ते खोलते हैं।

यहां कई नई अवधारणाएं हैं, इसलिए आइए कुछ स्पष्टीकरण जोड़ें:

एक्साइटन्स

एक्साइटॉन एक अर्धकण है जिसका उपयोग ठोस अवस्था भौतिकी में एक ऐसी प्रणाली का वर्णन करने के लिए किया जाता है, जहां एक इलेक्ट्रॉन और एक छिद्र (एक धनात्मक आवेशित रिक्तिका) एक क्रिस्टलीय पदार्थ के भीतर कूलॉम बलों के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं।

हम कहते हैं

फोनोन, जाली कम्पन की क्वांटाइज्ड इकाई है, जो क्रिस्टल जाली में कम्पन की सामान्य विधा से जुड़ी ऊर्जा की सबसे छोटी मात्रा को दर्शाता है, जैसा कि क्वांटम यांत्रिकी में वर्णित है।

सुपरएटम्स

सुपरएटम कई परमाणुओं से बनी स्थिर संरचनात्मक इकाइयाँ हैं जो एकल परमाणुओं के समान गुण प्रदर्शित करती हैं। उनके भौतिक और रासायनिक गुण घटक परमाणुओं की संख्या, उनकी संरचना और संरचना के साथ भिन्न होते हैं।

क्वासिपार्टिकल्स

क्वासिपार्टिकल एक नया कण-जैसा राज्य है जो अंतःक्रियाओं के कारण विशिष्ट परिस्थितियों में अस्थायी रूप से बनता है, जो सामान्य मूलभूत कणों से अलग सामूहिक गुण प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, सुपरकंडक्टर में, इलेक्ट्रॉनों और फोनोन के बीच अंतःक्रिया से कूपर जोड़े बन सकते हैं, जो सुपरकंडक्टर के भीतर पारंपरिक इलेक्ट्रॉनों के समान कार्य करने वाले आवेशित बोसॉन होते हैं। इस प्रकार, कूपर जोड़े को क्वासिपार्टिकल माना जा सकता है।

9.अर्धचालकों में स्थिरता के मुद्दे: गैलियम नाइट्राइड बनाम सिलिकॉन कार्बाइड

पारंपरिक सिलिकॉन तकनीक की तुलना में गैलियम नाइट्राइड (GaN) और सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सेमीकंडक्टर के लाभों के कारण, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र एक महत्वपूर्ण परिवर्तन से गुजर रहा है। 2001 के आसपास, GaN-आधारित यौगिक सेमीकंडक्टर ने प्रकाश उद्योग में एक क्रांतिकारी बदलाव को जन्म दिया, जिसने वैश्विक GaN-आधारित LED प्रकाश बाजार के 50% से अधिक हिस्से पर कब्ज़ा कर लिया। इस बदलाव ने न केवल प्रकाश बिजली की खपत को 30% से 40% तक कम किया, बल्कि पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक क्रांतिकारी बदलावों की नींव भी रखी। GaN और SiC अपनी बेहतर दक्षता और कार्यक्षमता के साथ महत्वपूर्ण पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में सिलिकॉन के प्रतिस्थापन में महत्वपूर्ण योगदान दे रहे हैं। ये सामग्रियाँ ऊर्जा की बर्बादी को कम करती हैं और पर्याप्त पर्यावरणीय लाभ लाती हैं।

ये नई तकनीकी प्रगति, सेमीकंडक्टर उद्योग को आकार देने के साथ-साथ आने वाले वर्षों के लिए इसके विकास पथ को भी उजागर करती है। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी की सीमाओं को लगातार आगे बढ़ाया जा रहा है, एकमात्र स्थिर चीज निरंतर नवाचार है।