এই প্রক্রিয়াটির নামকরণ করা হয়েছিল অসামান্য পোলিশ বিজ্ঞানী এবং রাশিয়ান সাম্রাজ্যের নাগরিক, জ্যান জোক্রালস্কির নামে, যিনি এটি 1915 সালে আবার আবিষ্কার করেছিলেন। আবিষ্কারটি দুর্ঘটনাক্রমে ঘটেছিল, যদিও ক্রিস্টালের প্রতি Czochralski এর আগ্রহ অবশ্যই দুর্ঘটনাজনিত ছিল না, কারণ তিনি ভূতত্ত্ব খুব নিবিড়ভাবে অধ্যয়ন করেছিলেন।
আবেদন
সম্ভবত এই পদ্ধতির প্রয়োগের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ক্ষেত্র হল শিল্প, বিশেষ করে ভারী শিল্প। শিল্পে, এটি এখনও কৃত্রিমভাবে ধাতু এবং অন্যান্য পদার্থকে স্ফটিক করতে ব্যবহৃত হয়, যা অন্য কোনও উপায়ে অর্জন করা যায় না। এই বিষয়ে, পদ্ধতিটি তার প্রায় সম্পূর্ণ অ-বিকল্পতা এবং বহুমুখিতা প্রমাণ করেছে।
সিলিকন
মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন - মনো-সি। এর আরেকটি নামও আছে। Czochralski পদ্ধতিতে জন্মানো সিলিকন - Cz-Si। সেটা হল Czochralski সিলিকন। এটি কম্পিউটার, টেলিভিশন, মোবাইল ফোন এবং সব ধরনের ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতি এবং সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসে ব্যবহৃত ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট তৈরির প্রধান উপাদান। সিলিকন স্ফটিকপ্রচলিত মনো-সি সৌর কোষ উৎপাদনের জন্য ফটোভোলটাইক শিল্প দ্বারা প্রচুর পরিমাণে ব্যবহৃত হয়। কাছাকাছি-নিখুঁত স্ফটিক কাঠামো সিলিকনকে সর্বোচ্চ আলো-থেকে-বিদ্যুৎ রূপান্তর দক্ষতা দেয়৷
গলে যাওয়া
উচ্চ-বিশুদ্ধতার অর্ধপরিবাহী সিলিকন (প্রতি মিলিয়ন অমেধ্য মাত্র কয়েকটি অংশ) একটি ক্রুসিবলে 1425 °C (2.597 °F, 1.698 K), সাধারণত কোয়ার্টজ দিয়ে গলে যায়। বোরন বা ফসফরাসের মতো ডোপান্ট অপরিষ্কার পরমাণুগুলি ডোপিংয়ের জন্য গলিত সিলিকনে সুনির্দিষ্ট পরিমাণে যোগ করা যেতে পারে, যার ফলে এটি বিভিন্ন ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্য সহ p- বা n-টাইপ সিলিকনে পরিবর্তন হয়। একটি সুনির্দিষ্টভাবে ভিত্তিক রড-বীজ স্ফটিক গলিত সিলিকনে নিমজ্জিত হয়। বীজ স্ফটিকের কান্ড ধীরে ধীরে উপরে উঠে এবং একই সময়ে ঘোরে। তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট, আঁকার গতি এবং ঘূর্ণন গতির সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে, একটি বড় একক স্ফটিক বিলেট গলে যাওয়া থেকে সরানো যেতে পারে। তাপমাত্রা এবং বেগ ক্ষেত্রগুলি পরীক্ষা এবং কল্পনা করে গলাতে অবাঞ্ছিত অস্থিরতার ঘটনা এড়ানো যায়। এই প্রক্রিয়াটি সাধারণত আর্গনের মতো জড় বায়ুমণ্ডলে, কোয়ার্টজের মতো জড় কক্ষে সম্পাদিত হয়।
শিল্পগত সূক্ষ্মতা
ক্রিস্টালের সাধারণ বৈশিষ্ট্যের কার্যকারিতার কারণে, সেমিকন্ডাক্টর শিল্প প্রমিত আকারের স্ফটিক ব্যবহার করে। প্রারম্ভিক দিনগুলিতে, তাদের বাউলগুলি ছোট ছিল, মাত্র কয়েক ইঞ্চিপ্রস্থ উন্নত প্রযুক্তির সাথে, উচ্চ মানের ডিভাইস নির্মাতারা 200 মিমি এবং 300 মিমি ব্যাসের প্লেট ব্যবহার করে। প্রস্থ সঠিক তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ, ঘূর্ণন গতি এবং বীজ ধারক অপসারণের গতি দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। এই প্লেটগুলি থেকে যে স্ফটিক ইঙ্গটগুলি কাটা হয় তা 2 মিটার পর্যন্ত লম্বা এবং কয়েকশ কিলোগ্রাম ওজনের হতে পারে। বড় ওয়েফারগুলি আরও ভাল উত্পাদন দক্ষতার জন্য অনুমতি দেয় কারণ প্রতিটি ওয়েফারে আরও চিপ তৈরি করা যেতে পারে, তাই স্থিতিশীল ড্রাইভ সিলিকন ওয়েফারগুলির আকার বাড়িয়েছে। পরবর্তী ধাপ, 450 মিমি, বর্তমানে 2018 সালে চালু হওয়ার কথা রয়েছে। সিলিকন ওয়েফারগুলি সাধারণত প্রায় 0.2-0.75 মিমি পুরু হয় এবং সৌর কোষ তৈরির জন্য ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট বা টেক্সচারিং তৈরি করতে একটি বড় সমতলতায় পালিশ করা যেতে পারে৷
হিটিং
প্রক্রিয়াটি শুরু হয় যখন চেম্বারটি প্রায় 1500 ডিগ্রি সেলসিয়াসে উত্তপ্ত হয়, সিলিকন গলে যায়। যখন সিলিকন সম্পূর্ণরূপে গলে যায়, তখন ঘূর্ণায়মান শ্যাফ্টের প্রান্তে লাগানো একটি ছোট বীজ স্ফটিক ধীরে ধীরে নীচে নেমে আসে যতক্ষণ না এটি গলিত সিলিকনের পৃষ্ঠের নীচে থাকে। খাদ ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে ঘোরে এবং ক্রুসিবল ঘড়ির কাঁটার দিকে ঘোরে। ঘূর্ণায়মান রডটিকে খুব ধীরে ধীরে উপরের দিকে টানানো হয় - একটি রুবি ক্রিস্টাল তৈরিতে প্রতি ঘন্টায় প্রায় 25 মিমি গতিতে - একটি মোটামুটি নলাকার বাউল তৈরি করতে। ক্রুসিবলের সিলিকনের পরিমাণের উপর নির্ভর করে বাউলটি এক থেকে দুই মিটার পর্যন্ত হতে পারে।
বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা
সিলিকনের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি এটি গলানোর আগে এটিতে ফসফরাস বা বোরনের মতো উপাদান যোগ করে সামঞ্জস্য করা হয়। যোগ করা উপাদানটিকে ডোপ্যান্ট বলা হয় এবং প্রক্রিয়াটিকে ডোপিং বলা হয়। এই পদ্ধতিটি সিলিকন ব্যতীত অর্ধপরিবাহী পদার্থের সাথেও ব্যবহৃত হয়, যেমন গ্যালিয়াম আর্সেনাইড।
বৈশিষ্ট্য ও সুবিধা
যখন Czochralski পদ্ধতিতে সিলিকন জন্মানো হয়, তখন গলিত সিলিকা ক্রুসিবলের মধ্যে থাকে। বৃদ্ধির সময়, ক্রুসিবলের দেয়ালগুলি দ্রবীভূত হয়ে যায় এবং ফলস্বরূপ পদার্থটি 1018 সেমি -3 এর একটি সাধারণ ঘনত্বে অক্সিজেন ধারণ করে। অক্সিজেন অমেধ্য উপকারী বা ক্ষতিকারক প্রভাব থাকতে পারে। সাবধানে বাছাই করা অ্যানিলিং শর্ত অক্সিজেন জমার গঠনের দিকে নিয়ে যেতে পারে। তারা আশেপাশের সিলিকনের বিশুদ্ধতা উন্নত করে গেটারিং নামে পরিচিত একটি প্রক্রিয়ায় অবাঞ্ছিত ট্রানজিশন ধাতুর অমেধ্য ক্যাপচারকে প্রভাবিত করে। যাইহোক, অনিচ্ছাকৃত জায়গায় অক্সিজেন জমার গঠনও বৈদ্যুতিক কাঠামো ধ্বংস করতে পারে। উপরন্তু, অক্সিজেন অমেধ্য ডিভাইস প্রক্রিয়াকরণের সময় প্রবর্তিত হতে পারে এমন কোনো স্থানচ্যুতিকে স্থির করে সিলিকন ওয়েফারের যান্ত্রিক শক্তি উন্নত করতে পারে। 1990 এর দশকে, এটি পরীক্ষামূলকভাবে দেখানো হয়েছিল যে উচ্চ অক্সিজেন ঘনত্ব কঠোর বিকিরণ পরিবেশে (যেমন CERN-এর LHC/HL-LHC প্রকল্পগুলি) ব্যবহৃত সিলিকন কণা আবিষ্কারকগুলির বিকিরণ কঠোরতার জন্যও উপকারী। অতএব, Czochralski-উত্থিত সিলিকন বিকিরণ ডিটেক্টরকে ভবিষ্যতের অনেক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থী হিসাবে বিবেচনা করা হয়।উচ্চ শক্তি পদার্থবিদ্যা পরীক্ষা. এটাও দেখা গেছে যে সিলিকনে অক্সিজেনের উপস্থিতি ইমপ্লান্টেশন-পরবর্তী অ্যানিলিং প্রক্রিয়ায় অপবিত্রতা গ্রহণকে বাড়িয়ে দেয়।
প্রতিক্রিয়া সমস্যা
তবে, অক্সিজেনের অমেধ্য আলোকিত পরিবেশে বোরনের সাথে বিক্রিয়া করতে পারে। এটি একটি বৈদ্যুতিকভাবে সক্রিয় বোরন-অক্সিজেন কমপ্লেক্স গঠনের দিকে পরিচালিত করে, যা কোষের কার্যক্ষমতা হ্রাস করে। আলোকসজ্জার প্রথম কয়েক ঘণ্টায় মডিউল আউটপুট প্রায় 3% কমে যায়।
ভলিউম হিমায়িত হওয়ার ফলে সলিড স্ফটিক অপরিষ্কার ঘনত্ব পৃথকীকরণ সহগ বিবেচনা করে পাওয়া যেতে পারে।
ক্রমবর্ধমান স্ফটিক
ক্রিস্টাল গ্রোথ হল এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে স্ফটিক জালিতে তাদের অবস্থানে থাকা অণু বা আয়নের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে একটি প্রাক-বিদ্যমান স্ফটিক বড় হয়, বা একটি দ্রবণ একটি স্ফটিকে পরিণত হয় এবং আরও বৃদ্ধি প্রক্রিয়া করা হয়। Czochralski পদ্ধতি এই প্রক্রিয়ার একটি রূপ। একটি ক্রিস্টালকে পরমাণু, অণু বা আয়ন হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যা একটি ক্রমানুসারে সাজানো, পুনরাবৃত্তি করা প্যাটার্ন, একটি স্ফটিক জালি যা তিনটি স্থানিক মাত্রার মধ্য দিয়ে প্রসারিত হয়। এইভাবে, স্ফটিকগুলির বৃদ্ধি একটি তরল ড্রপের বৃদ্ধির থেকে আলাদা যে বৃদ্ধির সময়, অণু বা আয়নগুলিকে অবশ্যই জালির সঠিক অবস্থানে পড়তে হবে যাতে একটি আদেশকৃত স্ফটিক বৃদ্ধি পায়। এটি একটি অত্যন্ত আকর্ষণীয় প্রক্রিয়া যা বিজ্ঞানকে অনেক আকর্ষণীয় আবিষ্কার দিয়েছে, যেমন জার্মেনিয়ামের বৈদ্যুতিন সূত্র।
স্ফটিক বৃদ্ধির প্রক্রিয়াটি বিশেষ ডিভাইসগুলির জন্য সঞ্চালিত হয় - ফ্লাস্ক এবং গ্রেটিং, যেখানে একটি পদার্থের স্ফটিককরণ প্রক্রিয়ার প্রধান অংশটি ঘটে। ধাতু, খনিজ এবং অন্যান্য অনুরূপ পদার্থের সাথে কাজ করে এমন প্রায় প্রতিটি উদ্যোগে এই ডিভাইসগুলি প্রচুর সংখ্যায় বিদ্যমান। উৎপাদনে স্ফটিক নিয়ে কাজ করার প্রক্রিয়া চলাকালীন, অনেক গুরুত্বপূর্ণ আবিষ্কার করা হয়েছিল (উদাহরণস্বরূপ, উপরে উল্লিখিত জার্মেনিয়ামের বৈদ্যুতিন সূত্র)।
উপসংহার
এই নিবন্ধটি যে পদ্ধতিতে উৎসর্গ করা হয়েছে তা আধুনিক শিল্প উৎপাদনের ইতিহাসে একটি বড় ভূমিকা পালন করেছে। তাকে ধন্যবাদ, মানুষ অবশেষে শিখেছে কিভাবে সিলিকন এবং অন্যান্য অনেক পদার্থের পূর্ণাঙ্গ স্ফটিক তৈরি করতে হয়। প্রথম পরীক্ষাগার অবস্থার মধ্যে, এবং তারপর একটি শিল্প স্কেলে। মহান পোলিশ বিজ্ঞানী দ্বারা আবিষ্কৃত একক স্ফটিক বৃদ্ধির পদ্ধতি এখনও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়৷
