ನವದೆಹಲಿ: ಆಧುನಿಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್, ಸ್ಮಾರ್ಟ್ಫೋನ್ಗಳು, ಕೃತಕ ಬುದ್ಧಿಮತ್ತೆ (AI), ರಕ್ಷಣೆ ಮತ್ತು ಆಟೋಮೊಬೈಲ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಹೃದಯಭಾಗವಾಗಿರುವ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳು (ಅರ್ಧವಾಹಕಗಳು) ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕಗಳು (Conductors) ಮತ್ತು ಅವಾಹಕಗಳ (Insulators) ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಚಿಪ್ಗಳ ದಕ್ಷತೆ, ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಮತ್ತು ಗಾತ್ರವನ್ನು ಅವುಗಳ ಕಚ್ಚಾವಸ್ತುಗಳು, ಫ್ಯಾಬ್ರಿಕೇಶನ್ ವಿಧಾನಗಳು, ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ವಾಸ್ತುಶಿಲ್ಪ ಹಾಗೂ ಪ್ಯಾಕೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತವೆ.
೧. ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುಗಳ ವರ್ಗೀಕರಣ ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು:
| ವಸ್ತು (Material) | ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ ಶಕ್ತಿ (eV) | ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಲನಶೀಲತೆ (cm²/V·s) | ಪ್ರಮುಖ ಅನ್ವಯಗಳು / ಬಳಕೆಗಳು |
| ಸಿಲಿಕಾನ್ (Silicon – Si) | ೧.೧೨ eV | ೧,೪೦೦ | ಸಾಮಾನ್ಯ ಬಳಕೆಯ ಮೈಕ್ರೋಪ್ರೊಸೆಸರ್ಗಳು, ಮೆಮೊರಿ ಚಿಪ್ಗಳು (DRAM/NAND), ಅನಲಾಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು. |
| ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Germanium – Ge) | ೦.೬೬ eV | ೩,೯೦೦ | ಅತಿವೇಗದ ಫೋಟೊಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಗಳು, ಫೈಬರ್ ಆಪ್ಟಿಕ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆ, ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ ಆಪ್ಟಿಕ್ಸ್. |
| ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆರ್ಸಿನೈಡ್ (GaAs) | ೧.೪೨ eV | ೮,೫೦೦ | ರೇಡಿಯೋ ಫ್ರೀಕ್ವೆನ್ಸಿ (RF) ಘಟಕಗಳು, ಉಪಗ್ರಹ ಸಂವಹನ, ಆಪ್ಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್. |
| ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ (SiC) | ೩.೨೬ eV | ೯೦೦ | ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳ (EV) ಪವರ್ ಡ್ರೈವ್, ಹೈ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಪವರ್ ಗ್ರಿಡ್ಗಳು, ರೈಲ್ವೆ ಟ್ರಾಕ್ಷನ್. |
| ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ನೈಟ್ರೈಡ್ (GaN) | ೩.೪೦ eV | ೨,೦೦೦ | ಕಾಂಪ್ಯಾಕ್ಟ್ ಫಾಸ್ಟ್ ಚಾರ್ಜರ್ಗಳು, ಮಿಲಿಟರಿ ರೇಡಾರ್ಗಳು, ಹೈ-ಪವರ್ ಎಲ್ಇಡಿ (LED) ವ್ಯವಸ್ಥೆ. |
೨. ಚಿಪ್ ಉತ್ಪಾದನೆ ಮತ್ತು ಫ್ಯಾಬ್ರಿಕೇಶನ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ (Fabrication Process):
-
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಇಂಗಾಟ್ (Silicon Ingot): ಝೊಕ್ರಾಲ್ಸ್ಕಿ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ (Czochralski process) ಮೂಲಕ ಕರಗಿದ ಶುದ್ಧ ಸಿಲಿಕಾನ್ನಿಂದ ಬೆಳೆಸಲಾಗುವ ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕ ಸಿಲಿಂಡರಾಕಾರದ ರಚನೆ.
-
ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್ (Silicon Wafer): ಸಿಲಿಕಾನ್ ಇಂಗಾಟ್ನಿಂದ ತೆಳುವಾಗಿ ಕತ್ತರಿಸಲಾದ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಡಿಸ್ಕ್; ಇದರ ಮೇಲೆಯೇ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಮುದ್ರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
-
ಫೋಟೊಲಿಥೋಗ್ರಫಿ (Photolithography): ಫೋಟೊರೆಸಿಸ್ಟ್ ಲೇಪಿತ ವೇಫರ್ ಮೇಲೆ ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲಕ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ವಿನ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಮುದ್ರಿಸುವ ಮುದ್ರಣ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ.
-
DUV (ಡೀಪ್ ಅಲ್ಟ್ರಾವೈಲೆಟ್): 193 nm ಅಥವಾ 248 nm ತರಂಗಾಂತರದ ಬೆಳಕನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ವಿಧಾನ (ಮಧ್ಯಮ ಶ್ರೇಣಿಯ ಚಿಪ್ಗಳಿಗೆ).
-
EUV (ಎಕ್ಸ್ಟ್ರೀಮ್ ಅಲ್ಟ್ರಾವೈಲೆಟ್): 13.5 nm ನಷ್ಟು ಅತಿ ಕಡಿಮೆ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಬಳಸುವ ಅತ್ಯಾಧುನಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆ (7 nm ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಗಾತ್ರದ ಅತಿ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಚಿಪ್ಗಳಿಗೆ ಅನಿವಾರ್ಯ).
-
-
ಡೋಪಿಂಗ್ (Doping): ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲು ಬೋರಾನ್ (p-type) ಅಥವಾ ರಂಜಕ/ಫಾಸ್ಫರಸ್ (n-type) ನಂತಹ ಕಲ್ಮಶಗಳನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿತವಾಗಿ ಸೇರಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ.
-
ಎಚಿಂಗ್ (Etching): ವೇಫರ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಅನಗತ್ಯ ಭಾಗಗಳನ್ನು ರಾಸಾಯನಿಕ (Wet) ಅಥವಾ ಅನಿಲ/ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ (Dry) ಮೂಲಕ ತೆಗೆದು ಚಡಿಗಳು ಮತ್ತು ಲೈನ್ಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವುದು.
-
ಕ್ಲೀನ್ರೂಮ್ (Cleanroom): ಧೂಳಿನ ಕಣಗಳೇ ಇಲ್ಲದಂತೆ ಕಠಿಣವಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾದ ಕಾರ್ಖಾನೆ ವಾತಾವರಣ (ISO Class 1 ದರ್ಜೆ).
೩. ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ವಿನ್ಯಾಸಗಳ ವಿಕಾಸ (Evolution of Transistors):
ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು ಚಿಪ್ಗಳ ಒಳಗಿರುವ ಆನ್/ಆಫ್ ಸ್ವಿಚ್ಗಳಂತೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಅವುಗಳ ಗಾತ್ರ ಕಿರಿದಾದಂತೆ ಕರೆಂಟ್ ಸೋರಿಕೆಯನ್ನು (Current Leakage) ತಡೆಯಲು ವಿನ್ಯಾಸಗಳು ಬದಲಾಗಿವೆ:
| ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಪ್ರಕಾರ | ರಚನೆ ಮತ್ತು ಗೇಟ್ ನಿಯಂತ್ರಣ | ಸೂಕ್ತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ನೋಡ್ಗಳು (Process Nodes) |
| ಪ್ಲಾನರ್ MOSFET | ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸಮತಟ್ಟಾದ 2D ಚಾನಲ್; ಗೇಟ್ ಚಾನಲ್ನ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಇರುತ್ತದೆ. | ೨೮ nm ಮತ್ತು ಅದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಹಳೆಯ ನೋಡ್ಗಳು. |
| ಫಿನ್ಫೆಟ್ (FinFET) | ೩D ಲಂಬ ರೆಕ್ಕೆಯಂತಹ (Fin) ಚಾನಲ್; ಗೇಟ್ ಮೂರು ಬದಿಗಳಿಂದ ಚಾನಲ್ ಅನ್ನು ಆವರಿಸುತ್ತದೆ. | ೨೨ nm ನಿಂದ ೩ nm ವರೆಗಿನ ನೋಡ್ಗಳು. |
| ಗಾಫೆಟ್ (GAAFET) | ಅಡ್ಡಲಾಗಿ ಜೋಡಿಸಲಾದ ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್ಗಳು; ಗೇಟ್ ಚಾನಲ್ ಅನ್ನು ನಾಲ್ಕೂ ಬದಿಗಳಿಂದ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸುತ್ತುವರಿಯುತ್ತದೆ. | ೩ nm ಮತ್ತು ಅದಕ್ಕಿಂತ ಕೆಳಗಿನ ಅತ್ಯಾಧುನಿಕ ನೋಡ್ಗಳು. |
೪. ಚಿಪ್ ವಿನ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ವಾಸ್ತುಶಿಲ್ಪ (Chip Design & Architecture):
-
IC (ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್): ಒಂದೇ ಸಿಲಿಕಾನ್ ತುಂಡಿನ ಮೇಲೆ ನಿರ್ಮಿಸಲಾದ ಸಾವಿರಾರು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಘಟಕಗಳ ಏಕಶಿಲಾ ಜೋಡಣೆ.
-
SoC (ಸಿಸ್ಟಮ್ ಆನ್ ಚಿಪ್): CPU, GPU, ಮೆಮೊರಿ ಕಂಟ್ರೋಲರ್ ಮತ್ತು ವೈರ್ಲೆಸ್ ರೇಡಿಯೋಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಸಂಪೂರ್ಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯುಳ್ಳ ಒಂದೇ ಚಿಪ್ (ಉದಾ: ಸ್ಮಾರ್ಟ್ಫೋನ್ ಪ್ರೊಸೆಸರ್ಗಳು).
-
ASIC: ಕೃತಕ ಬುದ್ಧಿಮತ್ತೆ (AI) ಅಥವಾ ಕ್ರಿಪ್ಟೋಗ್ರಫಿಯಂತಹ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಕಾರ್ಯಕ್ಕಾಗಿ ಮಾತ್ರ ವಿಶೇಷವಾಗಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾದ ಚಿಪ್.
-
FPGA: ಚಿಪ್ ತಯಾರಿಕೆಯ ನಂತರವೂ ಬಳಕೆದಾರರು ತಮ್ಮ ಅಗತ್ಯಕ್ಕೆ ತಕ್ಕಂತೆ ಪ್ರೋಗ್ರಾಂ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್.
-
EDA (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಡಿಸೈನ್ ಆಟೋಮೇಷನ್): ಚಿಪ್ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ನಲ್ಲಿ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಮತ್ತು ಲೇಔಟ್ ಮಾಡಲು ಬಳಸುವ ಸಾಫ್ಟ್ವೇರ್ ಸೂಟ್.
-
ISA (ಇನ್ಸ್ಟ್ರಕ್ಷನ್ ಸೆಟ್ ಆರ್ಕಿಟೆಕ್ಚರ್): ಹಾರ್ಡ್ವೇರ್ ಮತ್ತು ಸಾಫ್ಟ್ವೇರ್ ನಡುವಿನ ಸಂವಹನ ಭಾಷೆ (ಉದಾ: x86, ARM, ಮತ್ತು ಮುಕ್ತ ಮೂಲದ RISC-V).
೫. ಆಧುನಿಕ ಪ್ಯಾಕೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳು (Advanced Packaging):
-
ಚಿಪ್ಲೆಟ್ (Chiplet): ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಕಾರ್ಯಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುವ ಸಣ್ಣ ಸಣ್ಣ ಚಿಪ್ ತುಂಡುಗಳನ್ನು ಒಟ್ಟಾಗಿ ಜೋಡಿಸಿ ಒಂದೇ ಶಕ್ತಿಶಾಲಿ ಪ್ರೊಸೆಸರ್ ಆಗಿ ರೂಪಿಸುವ ಮಾಡ್ಯುಲರ್ ವಿಧಾನ.
-
TSV (ಥ್ರೂ-ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಯಾ): ಚಿಪ್ಗಳನ್ನು ಒಂದರ ಮೇಲೊಂದು ಜೋಡಿಸಿದಾಗ (3D Stacking) ಅವುಗಳ ನಡುವೆ ಅತಿವೇಗದ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಪರ್ಕ ಕಲ್ಪಿಸಲು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈ ಮೂಲಕ ಕೊರೆಯಲಾಗುವ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಲಂಬ ಮಾರ್ಗ.
-
2.5D ಮತ್ತು 3D ಪ್ಯಾಕೇಜಿಂಗ್: ಚಿಪ್ಲೆಟ್ಗಳನ್ನು ಅಕ್ಕಪಕ್ಕದಲ್ಲಿ ಇಂಟರ್ಪೋಸರ್ ಮೇಲೆ ಜೋಡಿಸುವುದು (2.5D) ಅಥವಾ TSV ಬಳಸಿ ನೇರವಾಗಿ ಒಂದರ ಮೇಲೊಂದನ್ನು ಲಂಬವಾಗಿ ಜೋಡಿಸುವುದು (3D).
೬. ಜಾಗತಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಉದ್ಯಮ ಮಾದರಿಗಳು:
-
IDM (ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಡಿವೈಸ್ ಮ್ಯಾನುಫ್ಯಾಕ್ಚರರ್): ಚಿಪ್ ವಿನ್ಯಾಸ, ಉತ್ಪಾದನೆ (ಫ್ಯಾಬ್), ಪರೀಕ್ಷೆ ಮತ್ತು ಪ್ಯಾಕೇಜಿಂಗ್ ಎಲ್ಲವನ್ನೂ ಸ್ವತಃ ನಿರ್ವಹಿಸುವ ಕಂಪನಿ (ಉದಾ: ಇಂಟೆಲ್, ಸ್ಯಾಮ್ಸಂಗ್).
-
ಫ್ಯಾಬ್ಲೆಸ್ (Fabless): ಕೇವಲ ಚಿಪ್ ವಿನ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ಮಾರ್ಕೆಟಿಂಗ್ ಮಾತ್ರ ಮಾಡಿ, ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಹೊರಗುತ್ತಿಗೆ ನೀಡುವ ಕಂಪನಿ (ಉದಾ: ಕ್ವಾಲ್ಕಾಮ್, ಎನ್ವಿಡಿಯಾ, ಎಎಂಡಿ).
-
ಪ್ಯೂರ್-ಪ್ಲೇ ಫೌಂಡ್ರಿ (Pure-play Foundry): ಸ್ವಂತ ಚಿಪ್ ವಿನ್ಯಾಸ ಮಾಡದೆ, ಕೇವಲ ಬಾಹ್ಯ ಕ್ಲೈಂಟ್ಗಳಿಗಾಗಿ ಚಿಪ್ ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಕಾರ್ಖಾನೆ (ಉದಾ: ತೈವಾನ್ನ TSMC).
-
OSAT (ಔಟ್ಸೋರ್ಸ್ಡ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿ & ಟೆಸ್ಟ್): ವೇಫರ್ನಿಂದ ಕತ್ತರಿಸಿದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈಗಳನ್ನು ಪ್ಯಾಕೇಜ್ ಮಾಡಿ, ಜೋಡಿಸಿ ಪರೀಕ್ಷಿಸುವ ತೃತೀಯ ಸೇವಾ ಸಂಸ್ಥೆಗಳು.
ಪರೀಕ್ಷಾ ದೃಷ್ಟಿಯಿಂದ ಪ್ರಮುಖಾಂಶಗಳು:
| ವಿಷಯ / ನಿಯಮ | ವಿವರಣೆ / ಪರೀಕ್ಷಾ ಮಹತ್ವ |
| ಮೂರ್ಸ್ ಲಾ (Moore’s Law) | ಮೈಕ್ರೋಚಿಪ್ನಲ್ಲಿರುವ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯು ಸರಿಸುಮಾರು ಪ್ರತಿ ೨ ವರ್ಷಗಳಿಗೊಮ್ಮೆ ದುಪ್ಪಟ್ಟಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬ ಪ್ರಸಿದ್ಧ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವೀಕ್ಷಣೆ. |
| PPA ನಿಯತಾಂಕಗಳು | Power, Performance, Area – ವಿದ್ಯುತ್ ಬಳಕೆ, ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ವೇಗ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ. |
| Yield (ಇಳುವರಿ) | ವೇಫರ್ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯಾದ ಒಟ್ಟು ಚಿಪ್ಗಳ ಪೈಕಿ ದೋಷರಹಿತವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಚಿಪ್ಗಳ ಶೇಕಡಾವಾರು ಪ್ರಮಾಣ. |
| ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ($SiO_2$) | ಸಿಲಿಕಾನ್ ನೈಸರ್ಗಿಕವಾಗಿ ಸ್ಥಿರವಾದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಪದರವನ್ನು ರೂಪಿಸುವುದರಿಂದ ಇದು ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ತಯಾರಿಕೆಗೆ ಅತ್ಯಂತ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ. |
| ಭಾರತದ ಇತ್ತೀಚಿನ ಹೆಜ್ಜೆ (೨೦೨೬) | ಕೇಂದ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಐಟಿ ಸಚಿವಾಲಯದ (MeitY) ನೆರವಿನೊಂದಿಗೆ ಆಂಧ್ರಪ್ರದೇಶದ ಅಮರಾವತಿಯಲ್ಲಿ NIELIT ಸಂಸ್ಥೆಯು ಕ್ವಾಂಟಮ್, ಎಐ ಮತ್ತು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಿನ್ಯಾಸದ ಭಾರತದ ಮೊದಲ ಮೀಸಲಾದ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯ ಕ್ಯಾಂಪಸ್ ಸ್ಥಾಪಿಸುತ್ತಿದೆ. |
