चर्चा में क्यों?
द टाइम्स ऑफ इंडिया (The Times of India) में 15 सितंबर की एक रिपोर्ट ने रडार और इलेक्ट्रॉनिक-युद्ध उपकरणों के लिए स्वदेशी सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी पर प्रकाश डाला। रक्षा मंत्रालय (Defence Ministry) की 2025-26 की वार्षिक रिपोर्ट का हवाला देते हुए, इसने गैलियम नाइट्राइड मोनोलिथिक माइक्रोवेव इंटीग्रेटेड सर्किट (gallium nitride monolithic microwave integrated circuits) में प्रगति का वर्णन किया। ये कॉम्पैक्ट चिप्स हैं जो सामान्य-उद्देश्य वाले कंप्यूटर प्रोसेसर के बजाय उच्च-आवृत्ति रेडियो संकेतों को संसाधित करते हैं। यह काम दिल्ली में रक्षा अनुसंधान एवं विकास संगठन (Defence Research and Development Organisation) की सॉलिड स्टेट फिजिक्स लेबोरेटरी (Solid State Physics Laboratory) से आता है। यह मायने रखता है क्योंकि संवेदन और संचार प्रणालियों के लिए भरोसेमंद, उच्च-शक्ति वाले रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स आवश्यक हैं। पहले के आधिकारिक रिकॉर्ड ने पहले ही विकास और सीमित उत्पादन का दस्तावेजीकरण किया था, इसलिए यह निरंतर तकनीकी प्रगति है, न कि इस सप्ताह घोषित पूरी तरह से नया आविष्कार।
नाम को समझना, एक समय में एक हिस्सा
गैलियम नाइट्राइड (Gallium nitride), जिसे GaN के रूप में संक्षिप्त किया गया है, गैलियम (gallium) और नाइट्रोजन (nitrogen) का एक सेमीकंडक्टर यौगिक है। एक सेमीकंडक्टर विद्युत प्रवाह को नियंत्रित करने की अनुमति देता है, जिससे यह ट्रांजिस्टर (transistors) जैसे उपकरणों के लिए उपयोगी हो जाता है। सामग्री प्रौद्योगिकी का केवल एक हिस्सा है। इंजीनियरों को उपकरणों को डिजाइन करना चाहिए, उन्हें सर्किट से जोड़ना चाहिए और निर्माण प्रक्रियाएं प्रदान करनी चाहिए जो डिजाइन को मज़बूती से पुन: उत्पन्न करती हैं।
एक मोनोलिथिक माइक्रोवेव इंटीग्रेटेड सर्किट, या MMIC, एक एकल सेमीकंडक्टर चिप पर जुड़े सर्किट तत्वों को रखता है। "मोनोलिथिक" उस एकीकृत निर्माण को संदर्भित करता है। "माइक्रोवेव" उच्च-आवृत्ति रेडियो संकेतों की पहचान करता है जिसे सर्किट संभालता है। ये सर्किट संकेतों को बढ़ाते हैं, स्विच करते हैं या अन्यथा नियंत्रित करते हैं। एकीकरण एक रेडियो मॉड्यूल को कॉम्पैक्ट बना सकता है, लेकिन इसका प्रदर्शन अभी भी इसके डिजाइन और परिचालन स्थितियों पर निर्भर करता है।
रडार के अंदर सर्किट क्या करता है
एक रडार रेडियो तरंगें भेजता है और वस्तुओं से प्रतिबिंब प्राप्त करता है। इसके संचारण पक्ष को आउटगोइंग सिग्नल को मजबूत करने के लिए पावर एम्पलीफायर की आवश्यकता होती है। लौटने वाली गूंज बहुत कमजोर हो सकती है, इसलिए प्राप्त करने वाले पक्ष को प्रवर्धन की आवश्यकता होती है जो थोड़ा अतिरिक्त विद्युत शोर का परिचय देता है। स्विच विभिन्न रास्तों के बीच संकेतों को निर्देशित करने में मदद करते हैं। इन कार्यों की अलग-अलग आवश्यकताएं होती हैं, भले ही वे समान सेमीकंडक्टर सामग्री का उपयोग करते हों।
प्रयोगशाला का प्रौद्योगिकी-हस्तांतरण दस्तावेज़ पावर एम्पलीफायरों, कम-शोर एम्पलीफायरों और X बैंड तक आवृत्ति बैंड में काम करने वाले स्विच को कवर करता है। यह रेडियो-फ्रीक्वेंसी अनुप्रयोगों के लिए उच्च-इलेक्ट्रॉन-गतिशीलता ट्रांजिस्टर का भी वर्णन करता है। शब्द "रेडियो फ्रीक्वेंसी" वायरलेस ट्रांसमिशन और रिसेप्शन के लिए उपयोग किए जाने वाले विद्युत संकेतों को संदर्भित करता है। इन विशिष्टताओं में से किसी का मतलब यह नहीं है कि चिप रडार में हर कंप्यूटिंग या सिग्नल-विश्लेषण कार्य करती है।
गैलियम नाइट्राइड क्यों उपयोगी है
GaN एक वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर है। बैंडगैप ऊर्जा का वह पृथक्करण है जिसे इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चालन में भाग लेने के लिए पार करना चाहिए। इसका तुलनात्मक रूप से बड़ा मूल्य उपकरणों को मांग वाली विद्युत स्थितियों के तहत काम करने में मदद करता है। संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (United States Department of Energy) पारंपरिक सिलिकॉन (silicon) उपकरणों की तुलना में वाइड-बैंडगैप सामग्री की महत्वपूर्ण संभावनाओं के रूप में उच्च-वोल्टेज, उच्च-तापमान और उच्च-आवृत्ति संचालन की पहचान करता है।
रेडियो उपकरणों के लिए, ये गुण कॉम्पैक्ट घटकों से अधिक शक्ति का समर्थन कर सकते हैं और कुछ ऊर्जा नुकसान को कम कर सकते हैं। हालांकि, एक सामग्री लाभ हर तैयार सर्किट के लिए एक निश्चित गुणक नहीं है। निर्दिष्ट शर्तों के तहत शक्ति, दक्षता, आवृत्ति और परिचालन तापमान को मापा जाना चाहिए। एक व्यापक दावा कि एक सामग्री सैकड़ों गुना "तेज़" है, उन अलग-अलग इंजीनियरिंग मापों को प्रतिस्थापित नहीं कर सकता है।
गर्मी भी महत्वपूर्ण बनी हुई है। एक उच्च-शक्ति घटक को अभी भी सक्रिय उपकरण से बाहर निकलने के लिए गर्मी के मार्ग की आवश्यकता होती है। भारतीय तकनीक सिलिकॉन कार्बाइड (silicon carbide) पर गैलियम नाइट्राइड का उपयोग करती है, जो सहायक सब्सट्रेट के रूप में उपयोग की जाने वाली एक अलग सामग्री है। पैकेजिंग, इलेक्ट्रिकल कनेक्शन और कूलिंग को सेमीकंडक्टर के साथ मिलकर काम करना चाहिए। मांग की शर्तों को सहन करना तैयार मॉड्यूल को अति ताप या विफलता से प्रतिरक्षा नहीं बनाता है।
विकास, उत्पादन और परिनियोजन अलग-अलग चरण हैं
नवंबर 2024 में रक्षा मंत्रालय (Defence Ministry) की एक विज्ञप्ति में चार इंच के सिलिकॉन-कार्बाइड वेफर्स पर बने उपकरणों का वर्णन किया गया है। इसने 150 वाट तक के GaN ट्रांजिस्टर और 40 वाट तक के माइक्रोवेव इंटीग्रेटेड सर्किट की सूचना दी। इसने हैदराबाद (Hyderabad) में गैलियम आर्सेनाइड इनेबलिंग टेक्नोलॉजी सेंटर (Gallium Arsenide Enabling Technology Centre) में सीमित उत्पादन की भी पहचान की। ये आंकड़े अलग-अलग उपकरण श्रेणियों से संबंधित हैं; वे हर चिप के लिए विनिमेय रेटिंग नहीं हैं।
बाद का प्रौद्योगिकी-हस्तांतरण प्रस्ताव उद्योग के लिए प्रयोगशाला की प्रक्रियाओं और डिज़ाइनों को अपनाने का एक मार्ग बताता है। सफल उपकरणों से भरोसेमंद उत्पादन की ओर बढ़ने के लिए सामग्री की गुणवत्ता और निर्माण भिन्नता पर नियंत्रण की आवश्यकता होती है। तैयार घटकों को फिर उनका उपयोग करने वाले सिस्टम की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। एक प्रदर्शित निर्माण क्षमता इसलिए हर परिचालन रडार में पहले से ही इसके होने के प्रमाण के बिना मूल्यवान है।
घरेलू क्षमता क्यों मायने रखती है
एक स्वदेशी डिजाइन और विनिर्माण प्रक्रिया तक पहुंच उपकरण डेवलपर्स को एक महत्वपूर्ण घटक पर अधिक नियंत्रण दे सकती है। यह परिवर्तनों और प्रतिस्थापन योजना को बाहरी आपूर्तिकर्ता पर कम निर्भर भी बना सकता है। ये संभावित रणनीतिक लाभ हैं, न कि इस बात का प्रमाण कि हर अपस्ट्रीम सामग्री या उत्पादन उपकरण घरेलू है। आपूर्ति श्रृंखला की चिप के डिजाइन मूल से अलग जांच की जानी चाहिए।
व्यापक चुनौती औद्योगिक निरंतरता है। एक उपयोगी उत्पादन प्रक्रिया को ऐसे उपकरण देने चाहिए जो पूर्वानुमानित व्यवहार करते हों, न कि केवल कुछ सफल नमूने। ऊर्जा विभाग का आकलन निरंतर चुनौतियों के रूप में सामग्री की गुणवत्ता, सब्सट्रेट लागत, पैकेजिंग और सिस्टम एकीकरण पर प्रकाश डालता है। ये व्यावहारिक आवश्यकताएं बताती हैं कि प्रयोगशाला की उपलब्धियों, प्रौद्योगिकी हस्तांतरण और विश्वसनीय बड़े पैमाने पर निर्माण को अलग-अलग क्यों सूचित किया जाना चाहिए।
निष्कर्ष
भारत का GaN काम उन्नत रेडियो उपकरणों के लिए एक महत्वपूर्ण नींव को मजबूत करता है। इसका महत्व विशेष उच्च-शक्ति सर्किट डिजाइन करने और बनाने की क्षमता में निहित है, साधारण चिप्स के साथ एक अपरिभाषित गति तुलना में नहीं। प्रगति का अगला उपाय विश्वसनीय उत्पादन और संपूर्ण प्रणालियों के भीतर प्रदर्शित प्रदर्शन है। इसी तरह एक होनहार सेमीकंडक्टर क्षमता भरोसेमंद परिचालन प्रौद्योगिकी बन जाती है।