செய்திகளில் ஏன்?
செப்டம்பர் 15 தி டைம்ஸ் ஆஃப் இந்தியா (The Times of India) அறிக்கை ராடார்கள் மற்றும் மின்னணுப் போர் உபகரணங்களுக்கான உள்நாட்டு செமிகண்டக்டர் (semiconductor) தொழில்நுட்பத்தை முன்னிலைப்படுத்தியது. பாதுகாப்பு அமைச்சகத்தின் 2025-26 வருடாந்திர அறிக்கையை மேற்கோள் காட்டி, காலியம் நைட்ரைடு மோனோலிதிக் மைக்ரோவேவ் ஒருங்கிணைந்த சர்க்யூட்களில் (gallium nitride monolithic microwave integrated circuits) முன்னேற்றத்தை விவரித்தது. இவை பொது-நோக்க கணினி செயலிகளைக் காட்டிலும் அதிக அதிர்வெண் கொண்ட ரேடியோ (radio) சிக்னல்களை செயலாக்கும் சிறிய சிப்கள் (chips) ஆகும். டெல்லியில் (Delhi) உள்ள பாதுகாப்பு ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டு அமைப்பின் சாலிட் ஸ்டேட் இயற்பியல் ஆய்வகத்திலிருந்து (Solid State Physics Laboratory) இந்த வேலை வருகிறது. சென்சிங் (sensing) மற்றும் தகவல்தொடர்பு அமைப்புகளுக்கு நம்பகமான, அதிக ஆற்றல் கொண்ட ரேடியோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் (electronics) அவசியமானதால் இது முக்கியமானது. முந்தைய உத்தியோகபூர்வ ஆவணங்கள் ஏற்கனவே மேம்பாடு மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட உற்பத்தியை ஆவணப்படுத்தியுள்ளன, எனவே இது தொடர்ச்சியான தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம், இந்த வாரம் அறிவிக்கப்பட்ட முற்றிலும் புதிய கண்டுபிடிப்பு அல்ல.
பெயரைப் புரிந்துகொள்வது, ஒரு நேரத்தில் ஒரு பகுதி
GaN எனச் சுருக்கப்படும் காலியம் நைட்ரைடு (Gallium nitride), காலியம் மற்றும் நைட்ரஜனின் குறைக்கடத்தி கலவை ஆகும். ஒரு குறைக்கடத்தியானது மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்த அனுமதிக்கிறது, டிரான்சிஸ்டர்கள் (transistors) போன்ற சாதனங்களுக்கு இது பயனுள்ளதாக இருக்கும். பொருள் தொழில்நுட்பத்தின் ஒரு பகுதி மட்டுமே. பொறியாளர்கள் சாதனங்களை வடிவமைக்க வேண்டும், அவற்றை சுற்றுகளாக இணைக்க வேண்டும் மற்றும் வடிவமைப்பை நம்பத்தகுந்த முறையில் மீண்டும் உருவாக்கும் உற்பத்தி செயல்முறைகளை வழங்க வேண்டும்.
ஒரு மோனோலிதிக் மைக்ரோவேவ் இன்டகிரேட்டட் சர்க்யூட் (monolithic microwave integrated circuit), அல்லது MMIC, இணைக்கப்பட்ட சர்க்யூட் கூறுகளை ஒரு குறைக்கடத்தி சிப்பில் வைக்கிறது. “மோனோலிதிக்” என்பது அந்த ஒருங்கிணைந்த கட்டுமானத்தைக் குறிக்கிறது. “மைக்ரோவேவ்” சர்க்யூட் கையாளும் உயர் அதிர்வெண் ரேடியோ சிக்னல்களை (signals) அடையாளப்படுத்துகிறது. இந்த சர்க்யூட்கள் பெருக்கி, சுவிட்ச் (switch) அல்லது சிக்னல்களை கட்டுப்படுத்துகின்றன. ஒருங்கிணைப்பு ஒரு ரேடியோ தொகுதியை கச்சிதமானதாக மாற்றும், ஆனால் அதன் செயல்திறன் இன்னும் அதன் வடிவமைப்பு மற்றும் இயக்க நிலைமைகளைப் பொறுத்தது.
ராடாருக்குள் சர்க்யூட் என்ன செய்கிறது
ராடார் ரேடியோ அலைகளை அனுப்புகிறது மற்றும் பொருட்களிலிருந்து பிரதிபலிப்புகளைப் பெறுகிறது. அதன் பரிமாற்றப் பக்கத்திற்கு வெளிச்செல்லும் சிக்னலை வலுப்படுத்த பவர் ஆப்ளிஃபயர் (power amplifier) தேவைப்படுகிறது. திரும்பும் எதிரொலி மிகவும் பலவீனமாக இருக்கும், எனவே பெறுபவர் பக்கத்திற்கு சிறிதளவு கூடுதல் மின் இரைச்சலை அறிமுகப்படுத்தும் பெருக்கம் தேவைப்படுகிறது. சுவிட்சுகள் (Switches) வெவ்வேறு பாதைகளுக்கு இடையே சிக்னல்களை இயக்க உதவுகின்றன. அவை ஒரே குறைக்கடத்திப் பொருளைப் பயன்படுத்தினாலும் இந்த செயல்பாடுகளுக்கு வெவ்வேறு தேவைகள் உள்ளன.
ஆய்வகத்தின் தொழில்நுட்ப-பரிமாற்ற ஆவணம் பவர் ஆப்ளிஃபயர்கள், குறைந்த இரைச்சல் பெருக்கிகள் மற்றும் X பேண்ட் (band) வரையிலான அலைவரிசைகளில் இயங்கும் சுவிட்சுகளை உள்ளடக்கியது. ரேடியோ-அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கான உயர்-எலக்ட்ரான்-மொபிலிட்டி டிரான்சிஸ்டர்களையும் (high-electron-mobility transistors) இது விவரிக்கிறது. “ரேடியோ அதிர்வெண்” என்ற சொல் வயர்லெஸ் டிரான்ஸ்மிஷன் (wireless transmission) மற்றும் வரவேற்புக்குப் பயன்படுத்தப்படும் மின் சமிக்ஞைகளைக் குறிக்கிறது. ராடாரில் உள்ள ஒவ்வொரு கம்ப்யூட்டிங் அல்லது சிக்னல்-பகுப்பாய்வு பணியையும் சிப் செய்கிறது என்று இந்த விவரக்குறிப்புகள் எதுவும் கூறவில்லை.
காலியம் நைட்ரைடு ஏன் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது
GaN ஒரு வைட்-பேண்ட்கேப் செமிகண்டக்டர் (wide-bandgap semiconductor). பேண்ட்கேப் (bandgap) என்பது மின் கடத்தலில் பங்கேற்க எலக்ட்ரான்கள் (electrons) கடக்க வேண்டிய ஆற்றல் பிரிப்பு ஆகும். அதன் ஒப்பீட்டளவில் அதிக மதிப்பு தேவைப்படும் மின் நிலைகளின் கீழ் சாதனங்கள் செயல்பட உதவுகிறது. அமெரிக்காவின் எரிசக்தி துறை (United States Department of Energy) அதிக-மின்னழுத்தம், அதிக-வெப்பநிலை மற்றும் உயர்-அதிர்வெண் செயல்பாடுகளை வழக்கமான சிலிக்கான் (silicon) சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது வைட்-பேண்ட்கேப் (wide-bandgap) பொருட்களின் முக்கியமான சாத்தியக்கூறுகளாக அடையாளம் காட்டுகிறது.
வானொலி உபகரணங்களைப் பொறுத்தவரை, இந்தப் பண்புகள் கச்சிதமான கூறுகளிலிருந்து அதிக சக்தியை ஆதரிக்கும் மற்றும் சில ஆற்றல் இழப்புகளைக் குறைக்கும். இருப்பினும், ஒரு பொருள் நன்மை என்பது முடிக்கப்பட்ட ஒவ்வொரு சர்க்யூட்டிற்கும் நிலையான பெருக்கி அல்ல. சக்தி, செயல்திறன், அதிர்வெண் மற்றும் இயக்க வெப்பநிலை குறிப்பிட்ட நிலைமைகளின் கீழ் அளவிடப்பட வேண்டும். ஒரு பொருள் நூற்றுக்கணக்கான மடங்கு “வேகமானது” என்ற பரந்த கூற்று அந்த தனி பொறியியல் அளவீடுகளுக்கு மாற்றாக முடியாது.
வெப்பமும் முக்கியமானது. உயர்-பவர் (high-power) கூறுக்கு இன்னும் செயலில் உள்ள சாதனத்தை விட்டு வெளியேற ஒரு பாதை தேவைப்படுகிறது. இந்திய தொழில்நுட்பம் சிலிக்கான் கார்பைடில் (silicon carbide) காலியம் நைட்ரைடைப் பயன்படுத்துகிறது, இது துணை அடி மூலக்கூறாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு வித்தியாசமான பொருளாகும். பேக்கேஜிங் (Packaging), மின் இணைப்புகள் மற்றும் குளிரூட்டல் ஆகியவை குறைக்கடத்தியுடன் இணைந்து செயல்பட வேண்டும். கோரும் நிலைமைகளைத் பொறுத்துக்கொள்வது, முடிக்கப்பட்ட தொகுதி அதிக வெப்பம் அல்லது தோல்விக்கு எதிராக நோய் எதிர்ப்பு சக்தி கொண்டதாக இருக்காது.
வளர்ச்சி, உற்பத்தி மற்றும் வரிசைப்படுத்தல் ஆகியவை வெவ்வேறு நிலைகள்
நவம்பர் 2024 இல் வெளியிடப்பட்ட பாதுகாப்பு அமைச்சகத்தின் வெளியீடு நான்கு அங்குல சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபர்களில் (wafers) செய்யப்பட்ட சாதனங்களை விவரிக்கிறது. இது 150 வாட்ஸ் (watts) வரை GaN டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் 40 வாட்ஸ் வரை மைக்ரோவேவ் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் பதிவாகியுள்ளது. ஹைதராபாத்தில் (Hyderabad) உள்ள காலியம் ஆர்சனைடு எனேபிளிங் டெக்னாலஜி சென்டரில் (Gallium Arsenide Enabling Technology Centre) குறைந்த உற்பத்தியையும் இது அடையாளம் கண்டுள்ளது. இந்த புள்ளிவிவரங்கள் வெவ்வேறு சாதன வகைகளைப் பற்றியது; அவை ஒவ்வொரு சிப்பிற்கும் மாற்றக்கூடிய மதிப்பீடுகள் அல்ல.
பிற்கால தொழில்நுட்ப பரிமாற்ற சலுகையானது ஆய்வகத்தின் செயல்முறைகள் மற்றும் வடிவமைப்புகளை ஏற்றுக்கொள்வதற்கான ஒரு வழியை விவரிக்கிறது. வெற்றிகரமான சாதனங்களிலிருந்து நம்பகமான உற்பத்திக்கு மாறுவதற்கு பொருள் தரம் மற்றும் உற்பத்தி மாறுபாடு ஆகியவற்றின் மீது கட்டுப்பாடு தேவைப்படுகிறது. முடிக்கப்பட்ட கூறுகள் அவற்றைப் பயன்படுத்தும் அமைப்புகளின் தேவைகளை பூர்த்தி செய்ய வேண்டும். ஒவ்வொரு செயல்பாட்டு ராடாரும் ஏற்கனவே அதைக் கொண்டுள்ளது என்பதற்கான ஆதாரமாக இல்லாமல், நிரூபிக்கப்பட்ட புனைகதை திறன் மதிப்புமிக்கது.
உள்நாட்டு திறன் ஏன் முக்கியமானது
ஒரு உள்நாட்டு வடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறைக்கான அணுகல் உபகரணங்கள் உருவாக்குநர்களுக்கு ஒரு முக்கியமான கூறுகளின் மீது அதிக கட்டுப்பாட்டை வழங்கும். இது வெளிப்புற சப்ளையரை (supplier) சார்ந்து மாற்றங்கள் மற்றும் மாற்றுத் திட்டமிடலைக் குறைக்கலாம். இவை சாத்தியமான மூலோபாய நன்மைகள், ஒவ்வொரு மேல்நிலை பொருள் அல்லது உற்பத்திக் கருவியும் உள்நாட்டில் இருப்பதற்கான சான்றுகள் அல்ல. விநியோகச் சங்கிலி சிப்பின் வடிவமைப்பு மூலத்திலிருந்து தனித்தனியாக ஆராயப்பட வேண்டும்.
பரந்த சவால் தொழில்துறை நிலைத்தன்மை. ஒரு பயனுள்ள உற்பத்தி செயல்முறை என்பது கணிக்கக்கூடிய வகையில் செயல்படும் சாதனங்களை வழங்க வேண்டும், சில வெற்றிகரமான மாதிரிகள் மட்டும் அல்ல. எரிசக்தித் துறையின் மதிப்பீடு பொருள் தரம், அடி மூலக்கூறு செலவு, பேக்கேஜிங் மற்றும் சிஸ்டம் ஒருங்கிணைப்பு ஆகியவற்றைத் தொடர்ந்து சவால்களாக எடுத்துக்காட்டுகிறது. ஆய்வகச் சாதனைகள், தொழில்நுட்பப் பரிமாற்றம் மற்றும் நம்பகமான பெரிய அளவிலான உற்பத்தி ஆகியவை ஏன் தனித்தனியாகப் புகாரளிக்கப்பட வேண்டும் என்பதை இந்த நடைமுறைத் தேவைகள் விளக்குகின்றன.
முடிவுரை
நவீன ரேடியோ உபகரணங்களுக்கான முக்கிய அடித்தளத்தை இந்தியாவின் GaN வேலை பலப்படுத்துகிறது. அதன் முக்கியத்துவம் சாதாரண சிப்களுடன் வரையறுக்கப்படாத வேக ஒப்பீட்டில் அல்ல, சிறப்பு உயர்-ஆற்றல் சுற்றுகளை வடிவமைத்து உருவாக்கும் திறனில் உள்ளது. முன்னேற்றத்தின் அடுத்த அளவு நம்பகமான உற்பத்தி மற்றும் முழுமையான அமைப்புகளுக்குள் நிரூபிக்கப்பட்ட செயல்திறன் ஆகும். நம்பிக்கைக்குரிய செமிகண்டக்டர் திறன் நம்பகமான செயல்பாட்டு தொழில்நுட்பமாக மாறுவது இதுதான்.