Indium gallium nitride
ઇન્ડિયમ ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (InGaN,) એ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી છે જે ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (GaN) અને ઇન્ડિયમ નાઇટ્રાઇડ (InN) ના મિશ્રણથી બનેલી છે. તે ત્રિકોણીય જૂથ III/જૂથ V ડાયરેક્ટ બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર છે. તેના બેન્ડગેપને એલોયમાં ઇન્ડિયમની માત્રામાં ફેરફાર કરીને ટ્યુન કરી શકાય છે. InxGa1 − xN ઇન્ફ્રારેડ (0.69 eV) થી લઈને GaN ના અલ્ટ્રાવાયોલેટ (3.4 eV) સુધી સીધો બેન્ડગેપ વિસ્તાર ધરાવે છે. In/Ga નો ગુણોત્તર સામાન્ય રીતે 0.02/0.98 અને 0.3/0.7 ની વચ્ચે હોય છે. એપ્લિકેશન્સ એલઇડી ઇન્ડિયમ ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ એ આધુનિક વાદળી અને લીલા એલઇડીમાં પ્રકાશ ઉત્સર્જક સ્તર છે અને ઘણીવાર પારદર્શક સબસ્ટ્રેટ પર જીએએન બફર પર ઉગાડવામાં આવે છે, દા. ત. નીલમ અથવા સિલિકોન કાર્બાઇડ. તેની ઊંચી ઉષ્મા ક્ષમતા છે અને આયનીકરણ કિરણોત્સર્ગ પ્રત્યે તેની સંવેદનશીલતા ઓછી છે (અન્ય જૂથ III નાઇટ્રાઇડ્સની જેમ), જે તેને સૌર ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણો માટે પણ સંભવિત રીતે યોગ્ય સામગ્રી બનાવે છે, ખાસ કરીને ઉપગ્રહો માટેના એરે માટે. સૈદ્ધાંતિક રીતે એવી આગાહી કરવામાં આવી છે કે 15 ટકાથી 85 ટકાની વચ્ચેની રચનાઓ માટે ઇન્ડિયમ નાઇટ્રાઇડનું સ્પિનોડલ વિઘટન થવું જોઈએ, જે સમૃદ્ધ અને ગા-સમૃદ્ધ આઈએનજીએએન પ્રદેશો અથવા ક્લસ્ટરો તરફ દોરી જાય છે. જો કે, પ્રાયોગિક સ્થાનિક માળખાના અભ્યાસોમાં માત્ર નબળા તબક્કાનું વિભાજન જોવા મળ્યું છે. કેથોડોલ્યુમિનેસન્સ અને ફોટોઓલ્યુમિનેસન્સ એક્સાઇટેશનનો ઉપયોગ કરીને અન્ય પ્રાયોગિક પરિણામોએ દર્શાવ્યું છે કે InGaN મલ્ટી-ક્વોન્ટમ કૂવાઓમાં ઓછી સામગ્રી પર InGaN/GaN મિશ્રધાતુઓના સાચા સામગ્રી પરિમાણો પૂરા પાડતા, AlGaN/GaN પ્રણાલીઓ માટે સૈદ્ધાંતિક અભિગમો પણ InGaN નેનોસ્ટ્રક્ચર્સને લાગુ પડે છે. જી. એ. એન. એ ખામીયુક્ત સામગ્રી છે જેની લાક્ષણિક અવ્યવસ્થા ઘનતા 108 સે. મી.-2થી વધુ હોય છે. વાદળી અને લીલા એલ. ઈ. ડી. માં ઉપયોગમાં લેવાતા આવા જી. એ. એન. બફર પર ઉગાડવામાં આવતા આઈ. એન. જી. એ. એન. સ્તરોમાંથી પ્રકાશ ઉત્સર્જનમાં ઘટાડો થવાની અપેક્ષા છે કારણ કે આવી ખામીઓ પર બિન-કિરણોત્સર્ગી પુનઃસંયોજન થાય છે. તેમ છતાં, આઈ. એન. જી. એ. એન. ક્વોન્ટમ કૂવાઓ, લીલા, વાદળી, સફેદ અને અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ અને ડાયોડ લેસરોમાં કાર્યક્ષમ પ્રકાશ ઉત્સર્જકો છે. ઇન્ડિયમથી સમૃદ્ધ પ્રદેશો આસપાસના પદાર્થોની સરખામણીમાં નીચા બેન્ડગેપ ધરાવે છે અને ચાર્જ વાહકો માટે ઓછી સંભવિત ઊર્જાના પ્રદેશો બનાવે છે. ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડીઓ ત્યાં ફસાયેલી હોય છે અને સ્ફટિક ખામીઓમાં ફેલાવાને બદલે પ્રકાશના ઉત્સર્જન સાથે ફરીથી જોડાય છે, જ્યાં પુનઃસંયોજન બિન-કિરણોત્સર્ગી હોય છે. ઉપરાંત, સ્વ-સુસંગત કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન દર્શાવે છે કે જ્યાં પ્રદેશો ઇન્ડિયમથી સમૃદ્ધ હોય ત્યાં કિરણોત્સર્ગી પુનઃસંયોજન કેન્દ્રિત હોય છે. ઉત્સર્જિત તરંગલંબાઇ, સામગ્રીના બેન્ડ ગેપ પર આધારિત, GaN/InN ગુણોત્તર દ્વારા નિયંત્રિત કરી શકાય છે, 0.02In/0.98Ga માટે નજીકના અલ્ટ્રાવાયોલેટથી 0.1In/0.9Ga માટે 390 nm, 0.2In/0.8Ga માટે વાયોલેટ-બ્લુ 420 nm, 0.3In/0.7Ga માટે વાદળી 440 nm, ઉચ્ચ ગુણોત્તર માટે લાલ અને InGaN સ્તરોની જાડાઈ દ્વારા પણ જે સામાન્ય રીતે 2-3 nm ની રેન્જમાં હોય છે. જો કે, અણુ સિમ્યુલેશનના પરિણામોએ દર્શાવ્યું છે કે ઉત્સર્જન ઊર્જા ઉપકરણના પરિમાણોના નાના ફેરફારો પર ઓછી નિર્ભરતા ધરાવે છે. ઉપકરણ સિમ્યુલેશન પર આધારિત અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે બેન્ડ ગેપ એન્જિનિયરિંગનો ઉપયોગ કરીને, ખાસ કરીને ગ્રીન એલઇડી માટે, આઈએનજીએએન/જીએએન એલઇડી કાર્યક્ષમતા વધારવી શક્ય બની શકે છે. ફોટોવોલ્ટેઇક સૂર્યપ્રકાશ સાથે સારી સ્પેક્ટ્રલ મેચ પૂરી પાડતી શ્રેણી પર આઈએનજીએએન સાથે બેન્ડગેપ એન્જિનિયરિંગ કરવાની ક્ષમતા, આઈએનજીએએનને સૌર ફોટોવોલ્ટેઇક કોષો માટે યોગ્ય બનાવે છે. વિવિધ બેન્ડગેપ્સ સાથે બહુવિધ સ્તરો વિકસાવવાનું શક્ય છે, કારણ કે સામગ્રી સ્તરો વચ્ચે જાળી મેળ ખાતી ન હોવાથી થતી ખામીઓ પ્રત્યે પ્રમાણમાં અસંવેદનશીલ હોય છે. 1. 1 ઇ. વી. અને 1.7 ઇ. વી. ના બેન્ડગેપ્સ સાથેનો બે-સ્તરનો મલ્ટીજંક્શન સેલ સૈદ્ધાંતિક રીતે 50 ટકા મહત્તમ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી શકે છે, અને બેન્ડગેપ્સની વિશાળ શ્રેણીમાં ટ્યુન કરેલા બહુવિધ સ્તરો જમા કરીને 70 ટકા સુધીની કાર્યક્ષમતા સૈદ્ધાંતિક રીતે અપેક્ષિત છે. પ્રાયોગિક આઈ. એન. જી. એ. એન. સિંગલ-જંક્શન ઉપકરણોમાંથી નોંધપાત્ર ફોટોરેસ્પોન્સ મેળવવામાં આવ્યો હતો. ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોને નિયંત્રિત કરવા ઉપરાંત, જે બેન્ડ ગેપ એન્જિનિયરિંગમાં પરિણમે છે, ઓપ્ટિકલ પાથની લંબાઈ વધારવા અને લાઇટ ટ્રેપિંગ પ્રદાન કરવા માટે સામગ્રીના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને એન્જિનિયરિંગ કરીને ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણની કામગીરીમાં સુધારો કરી શકાય છે. ઉપકરણ પર નેનોકોલમ ઉગાડવાથી પ્રકાશ સાથે પ્રતિધ્વનિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં પરિણમી શકે છે, અને પ્લાઝ્મા ઉન્નત બાષ્પીભવનનો ઉપયોગ કરીને આઈ. એન. જી. એ. એન. નેનોકોલમ સફળતાપૂર્વક જમા કરવામાં આવ્યા છે. ચાલવાની અવ્યવસ્થા ઘટાડવામાં પણ નેનોરોડની વૃદ્ધિ ફાયદાકારક હોઈ શકે છે જે સૌર કોષની કાર્યક્ષમતાને ઘટાડતા ચાર્જ ટ્રેપ તરીકે કામ કરી શકે છે મેટલ-મોડ્યુલેટેડ એપિટેક્સી પ્રથમ પરમાણુ સ્તર પર તાણ છૂટછાટ દ્વારા સક્ષમ લગભગ આદર્શ લાક્ષણિકતાઓ સાથે પાતળા ફિલ્મોની નિયંત્રિત પરમાણુ સ્તર-દર-સ્તર વૃદ્ધિને મંજૂરી આપે છે. સ્ફટિકની જાળીની રચનાઓ અનુરૂપ તેજસ્વીતા સાથે, એક સંપૂર્ણ સ્ફટિક જેવી લાગે છે. સ્ફટિકમાં x ~ 0.22 થી 0.7 સુધીની ઇન્ડિયમ સામગ્રી હતી. સ્ફટિકીય ગુણવત્તા અને ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર સુધારો x ~ 0.6 થી શરૂ થયો. ઇન્ડિયમના સમાવેશને સરળ બનાવવા માટે અને સપાટીના આકારવિજ્ઞાન અને ધાતુના સ્તરના પ્રસરણને વધારવા માટે પૂર્વવર્તી મોડ્યુલેશન સાથે ~ 400 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર ફિલ્મો ઉગાડવામાં આવી હતી. આ તારણોએ ઉચ્ચ જાળીની અયોગ્ય પરિસ્થિતિઓમાં નાઇટ્રાઇડ સેમિકન્ડક્ટર્સ માટે વૃદ્ધિ તકનીકોના વિકાસમાં ફાળો આપવો જોઈએ. ક્વોન્ટમ હેટેરોસ્ટ્રક્ચર્સ ક્વોન્ટમ હેટેરોસ્ટ્રક્ચર્સ ઘણીવાર આઈએનજીએએન સક્રિય સ્તરો સાથે જીએએનમાંથી બનાવવામાં આવે છે. InGaN ને અન્ય સામગ્રીઓ સાથે જોડી શકાય છે, દા. ત. GaN, AlGaN, SiC, નીલમ અને સિલિકોન પર પણ. નેનોરોડ્સ ઇનગેન નેનોરોડ એલઇડી એ ત્રિ-પરિમાણીય માળખાં છે જે મોટા ઉત્સર્જક સપાટી, વધુ સારી કાર્યક્ષમતા અને સમતલીય એલઇડીની તુલનામાં વધુ પ્રકાશ ઉત્સર્જન ધરાવે છે. સલામતી અને ઝેરીપણું આઈ. એન. જી. એ. એન. ના ઝેરીકરણની સંપૂર્ણ તપાસ કરવામાં આવી નથી. ધૂળ ત્વચા, આંખો અને ફેફસાંમાં બળતરા કરે છે. ઇન્ડિયમ ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ સ્રોતો (જેમ કે ટ્રાઇમિથાઇલઇન્ડિયમ, ટ્રાઇમિથાઇલગેલિયમ અને એમોનિયા) ના પર્યાવરણ, આરોગ્ય અને સલામતીના પાસાઓ અને પ્રમાણભૂત એમઓવીપીઈ સ્રોતોના ઔદ્યોગિક સ્વચ્છતા દેખરેખ અભ્યાસોની તાજેતરમાં સમીક્ષામાં જાણ કરવામાં આવી છે. આ પણ જુઓ ઇન્ડિયમ ગેલિયમ ફોસ્ફાઇડ ઇન્ડિયમ ગેલિયમ આર્સેનાઇડ સંદર્ભો ઇન્ડિયમ સંયોજનો ગેલિયમ સંયોજનો નાઇટ્રાઇડ્સ III-V સેમિકન્ડક્ટર્સ III-V સંયોજનો પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ સામગ્રી