लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स: TFT सर्किट के लिए साझा निर्माण मॉडल

पतली परत वाले ट्रांजिस्टर (TFT) पर आधारित लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स को साझा निर्माण मॉडल से लाभ हो सकता है। KU Leuven और imec के शोधकर्ताओं ने एक पद्धति दिखाई है जिसमें स्वतंत्र फाउंड्री एक ही वेफर या पैनल पर कई परियोजनाओं के सर्किट बना सकती हैं। उद्देश्य निर्माण प्रक्रियाओं तक पहुँच आसान करना है, न कि पहली बार TFT कारखाने स्थापित होने की घोषणा करना।

थिन-फ़िल्म ट्रांज़िस्टर क्या हैं?

TFT में सेमीकंडक्टर की पतली परत से विद्युत प्रवाह नियंत्रित किया जाता है। सेमीकंडक्टर के विद्युत गुणों को बदलना संभव है, इसलिए उसे स्विच के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। TFT डिस्प्ले में व्यापक रूप से उपयोग होते हैं, लेकिन सभी माइक्रोप्रोसेसर इस तकनीक पर आधारित नहीं होते।

एक्टिव-मैट्रिक्स डिस्प्ले में TFT पिक्सेल नियंत्रित करते हैं। इनका उपयोग फोन, कैमरे और कई अन्य डिस्प्ले में होता है। ये नियंत्रण ट्रांजिस्टर हैं, जरूरी नहीं कि सेंसर हों। सामग्री में अमॉर्फस सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन और सेमीकंडक्टर ऑक्साइड शामिल हैं।

अमॉर्फस सिलिकॉन

अमॉर्फस सिलिकॉन का उपयोग बड़े क्षेत्र वाले उपकरणों और कुछ LCD में होता है। इसे उपयुक्त काँच, धातु या अन्य आधार पर जमा किया जा सकता है। इसकी आवेश-वाहक गतिशीलता कुछ विकल्पों से कम हो सकती है, लेकिन निर्माण लागत और प्रक्रिया संबंधी आवश्यकताएँ भी महत्वपूर्ण होती हैं।

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन में सामान्यतः अमॉर्फस सिलिकॉन से अधिक आवेश-वाहक गतिशीलता होती है। इसका निर्माण अधिक जटिल हो सकता है और क्रिस्टलीकरण के चरण आवश्यक हो सकते हैं। यह सिलिकॉन पर कुछ यौगिकों को केवल आसवित करने की प्रक्रिया नहीं है।

TFT तकनीक की सीमाएँ

लचीलापन सामग्री, आधार और पूरी संरचना पर निर्भर करता है। सभी TFT कठोर नहीं होते। डिस्प्ले उद्योग में पहले से बड़ी निर्माण क्षमता है; अध्ययन की चुनौती बाहरी डिजाइनरों को लचीले सर्किट बनाने की प्रक्रियाओं तक अधिक मानकीकृत पहुँच देना है।

निर्माण तक पहुँच आसान बनाना

फाउंड्री अपने ग्राहकों के डिजाइन वाले सर्किट बनाती हैं, प्रायः वेफर या पैनल पर। एक ही निर्माण आधार पर कई परियोजनाएँ रखने से कुछ खर्च साझा हो सकते हैं। यह कहना गलत होगा कि अध्ययन से पहले TFT बनाने वाली फाउंड्री मौजूद नहीं थीं।

महत्वपूर्ण व्यावसायिक मॉडल

साझा निर्माण मॉडल से इंजीनियर सर्किट के कार्यों पर अधिक ध्यान दे सकते हैं। फिर भी डिजाइन नियम, घटक लाइब्रेरी और प्रक्रिया की जानकारी आवश्यक हैं। यह मॉडल डिजाइन का काम या औद्योगिक सीमाएँ समाप्त नहीं करता।

एक नया दृष्टिकोण

Hikmet Çeliker, Wim Dehaene और Kris Myny ने लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स में स्वतंत्र डिजाइनरों और निर्माताओं को जोड़ने वाला मॉडल अपनाने की संभावना जाँची। इसका उद्देश्य डिजाइन और निर्माण को अधिक सुलभ तथा पूर्वानुमेय बनाना है।

TFT के लिए साझा निर्माण पद्धति

पद्धति में TFT के अनुकूल डिजाइन उपकरण और एक ही वेफर या पैनल पर कई परियोजनाओं का निर्माण शामिल है। प्रदर्शित सर्किट मॉडल की व्यावहारिक संभावना दिखाते हैं; वे हर उपयोग में तत्काल बड़े पैमाने पर उत्पादन की गारंटी नहीं हैं।

अत्यंत पतले लचीले माइक्रोप्रोसेसर

टीम ने अलग TFT तकनीकों से MOS 6502 पर आधारित माइक्रोप्रोसेसर के दो लचीले संस्करण बनाए। 6502 और उसके रूपांतर पुराने Apple (AAPL ) तथा Commodore कंप्यूटरों और Nintendo कंसोल में इस्तेमाल हुए थे। यहाँ महत्व लचीले निर्माण का है, आधुनिक प्रोसेसर जैसी गणनात्मक शक्ति का नहीं।

परियोजना में बताई गई लचीली संरचना की मोटाई 30 माइक्रोमीटर से कम थी। यह ट्रांजिस्टर की चौड़ाई या तकनीकी नोड का माप नहीं है। हल्के और लचीले सर्किट विभिन्न क्षेत्रों में उपयोगी हो सकते हैं, लेकिन अपनाने की गति लागत, विश्वसनीयता और एकीकरण पर निर्भर करेगी।

दो सेमीकंडक्टर तकनीकें

दोनों संस्करणों में अमॉर्फस इंडियम-गैलियम-जिंक ऑक्साइड (IGZO) और कम तापमान वाला पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (LTPS) इस्तेमाल हुआ। ये ट्रांजिस्टर की सामग्री या तकनीक हैं, यांत्रिक आधार से अलग। कम तापमान का अर्थ बिना गर्मी के निर्माण नहीं है। परीक्षण के लिए 48 संपर्कों वाला प्रोब कार्ड इस्तेमाल किया गया; यह हर चिप में लगा घटक नहीं था।

एक वेफर या पैनल पर कई परियोजनाएँ

इस मॉडल में सर्किट के कई डिजाइन एक ही निर्माण आधार साझा करते हैं। सेल लाइब्रेरी कुछ कार्यों का दोबारा उपयोग आसान बनाती हैं। यह माइक्रोप्रोसेसर को अदला-बदली योग्य भौतिक मॉड्यूल में काटने की प्रक्रिया नहीं है। साझा निर्माण विकास के कुछ खर्च कम कर सकता है।

ऊर्जा खपत

ऊर्जा की जरूरत सामग्री, लॉजिक डिजाइन और संचालन आवृत्ति पर निर्भर करती है। केवल कम मोटाई कम ऊर्जा खपत की गारंटी नहीं देती। वातावरण से ऊर्जा लेना या वायरलेस बिजली पाना अलग कार्य हैं जिन्हें डिजाइन करना होगा; ये प्रदर्शित सर्किट की स्वतः मिलने वाली क्षमताएँ नहीं हैं।

TFT के संभावित अनुप्रयोग

TFT पहले से अनेक डिस्प्ले में उपयोग होते हैं। लचीले सर्किट सेंसर और वस्तुओं में समाहित इंटरफेस में भी उपयोगी हो सकते हैं। नीचे दिए उदाहरण संभावित विकास दिशाएँ हैं, सभी अध्ययन द्वारा प्रमाणित उपयोग नहीं।

स्वास्थ्य देखभाल

शरीर पर पहने जाने वाले उपकरण हल्के और लचीले सर्किट से लाभ पा सकते हैं। चिकित्सा उपयोग के लिए सुरक्षा, माप की सटीकता और वास्तविक परिस्थितियों में विश्वसनीयता की जाँच आवश्यक होगी।

एक पैच शरीर के संकेत रिकॉर्ड कर सकता है या सेंसर वाली पट्टी किसी घाव की निगरानी कर सकती है। लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स ऐसी परियोजनाओं में योगदान दे सकते हैं, लेकिन अध्ययन से यह सिद्ध नहीं होता कि संक्रमण पहचानने वाली पट्टी रोगियों के लिए पहले ही प्रमाणित हो चुकी है।

रोबोटिक्स

रोबोटिक्स में हल्के और लचीले सर्किट से घुमावदार सतहों पर सेंसर लगाना आसान हो सकता है। कम वजन उपयोगी है, लेकिन संचालन अवधि पर असर पूरे रोबोट की ऊर्जा खपत पर निर्भर करता है।

लचीले इंटरफेस और डिस्प्ले रोबोट से बातचीत के नए तरीके दे सकते हैं। AI के लिए अन्य हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर भी चाहिए। TFT तकनीक अकेले ये सभी क्षमताएँ प्रदान नहीं करती।

भविष्य के डिस्प्ले

वर्चुअल और ऑगमेंटेड रियलिटी हेडसेट हल्के डिस्प्ले और सर्किट से लाभ पा सकते हैं। आराम ऑप्टिक्स, बैटरी और वजन के संतुलन पर भी निर्भर करता है। पतला सर्किट पूरे डिस्प्ले को स्वतः लगभग भारहीन नहीं बनाता।

मुड़ने वाले डिस्प्ले

लचीले आधार पर बने कुछ TFT मुड़ने या लपेटे जाने वाले डिस्प्ले में इस्तेमाल होते हैं। यांत्रिक टिकाऊपन सभी परतों, संपर्कों और मोड़ की त्रिज्या पर निर्भर करता है। हर TFT किसी भी प्रकार के मोड़ के लिए उपयुक्त नहीं होता।

इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT)

इंटरनेट ऑफ थिंग्स उन उपकरणों को जोड़ता है जो जानकारी एकत्र करते या उसका आदान-प्रदान करते हैं। उनमें सेंसर, प्रोसेसर और संचार इंटरफेस हो सकते हैं। डिजाइन अलग-अलग होते हैं; जरूरी नहीं कि हर उपकरण सीधे इंटरनेट से जुड़ा हो।

लचीले सर्किट पैकेजिंग और लॉजिस्टिक्स उपकरणों में छोटे सेंसर समाहित करना आसान बना सकते हैं। बिजली, संचार और टिकाऊपन फिर भी महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं। TFT बनाने या उपयोग करने के लिए विकेंद्रीकृत नेटवर्क जरूरी नहीं है।

उद्योग में जुड़े उपकरण तापमान, स्थान और मशीनों की स्थिति की निगरानी कर सकते हैं। वे उत्पादों की जानकारी का पता लगाने में मदद कर सकते हैं, लेकिन अकेले उनकी प्रामाणिकता की गारंटी नहीं देते। तकनीक का चुनाव संबंधित उपयोग की आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

इस तकनीक से लाभान्वित हो सकने वाली कंपनियां

उपकरण आपूर्तिकर्ता और सेमीकंडक्टर निर्माता इन विकासों से प्रभावित हो सकते हैं। इससे यह सुनिश्चित नहीं होता कि वे अध्ययन की तकनीक अपनाएँगे या उनकी आय बढ़ेगी। नीचे क्षेत्र से व्यापक रूप से जुड़ी दो कंपनियाँ हैं।

1. Applied Materials 

AMAT मूल्य चार्ट

Applied Materials (AMAT ) सेमीकंडक्टर और डिस्प्ले निर्माण के लिए उपकरण, सॉफ्टवेयर तथा सेवाएँ देती है। कंपनी 1967 में स्थापित हुई और 1972 में सार्वजनिक हुई। इसका मुख्य व्यवसाय अन्य डिजाइनरों के लिए चिप बनाना नहीं है।

Applied Materials चिप निर्माताओं को निर्माण उपकरण बेचती है। यह 2009 में स्वयं अरबों प्रोसेसर बनाने वाली बड़ी फाउंड्री नहीं बन गई थी। इसके व्यवसाय में सेमीकंडक्टर सिस्टम, सेवाएँ और डिस्प्ले उपकरण शामिल हैं।

लेख में AMAT का बाजार पूँजीकरण लगभग 170.55 अरब डॉलर, एक अन्य मूल्यांकन 168.62 अरब डॉलर और 52 सप्ताह में 81.73% की वृद्धि बताई गई थी। ये ऐतिहासिक आँकड़े हैं और सभी मापों का आधार स्पष्ट नहीं किया गया। ये भविष्य के लाभ या किसी निवेशक के लिए उपयुक्तता की गारंटी नहीं हैं।

2. Intel Corporation

INTC मूल्य चार्ट

Intel (INTC ) सेमीकंडक्टर डिजाइन और निर्माण करती है। यह 1968 में स्थापित हुई और कैलिफोर्निया में स्थित है। इसके व्यवसाय में प्रोसेसर और निर्माण सेवाएँ शामिल हैं; इससे अध्ययन वाली TFT तकनीक अपनाना सिद्ध नहीं होता।

Intel अन्य डिजाइनरों के लिए फाउंड्री सेवाएँ भी विकसित करती है। लेख में 2026 तक 60 डॉलर जैसे शेयर मूल्य लक्ष्य अनुमान थे, सुनिश्चित मूल्य नहीं। इन्हें वास्तविक परिणामों और मौजूदा बाजार स्थितियों से अलग समझना चाहिए।

चिप की कमी

आपूर्ति की कमी ने नई निर्माण क्षमता पर शोध को बढ़ावा दिया। कारण उत्पाद के अनुसार अलग होते हैं और इनमें मांग, औद्योगिक व्यवधान तथा भू-राजनीतिक सीमाएँ शामिल हो सकती हैं। TFT सर्किट जरूरी नहीं कि कमी से प्रभावित पारंपरिक चिप का विकल्प हों।

कमी का असर क्षेत्रों और उद्योगों पर अलग-अलग था। यूरोप में भी सेमीकंडक्टर कारखाने हैं। स्पष्ट तुलनात्मक जानकारी के बिना उसे सबसे अधिक प्रभावित क्षेत्र नहीं कहा जा सकता।

नई क्षमता और प्रक्रियाओं का बेहतर उपयोग कुछ सीमाएँ कम कर सकता है। प्रभाव तकनीक और मांग पर निर्भर करता है। यह किसी कंपनी में निवेश की स्वतः मिलने वाली सलाह नहीं है।

थिन-फ़िल्म ट्रांज़िस्टर का भविष्य

स्वचालन और सहायक डिजाइन उपकरण TFT के विकास में योगदान दे सकते हैं। अधिक पतले या सस्ते सर्किट अभी भी प्रदर्शन, ऊर्जा और लागत के बीच संतुलन पर निर्भर लक्ष्य हैं। हर नई पीढ़ी में सभी सुधार सुनिश्चित नहीं होते।

लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स की संभावनाएँ

लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स की मांग से नए उपयोग बन सकते हैं। साझा निर्माण मॉडल प्रक्रियाओं तक पहुँच आसान करने का एक रास्ता देता है। वास्तविक विकास विश्वसनीयता, लागत और उपयोगकर्ताओं की जरूरतों पर निर्भर करेगा।

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