सेमीकंडक्टर

सेमीकंडक्टर क्या है?

• अर्धचालक वे पदार्थ होते हैं जिनकी विद्युत चालकता चालक और इन्सुलेटर के बीच होती है।
  • अर्धचालक ट्रांजिस्टर, डायोड और सौर सेल सहित आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए महत्वपूर्ण हैं।

सेमीकंडक्टर के प्रकार: 

• आंतरिक अर्धचालक: अर्धचालक पदार्थों का शुद्ध रूप, जैसे सिलिकॉन (Si) और जर्मेनियम (Ge)।
• बाह्य अर्धचालक: चालकता बढ़ाने के लिए अशुद्धियों के साथ डोप किया जाता है।
• दो प्रकार:–
  • N-प्रकार: N-टाइप अर्धचालकों में मुख्य आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं।
    • इन्हें दाता अर्धचालक कहा जाता है क्योंकि इनमें इलेक्ट्रॉनों की अधिकता होती है। (उदाहरण के लिए, सिलिकॉन में फॉस्फोरस)।
• P-प्रकार: शुद्ध जर्मेनियम क्रिस्टल में तीन संयोजकता वाले परमाणुओं (जैसे एल्यूमीनियम या इण्डीयम) की अशुद्धि मिलाने पर p-टाइप अर्द्धचालक प्राप्त होता है।

 

अर्धचालकों के गुण :-

• चालकता: डोपिंग और तापमान परिवर्तन द्वारा संशोधित किया जा सकता है।
• बैंड गैप: वैलेंस बैंड और कंडक्शन बैंड के बीच ऊर्जा अंतर विद्युत चालकता निर्धारित करता है।
• चार्ज वाहक: N-प्रकार में इलेक्ट्रॉन और P-प्रकार अर्धचालकों में छिद्र।

अर्धचालकों के अनुप्रयोग

• ट्रांजिस्टर: एम्पलीफायरों और स्विचों में मुख्य घटक।
• डायोड: करंट को एक दिशा में प्रवाहित होने देते हैं, सुधार में उपयोग किए जाते हैं।
• एकीकृत सर्किट (IC): कंप्यूटर, स्मार्टफोन और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं।
• सौर सेल: सूर्य के प्रकाश को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।
• LED: जब करंट उनके माध्यम से प्रवाहित होता है तो प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।

मुख्य अर्धचालक पदार्थ

• सिलिकॉन (Si): सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है ।
• जर्मेनियम (Ge): उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता, उच्च गति वाले उपकरणों में उपयोग किया जाता है।
• गैलियम आर्सेनाइड (GaAs): उच्च आवृत्ति और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

हाल के विकास :-

• ग्राफीन और 2D सामग्री: नैनो इलेक्ट्रॉनिक्स और लचीले उपकरणों में संभावित अनुप्रयोगों के साथ उभरती हुई सामग्री।
• क्वांटम डॉट्स: डिस्प्ले प्रौद्योगिकियों और क्वांटम कंप्यूटिंग में उपयोग किया जाता है।

महत्वपूर्ण अर्धचालक उपकरण

• फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET): विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके करंट को नियंत्रित करता है।
• मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर FET (MOSFET): डिजिटल और एनालॉग सर्किट में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
• फोटोवोल्टिक सेल: सौर पैनलों में प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करते हैं।

सेमीकंडक्टर का महत्व 

• आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की नींव: सेमीकंडक्टर आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण का  हिस्सा  हैं, जिनमें कंप्यूटर, स्मार्टफ़ोन और विभिन्न डिजिटल उपकरण शामिल हैं।
• तकनीकी उन्नति को सक्षम बनाना: वे कृत्रिम बुद्धिमत्ता, 5G नेटवर्क और उन्नत कंप्यूटिंग जैसी नई तकनीकों के विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं।
• आर्थिक प्रभाव: सेमीकंडक्टर उद्योग महत्वपूर्ण आर्थिक गतिविधि को संचालित करता है, वैश्विक अर्थव्यवस्था में अरबों का योगदान देता है और कई नौकरियाँ पैदा करता है।

ताइवान सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग कंपनी (TSMC)

• TSMC दुनिया की सबसे बड़ी और सबसे उन्नत सेमीकंडक्टर फाउंड्री है। 
• IC चिप के उत्पादन में महत्वपूर्ण है जो Apple, Nvidia और Intel जैसी अग्रणी तकनीकी कंपनियों के उपकरणों को शक्ति प्रदान करती है।
  • तकनीकी नेतृत्व: TSMC सेमीकंडक्टर तकनीक में सबसे आगे है, जो लगातार सबसे छोटे और सबसे कुशल चिप का उत्पादन करती है।
  • बाजार प्रभुत्व: TSMC एक प्रमुख बाजार हिस्सेदारी रखता है, जो इसे वैश्विक तकनीकी आपूर्ति श्रृंखला में एक महत्वपूर्ण आपूर्तिकर्ता बनाता है।

भारत के लिए ताइवान क्यों महत्वपूर्ण है?

• रणनीतिक साझेदारी: ताइवान के साथ संबंधों को मजबूत करने से भारत को उन्नत सेमीकंडक्टर की स्थिर आपूर्ति हासिल करने में मदद मिल सकती है, जो इसके बढ़ते तकनीकी उद्योग के लिए आवश्यक हैं।
• प्रौद्योगिकी हस्तांतरण: ताइवान की कंपनियों के साथ सहयोग से प्रौद्योगिकी हस्तांतरण की सुविधा मिल सकती है और भारत की घरेलू विनिर्माण क्षमताओं को बढ़ावा मिल सकता है।
• आर्थिक विकास: सेमीकंडक्टर क्षेत्र में निवेश और भागीदारी आर्थिक विकास को गति दे सकती है, रोजगार पैदा कर सकती है और वैश्विक प्रौद्योगिकी परिदृश्य में भारत की स्थिति को बढ़ा सकती है।

ताइवान का सेमीकंडक्टर उद्योग  

• सेमीकंडक्टर उद्योग में ताइवान का प्रभुत्व, विशेष रूप से ताइवान सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग कंपनी (TSMC) के माध्यम से, इसे वैश्विक प्रौद्योगिकी में एक अपरिहार्य देश बनाता है।

मुख्य बिंदु:-

• उन्नत चिप निर्माण पर ताइवान का नियंत्रण इसे तकनीक की दुनिया में लगभग अपूरणीय बनाता है।
• ताइवान में चीन की रुचि और उन्नत चिप प्रौद्योगिकियों से उसका बहिष्कार महत्वपूर्ण खतरे पैदा करता है।

सिलिकॉन शील्ड विरोधाभास

ताइवान का “सिलिकॉन शील्ड”: 

• ताइवान में सेमीकंडक्टर उद्योग को “सिलिकॉन शील्ड” के रूप में जाना जाता है। 
• यह शब्द बताता है कि सेमीकंडक्टर की वैश्विक आपूर्ति में ताइवान की महत्वपूर्ण भूमिका अन्य देशों को संभावित चीनी आक्रमण के खिलाफ़ ताइवान की रक्षा करने के लिए एक मजबूत प्रोत्साहन प्रदान करती है।

विरोधाभास:

• वैश्विक निर्भरता: ताइवान के सेमीकंडक्टर पर दुनिया की निर्भरता एक रणनीतिक लाभ है।
  • यह निर्भरता अन्य देशों को चीन के साथ संघर्ष की स्थिति में ताइवान की रक्षा करने के लिए मजबूर कर सकती है।

TSMC का वैश्विक विस्तार:

• ग्राहक निकटता की माँगों को पूरा करना
• अपने ग्राहकों के भू-राजनीतिक जोखिमों को कम करने की आवश्यकता को पूरा करने के लिए, TSMC अमेरिका, जापान और जर्मनी में नए निर्माण संयंत्र (फ़ैब) बनाकर अपनी उत्पादन क्षमताओं का विस्तार कर रहा है।

मुख्य विकास:

• नए फ़ैब: अन्य देशों में फ़ैब बनाने में TSMC के निवेश का उद्देश्य इसके विनिर्माण आधार में विविधता लाना है।
• रणनीतिक स्थान: अमेरिका, जापान और जर्मनी में फ़ैब स्थापित करने से TSMC को प्रमुख बाजारों में अधिक प्रभावी ढंग से सेवा करने में मदद मिलती है।

भारत के सेमीकंडक्टर इकोसिस्टम की स्थिति

वर्तमान परिदृश्य :-

• भारत अपनी बड़ी बाजार क्षमता, प्रतिभा पूल और सरकारी समर्थन का लाभ उठाते हुए एक मजबूत सेमीकंडक्टर इकोसिस्टम विकसित करने पर सक्रिय रूप से काम कर रहा है।
• उद्देश्य: आयात निर्भरता को कम करना और घरेलू विनिर्माण क्षमताओं को स्थापित करना।

ऐतिहासिक संदर्भ:-

• 1990 के दशक से, भारत का स्थापित चिप विनिर्माण उद्योग अपने सेमीकंडक्टर विनिर्माण प्रयासों का समर्थन करता है, जिससे इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर इंजीनियरों से परे विभिन्न पेशेवरों के लिए अवसर पैदा होते हैं।

बाजार क्षमता:-

• तेजी से बढ़ती आबादी और मध्यम वर्ग का विस्तार सेमीकंडक्टर उत्पादों की मजबूत मांग पैदा करता है।
  • भारत का सेमीकंडक्टर बाजार 2026 तक $55 बिलियन तक पहुँचने का अनुमान है, जो घरेलू विनिर्माण पर इसके फोकस पर जोर देता है।

• घरेलू चिप विनिर्माण कौशल को पोषित करने के लिए कौशल विकास और नवाचार पर जोर।
• सेमीकंडक्टर डिजाइन और विनिर्माण में उच्च गुणवत्ता वाले प्रतिभा पूल का निरंतर विकास।

सेमीकंडक्टर के घरेलू विनिर्माण से संबंधित मुद्दे

घरेलू उत्पादन में चुनौतियां

• भारत को एक मजबूत घरेलू सेमीकंडक्टर विनिर्माण पारिस्थितिकी तंत्र स्थापित करने में कई बाधाओं का सामना करना पड़ रहा है।

इन चुनौतियों में शामिल हैं:

• उच्च पूंजी निवेश:सेमीकंडक्टर विनिर्माण के लिए फैब्रिकेशन प्लांट (फैब) स्थापित करने के लिए महत्वपूर्ण पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है, जिसकी लागत अरबों डॉलर हो सकती है।
• कुशल कार्यबल की कमी:सेमीकंडक्टर उद्योग को अत्यधिक कुशल कार्यबल की आवश्यकता होती है, जो वर्तमान में भारत में सीमित है।  
• बुनियादी ढांचे की कमी:स्थिर बिजली आपूर्ति, जल संसाधन और उन्नत तकनीकी सुविधाओं सहित पर्याप्त बुनियादी ढाँचा, सेमीकंडक्टर फ़ैब के लिए महत्वपूर्ण है।
• आपूर्ति श्रृंखला निर्भरताएँ: भारत कच्चे माल और सेमीकंडक्टर उपकरणों के लिए आयात पर बहुत अधिक निर्भर है, जो घरेलू सेमीकंडक्टर उद्योग की आत्मनिर्भरता को प्रभावित करता है।

भारत सेमीकंडक्टर मिशन (ISM)

• लॉन्च वर्ष: 2021 इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) के तहत।

• वित्तीय परिव्यय: ₹76,000 करोड़।
• उद्देश्य: देश में एक स्थायी सेमीकंडक्टर और डिस्प्ले इकोसिस्टम का विकास।
• सहायता: सेमीकंडक्टर, डिस्प्ले निर्माण और डिजाइन इकोसिस्टम में निवेश करने वाली कंपनियों को वित्तीय सहायता प्रदान करता है।

भारत सेमीकंडक्टर मिशन (ISM) घटक

भारत में सेमीकंडक्टर फ़ैब स्थापित करने की योजना:-

• उद्देश्य: सेमीकंडक्टर वेफ़र निर्माण सुविधाएं स्थापित करने के लिए बड़े निवेश को आकर्षित करना।
• सहायता: पात्र आवेदकों को वित्तीय सहायता।

भारत में डिस्प्ले फ़ैब स्थापित करने की योजना:-

• उद्देश्य: TFT LCD/AMOLED-आधारित डिस्प्ले निर्माण सुविधाएं स्थापित करना।
• सहायता: पात्र आवेदकों को वित्तीय सहायता।

भारत में कंपाउंड सेमीकंडक्टर/सिलिकॉन फोटोनिक्स/सेंसर फैब्स और सेमीकंडक्टर असेंबली, टेस्टिंग, मार्किंग और पैकेजिंग (ATMP)/OSAT सुविधाएं स्थापित करने की योजना:

• उद्देश्य: कंपाउंड सेमीकंडक्टर, सिलिकॉन फोटोनिक्स, सेंसर फैब्स और ATMP/OSAT सुविधाएं स्थापित करना।
• सहायता: पूंजीगत व्यय का 30% कवर करने वाली वित्तीय सहायता।

डिजाइन लिंक्ड इंसेंटिव (DLI) योजना:

• उद्देश्य: एकीकृत सर्किट (IC), चिपसेट, सिस्टम ऑन चिप (SoC), सिस्टम और IP कोर का विकास और परिनियोजन।
• सहायता: बुनियादी ढांचा और वित्तीय प्रोत्साहन।
• लक्ष्य: भारत को इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण और डिजाइन के लिए एक वैश्विक केंद्र के रूप में स्थापित करना।
• परिणाम: सेमीकंडक्टर और डिस्प्ले उद्योग का संरचित, केंद्रित और व्यापक प्रचार।

सेमीकंडक्टर क्षेत्र के लिए सरकारी पहल

• उत्पादन से जुड़ी प्रोत्साहन ( PLI) योजना:-
  • सेमीकंडक्टर विनिर्माण को प्रोत्साहित करती है और घरेलू उत्पादन को बढ़ावा देने का लक्ष्य रखती है।

डिजिटल इंडिया RISC-V (DIR-V) कार्यक्रम : –

• माइक्रोप्रोसेसर के उत्पादन और डिजिटल प्रौद्योगिकियों में नवाचार को बढ़ावा देने पर ध्यान केंद्रित करता है।
• संशोधित विशेष प्रोत्साहन पैकेज योजना (M-SIPS):-
  • सेमीकंडक्टर विनिर्माण क्षेत्र में निवेश को आकर्षित करने के लिए वित्तीय प्रोत्साहन प्रदान करती है।
• चिप टू स्टार्टअप (C2S) कार्यक्रम:-
  • उच्च गुणवत्ता वाले इंजीनियरों को प्रशिक्षित करने और सेमीकंडक्टर स्टार्टअप पारिस्थितिकी तंत्र का समर्थन करने का लक्ष्य रखता है।

सेमीकंडक्टर सहयोग पर अन्य देशों के साथ भारत के समझौते

• अमेरिका के साथ सहयोग: भारत और अमेरिका ने अनुसंधान एवं विकास, विनिर्माण और डिजाइन पर ध्यान केंद्रित करते हुए एक लचीली सेमीकंडक्टर आपूर्ति श्रृंखला विकसित करने पर सहयोग करने पर सहमति व्यक्त की है।
•  ताइवान के साथ सहयोग: भारत ने इस क्षेत्र में ताइवान की विशेषज्ञता का लाभ उठाते हुए सेमीकंडक्टर विनिर्माण में निवेश और प्रौद्योगिकी हस्तांतरण को सुरक्षित करने के लिए ताइवान के साथ चर्चा की है।
• यूरोपीय संघ (EU) के साथ सहयोग : भारत और यूरोपीय संघ सेमीकंडक्टर अनुसंधान में साझेदारी पर विचार कर रहे है जिसका उद्देश्य नवाचार को बढ़ावा देना और तकनीकी प्रगति को साझा करना है।

भविष्य की संभावनाएं और चुनौतियां

• अमेरिका, जापान और जर्मनी में TSMC की नई सुविधाओं का उद्देश्य ग्राहकों की माँगों को पूरा करना और भू-राजनीतिक जोखिमों को कम करना है।
•  सेमीकंडक्टर विनिर्माण पर अपनी निर्भरता को देखते हुए यह बदलाव ताइवान की सुरक्षा और आर्थिक स्थिति को प्रभावित कर सकता है।
•  सेमीकंडक्टर उद्योग अमेरिका और चीन के बीच बढ़ती तकनीकी प्रतिद्वंद्विता के केंद्र में है।