GaN को घातक दोष

संसारले अर्धचालक क्षेत्रमा नयाँ अवसरहरूको खोजी गरिरहेको छ,ग्यालियम नाइट्राइड (GaN)भविष्यको शक्ति र RF अनुप्रयोगहरूको लागि सम्भावित उम्मेद्वारको रूपमा बाहिर खडा हुन जारी छ। यद्यपि, यसका धेरै फाइदाहरूको बाबजुद, GaN ले एउटा महत्त्वपूर्ण चुनौतीको सामना गरिरहेको छ: P-प्रकार उत्पादनहरूको अभाव। किन छGaNअर्को प्रमुख अर्धचालक सामग्रीको रूपमा स्वागत गरिएको छ, किन P-प्रकार GaN उपकरणहरूको अभाव एक महत्वपूर्ण कमी हो, र भविष्यका डिजाइनहरूका लागि यसको अर्थ के हो?

किन छGaNअर्को प्रमुख अर्धचालक सामग्रीको रूपमा स्वागत गरियो?

इलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा, पहिलो इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू बजारमा आएदेखि चार तथ्यहरू कायम छन्: तिनीहरूलाई सकेसम्म सानो बनाउन आवश्यक छ, सकेसम्म सस्तो, सकेसम्म धेरै शक्ति प्रदान गर्नुहोस्, र सकेसम्म थोरै शक्ति खपत गर्नुहोस्। यी आवश्यकताहरू प्रायः एक-अर्कासँग द्वन्द्व हुने कुरालाई ध्यानमा राख्दै, सबै चार आवश्यकताहरू पूरा गर्ने उत्तम इलेक्ट्रोनिक उपकरण सिर्जना गर्ने प्रयास गर्नु दिवास्वप्न जस्तो देखिन्छ। यद्यपि, यसले इन्जिनियरहरूलाई यसलाई प्राप्त गर्न प्रयास गर्नबाट रोकेको छैन।

यी चार मार्गदर्शक सिद्धान्तहरू प्रयोग गर्दै, इन्जिनियरहरूले असम्भव देखिने विभिन्न कार्यहरू पूरा गर्न सफल भएका छन्। कम्प्युटरहरू कोठा आकारका मेसिनहरूबाट चामलको दानाभन्दा सानो चिप्समा संकुचित भएका छन्, स्मार्टफोनहरूले अब ताररहित सञ्चार र इन्टरनेट पहुँच सक्षम पार्छ, र भर्चुअल वास्तविकता प्रणालीहरू अब होस्टबाट स्वतन्त्र रूपमा लगाउन र प्रयोग गर्न सकिन्छ। यद्यपि, इन्जिनियरहरूले सिलिकन जस्ता सामान्य रूपमा प्रयोग हुने सामग्रीको भौतिक सीमामा पुग्दा, यन्त्रहरूलाई सानो बनाउन र कम शक्ति खपत गर्ने बढ्दो चुनौतीपूर्ण बन्दै गएको छ।

फलस्वरूप, अन्वेषकहरू निरन्तर नयाँ सामग्रीहरूको खोजीमा छन् जसले सम्भावित रूपमा त्यस्ता सामान्य सामग्रीहरू प्रतिस्थापन गर्न सक्छ र साना, अधिक कुशल उपकरणहरू प्रस्ताव गर्न जारी राख्छ।ग्यालियम नाइट्राइड (GaN)एउटा यस्तो सामग्री हो जसले महत्त्वपूर्ण ध्यान प्राप्त गरेको छ, र सिलिकनसँग तुलना गर्दा कारणहरू स्पष्ट छन्।

के बनाउँछग्यालियम नाइट्राइडअसाधारण कुशल?

पहिलो, GaN को विद्युतीय चालकता सिलिकन भन्दा 1000 गुणा बढी छ, यसले उच्च प्रवाहहरूमा काम गर्न सक्षम बनाउँछ। यसको अर्थ होGaNयन्त्रहरूले अत्यधिक गर्मी उत्पन्न नगरी महत्त्वपूर्ण रूपमा उच्च शक्ति स्तरहरूमा चल्न सक्छन्, तिनीहरूलाई दिइएको पावर आउटपुटको लागि सानो बनाउन अनुमति दिँदै।

सिलिकनको तुलनामा GaN को थोरै कम थर्मल चालकताको बावजुद, यसको ताप व्यवस्थापन फाइदाहरूले उच्च-शक्ति इलेक्ट्रोनिक्समा नयाँ मार्गहरूको लागि मार्ग प्रशस्त गर्दछ। यो विशेष गरी एरोस्पेस र अटोमोटिभ इलेक्ट्रोनिक्स जस्ता स्पेस प्रिमियममा रहेको र शीतलन समाधानहरू न्यूनीकरण गर्न आवश्यक भएका अनुप्रयोगहरूको लागि महत्त्वपूर्ण छ।GaNउच्च तापक्रममा प्रदर्शन कायम राख्ने उपकरणहरूको क्षमताले कठोर वातावरणीय अनुप्रयोगहरूमा तिनीहरूको सम्भावनालाई थप हाइलाइट गर्दछ।

दोस्रो, GaN को ठूलो ब्यान्ड ग्याप (1.1eV को तुलनामा 3.4eV) ले यसलाई डाइलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन अघि उच्च भोल्टेजहरूमा प्रयोग गर्न अनुमति दिन्छ। फलस्वरूप,GaNयसले अधिक शक्ति मात्र प्रदान गर्दैन तर उच्च दक्षता कायम राख्दै उच्च भोल्टेजहरूमा पनि सञ्चालन गर्न सक्छ।

उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलता पनि अनुमति दिन्छGaNउच्च आवृत्तिहरूमा प्रयोग गर्न। यस कारकले GHz दायरा भन्दा राम्रोसँग काम गर्ने RF पावर अनुप्रयोगहरूको लागि GaN आवश्यक बनाउँछ, जुन सिलिकनले ह्यान्डल गर्न संघर्ष गर्दछ। यद्यपि, थर्मल चालकताको सन्दर्भमा, सिलिकनले थोरै प्रदर्शन गर्दछGaN, यसको मतलब सिलिकन यन्त्रहरूको तुलनामा GaN यन्त्रहरूमा थर्मल आवश्यकताहरू बढी हुन्छन्। नतिजाको रूपमा, थर्मल चालकताको कमीले लघुकरण गर्ने क्षमतालाई सीमित गर्दछGaNउच्च-शक्ति सञ्चालनका लागि यन्त्रहरू, तापनि खपतका लागि ठूला सामग्रीको मात्रा आवश्यक भएकोले।

के घातक दोष होGaN- P-प्रकारको कमी?

उच्च शक्ति र उच्च आवृत्तिहरूमा सञ्चालन गर्न सक्षम अर्धचालक हुनु उत्कृष्ट छ। यद्यपि, यसका सबै फाइदाहरूको बाबजुद, GaN सँग एउटा प्रमुख त्रुटि छ जसले धेरै अनुप्रयोगहरूमा सिलिकन प्रतिस्थापन गर्ने क्षमतालाई गम्भीर रूपमा बाधा पुर्‍याउँछ: P-प्रकार GaN उपकरणहरूको अभाव।

यी भर्खरै पत्ता लगाइएको सामग्रीहरूको मुख्य उद्देश्य भनेको दक्षतामा उल्लेखनीय सुधार गर्नु र उच्च शक्ति र भोल्टेजलाई समर्थन गर्नु हो, र यसमा कुनै शंका छैन कि वर्तमानGaNट्रान्जिस्टरहरूले यो हासिल गर्न सक्छन्। यद्यपि, यद्यपि व्यक्तिगत GaN ट्रान्जिस्टरहरूले वास्तवमा केही प्रभावशाली विशेषताहरू प्रदान गर्न सक्छन्, तथ्य यो हो कि सबै हालको व्यावसायिकGaNयन्त्रहरू N-प्रकारले तिनीहरूको दक्षता क्षमताहरूलाई असर गर्छ।

किन यो मामला हो बुझ्नको लागि, हामीले NMOS र CMOS तर्कले कसरी काम गर्छ भनेर हेर्नु पर्छ। तिनीहरूको सरल निर्माण प्रक्रिया र डिजाइनको कारण, NMOS तर्क 1970 र 1980s मा एक धेरै लोकप्रिय प्रविधि थियो। बिजुली आपूर्ति र N-प्रकार MOS ट्रान्जिस्टरको नाली बीच जोडिएको एकल प्रतिरोधक प्रयोग गरेर, यस ट्रान्जिस्टरको गेटले MOS ट्रान्जिस्टरको ड्रेन भोल्टेजलाई नियन्त्रण गर्न सक्छ, प्रभावकारी रूपमा NOT गेट लागू गर्दछ। अन्य NMOS ट्रान्जिस्टरहरूसँग संयोजन गर्दा, AND, OR, XOR, र latches सहित सबै तर्क तत्वहरू सिर्जना गर्न सकिन्छ।

यद्यपि, यो प्रविधि सरल हुँदा, यसले शक्ति प्रदान गर्न प्रतिरोधकहरू प्रयोग गर्दछ। यसको मतलब यो हो कि जब NMOS ट्रान्जिस्टरहरू सञ्चालन गर्छन्, प्रतिरोधकहरूमा ठूलो मात्रामा शक्ति बर्बाद हुन्छ। एक व्यक्तिगत गेटको लागि, यो पावर हानि न्यूनतम छ, तर सानो 8-बिट CPU मा मापन गर्दा, यो पावर हानि जम्मा हुन सक्छ, यन्त्रलाई तताउने र एकल चिपमा सक्रिय घटकहरूको संख्या सीमित गर्न सक्छ।

NMOS टेक्नोलोजी कसरी CMOS मा विकसित भयो?

अर्कोतर्फ, CMOS ले P-type र N-type ट्रान्जिस्टरहरू प्रयोग गर्दछ जुन विपरीत तरिकामा synergistically काम गर्दछ। CMOS लजिक गेटको इनपुट अवस्था जेसुकै भए तापनि, गेटको आउटपुटले पावरबाट जमिनमा जडान हुन अनुमति दिँदैन, यसले पावर हानिलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छ (जस्तै जब N-प्रकारले सञ्चालन गर्छ, P-प्रकार इन्सुलेट गर्छ, र यसको विपरित)। वास्तवमा, CMOS सर्किटहरूमा मात्र वास्तविक शक्ति हानि राज्य संक्रमणको समयमा हुन्छ, जहाँ पावर र जमीन बीचको एक क्षणिक जडान पूरक जोडीहरू मार्फत गठन हुन्छ।

मा फर्कदैGaNयन्त्रहरू, किनभने हाल मात्र N-प्रकारका यन्त्रहरू अवस्थित छन्, यसको लागि मात्र उपलब्ध प्रविधिGaNNMOS हो, जुन स्वाभाविक रूपमा शक्तिको भोको छ। यो RF एम्पलीफायरहरूको लागि एक मुद्दा होइन, तर यो तर्क सर्किटहरूको लागि एक प्रमुख कमजोरी हो।

विश्वव्यापी ऊर्जा खपत बढ्दै गएको र टेक्नोलोजीको वातावरणीय प्रभावलाई नजिकबाट हेर्दा, इलेक्ट्रोनिक्समा ऊर्जा दक्षताको खोजी पहिलेको भन्दा बढी महत्वपूर्ण भएको छ। NMOS टेक्नोलोजीको पावर खपत सीमाहरूले उच्च प्रदर्शन र उच्च ऊर्जा दक्षता प्रस्ताव गर्न अर्धचालक सामग्रीहरूमा सफलताहरूको तत्काल आवश्यकतालाई जोड दिन्छ। पी-प्रकार को विकासGaNवा वैकल्पिक पूरक प्रविधिहरूले यस खोजमा महत्त्वपूर्ण कोसेढुङ्गा चिन्ह लगाउन सक्छ, सम्भावित रूपमा ऊर्जा-कुशल इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको डिजाइनमा क्रान्तिकारी परिवर्तन गर्न सक्छ।

चाखलाग्दो कुरा, यो P-प्रकार निर्माण गर्न पूर्ण रूपमा सम्भव छGaNउपकरणहरू, र यी ब्लू-रे सहित नीलो एलईडी प्रकाश स्रोतहरूमा प्रयोग गरिएको छ। यद्यपि, यी यन्त्रहरू अप्टोइलेक्ट्रोनिक आवश्यकताहरूको लागि पर्याप्त छन्, तिनीहरू डिजिटल तर्क र पावर अनुप्रयोगहरूको लागि आदर्शबाट टाढा छन्। उदाहरण को लागी, P-प्रकार निर्माण को लागी एक मात्र व्यावहारिक डोपेन्टGaNयन्त्रहरू म्याग्नेसियम हुन्, तर आवश्यक उच्च एकाग्रताको कारणले, हाइड्रोजन सजिलैसँग एनेलिङको समयमा संरचनामा प्रवेश गर्न सक्छ, सामग्रीको प्रदर्शनलाई असर गर्छ।

तसर्थ, P-प्रकारको अनुपस्थितिGaNउपकरणहरूले इन्जिनियरहरूलाई अर्धचालकको रूपमा GaN को क्षमताको पूर्ण शोषण गर्नबाट रोक्छ।

भविष्यका इन्जिनियरहरूको लागि यसको अर्थ के हो?

हाल, धेरै सामग्रीहरू अध्ययन भइरहेको छ, अर्को प्रमुख उम्मेद्वार सिलिकन कार्बाइड (SiC) संग। लाइकGaN, सिलिकनको तुलनामा, यसले उच्च अपरेटिङ भोल्टेज, ठूलो ब्रेकडाउन भोल्टेज, र राम्रो चालकता प्रदान गर्दछ। थप रूपमा, यसको उच्च थर्मल चालकताले यसलाई चरम तापक्रममा प्रयोग गर्न अनुमति दिन्छ र ठूलो शक्ति नियन्त्रण गर्दा महत्त्वपूर्ण रूपमा साना आकारहरू।

यद्यपि, विपरीतGaN, SiC उच्च फ्रिक्वेन्सीहरूको लागि उपयुक्त छैन, यसको मतलब यो RF अनुप्रयोगहरूको लागि प्रयोग हुने सम्भावना छैन। त्यसैले,GaNसानो पावर एम्पलीफायरहरू सिर्जना गर्न खोज्ने इन्जिनियरहरूको लागि रुचाइएको छनोट रहन्छ। P-प्रकारको समस्याको एउटा समाधान संयोजन गर्नु होGaNP-प्रकार सिलिकन MOS ट्रान्जिस्टरहरूको साथ। जबकि यसले पूरक क्षमताहरू प्रदान गर्दछ, यसले स्वाभाविक रूपमा GaN को आवृत्ति र दक्षतालाई सीमित गर्दछ।

प्रविधिको प्रगतिको रूपमा, अन्वेषकहरूले अन्ततः P-प्रकार फेला पार्न सक्छन्GaNGaNसँग जोड्न सकिने विभिन्न प्रविधिहरू प्रयोग गर्ने यन्त्रहरू वा पूरक यन्त्रहरू। तर, त्यो दिन नआउञ्जेल,GaNहाम्रो समय को प्राविधिक सीमाहरु द्वारा बाधा जारी रहनेछ।

सेमीकन्डक्टर अनुसन्धानको अन्तरविषय प्रकृति, सामग्री विज्ञान, विद्युतीय ईन्जिनियरिङ्, र भौतिक विज्ञान सम्मिलित, वर्तमान सीमितताहरू पार गर्न आवश्यक सहयोगी प्रयासहरूलाई जोड दिन्छ।GaNप्रविधि। P-प्रकारको विकासमा सम्भावित सफलताहरूGaNवा उपयुक्त पूरक सामग्रीहरू फेला पार्नुले GaN-आधारित यन्त्रहरूको कार्यसम्पादनलाई मात्र बृद्धि गर्न सक्दैन तर फराकिलो सेमीकन्डक्टर टेक्नोलोजी ल्यान्डस्केपमा पनि योगदान पुर्‍याउँछ, जसले भविष्यमा अझ प्रभावकारी, कम्प्याक्ट, र भरपर्दो इलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरूको लागि मार्ग प्रशस्त गर्दछ।**

हामी Semicorex मा उत्पादन र आपूर्ति गर्छौंGaNEpi-wafers र अन्य प्रकारका वेफरहरूसेमीकन्डक्टर निर्माणमा लागू, यदि तपाइँसँग कुनै सोधपुछ छ वा थप विवरणहरू चाहिन्छ भने, कृपया हामीलाई सम्पर्क गर्न नहिचकिचाउनुहोस्।

सम्पर्क फोन: +86-13567891907

इमेल: sales@semicorex.com