கேலியம் நைட்ரைடு (GaN) பயன்பாடுகளின் நன்மைகள் மற்றும் தீமைகள்

செமிகண்டக்டர்களில் புதிய வாய்ப்புகளை உலகம் தேடும் போது,காலியம் நைட்ரைடுஎதிர்கால சக்தி மற்றும் RF பயன்பாடுகளுக்கான சாத்தியமான வேட்பாளராக தொடர்ந்து தனித்து நிற்கிறது. இருப்பினும், அது வழங்கும் அனைத்து நன்மைகளுக்கும், அது இன்னும் ஒரு பெரிய சவாலை எதிர்கொள்கிறது; பி-வகை (பி-வகை) தயாரிப்புகள் எதுவும் இல்லை. GaN ஏன் அடுத்த முக்கிய குறைக்கடத்திப் பொருளாகக் குறிப்பிடப்படுகிறது, P-வகை GaN சாதனங்கள் இல்லாதது ஏன் ஒரு பெரிய குறையாக இருக்கிறது, எதிர்கால வடிவமைப்புகளுக்கு இது என்ன அர்த்தம்?

எலக்ட்ரானிக்ஸில், முதல் எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் சந்தைக்கு வந்ததிலிருந்து நான்கு உண்மைகள் நீடித்தன: அவை முடிந்தவரை சிறியதாகவும், முடிந்தவரை மலிவானதாகவும், முடிந்தவரை அதிக சக்தியை வழங்கவும் மற்றும் முடிந்தவரை குறைந்த சக்தியைப் பயன்படுத்தவும் வேண்டும். இந்தத் தேவைகள் பெரும்பாலும் ஒன்றுக்கொன்று முரண்படுவதைக் கருத்தில் கொண்டு, இந்த நான்கு தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யக்கூடிய சரியான மின்னணு சாதனத்தை உருவாக்க முயற்சிப்பது ஒரு கனவாக இருக்கிறது, ஆனால் அதைச் செய்ய பொறியாளர்கள் தங்களால் முடிந்த அனைத்தையும் செய்வதைத் தடுக்கவில்லை.

இந்த நான்கு வழிகாட்டும் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்தி, பொறியாளர்கள் பல்வேறு சாத்தியமற்ற பணிகளைச் செய்து வெற்றி பெற்றுள்ளனர், கணினிகள் அறை அளவிலான சாதனங்களிலிருந்து அரிசியை விட சிறிய சில்லுகள், வயர்லெஸ் தகவல்தொடர்பு மற்றும் இணைய அணுகலை அனுமதிக்கும் ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் விர்ச்சுவல் ரியாலிட்டி அமைப்புகள். இப்போது ஹோஸ்ட் கம்ப்யூட்டரில் இருந்து சுயாதீனமாக அணிந்து பயன்படுத்த முடியும். இருப்பினும், சிலிக்கான் போன்ற பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் இயற்பியல் வரம்புகளை பொறியாளர்கள் அணுகுவதால், சாதனங்களைச் சிறியதாக்குவது மற்றும் குறைந்த சக்தியைப் பயன்படுத்துவது இப்போது சாத்தியமற்றதாகி வருகிறது.

இதன் விளைவாக, இதுபோன்ற பொதுவான பொருட்களை மாற்றக்கூடிய புதிய பொருட்களை ஆராய்ச்சியாளர்கள் தொடர்ந்து தேடுகிறார்கள் மற்றும் மேலும் திறமையாக இயங்கும் சிறிய சாதனங்களை தொடர்ந்து வழங்குகிறார்கள். காலியம் நைட்ரைடு (GaN) என்பது வெளிப்படையான காரணங்களுக்காக, சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அதிக கவனத்தை ஈர்த்த ஒரு பொருளாகும்.

GaNஇன் உயர்ந்த செயல்திறன்

முதலாவதாக, GaN சிலிக்கானை விட 1,000 மடங்கு அதிக திறன் கொண்ட மின்சாரத்தை கடத்துகிறது, இது அதிக மின்னோட்டத்தில் செயல்பட அனுமதிக்கிறது. இதன் பொருள், GaN சாதனங்கள் அதிக வெப்பத்தை உருவாக்காமல் அதிக சக்தியில் இயங்க முடியும், மேலும் அதே சக்திக்கு சிறியதாக மாற்றலாம்.

GaN இன் வெப்ப கடத்துத்திறன் சிலிக்கானை விட சற்றே குறைவாக இருந்தாலும், அதன் வெப்ப மேலாண்மை நன்மைகள் உயர்-சக்தி மின்னணுவியலுக்கு புதிய வழிகளைத் திறக்கின்றன. விண்வெளி மற்றும் ஆட்டோமோட்டிவ் எலக்ட்ரானிக்ஸ் போன்ற குளிர்ச்சித் தீர்வுகள் குறைக்கப்பட வேண்டும், மேலும் அதிக வெப்பநிலையில் செயல்திறனைப் பராமரிக்கும் GaN சாதனங்களின் திறன் ஆகியவை கடுமையான சுற்றுச்சூழல் பயன்பாடுகளுக்கான அவற்றின் திறனை மேலும் எடுத்துக்காட்டுகிறது.

இரண்டாவதாக, GaN இன் பெரிய பேண்ட்கேப் (3.4eV vs. 1.1eV) மின்கடத்தா முறிவுக்கு முன் அதிக மின்னழுத்தங்களில் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது. இதன் விளைவாக, GaN ஆனது அதிக சக்தியை வழங்குவது மட்டுமல்லாமல், அதிக மின்னழுத்தத்தில் அதைச் செய்ய முடியும், அதே நேரத்தில் அதிக செயல்திறனைப் பராமரிக்கிறது.

அதிக எலக்ட்ரான் இயக்கம் GaN ஐ அதிக அதிர்வெண்களில் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது. GHz வரம்பிற்கு மேல் செயல்படும் RF சக்தி பயன்பாடுகளுக்கு இந்த காரணி GaN ஐ முக்கியமானதாக ஆக்குகிறது (சிலிக்கான் போராடும் ஒன்று).

இருப்பினும், சிலிக்கான் வெப்ப கடத்துத்திறன் அடிப்படையில் GaN ஐ விட சற்று சிறப்பாக உள்ளது, அதாவது சிலிக்கான் சாதனங்களை விட GaN சாதனங்கள் அதிக வெப்ப தேவைகளைக் கொண்டுள்ளன. இதன் விளைவாக, வெப்ப கடத்துத்திறன் இல்லாமை அதிக சக்தியில் இயங்கும் போது GaN சாதனங்களை சுருக்கும் திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது (ஏனென்றால் வெப்பத்தை சிதறடிக்க பெரிய துகள்கள் தேவைப்படுகின்றன).

GaNஇன் அகில்லெஸ் ஹீல் - பி-வகை இல்லை

அதிக அதிர்வெண்களில் அதிக சக்தியில் செயல்படக்கூடிய குறைக்கடத்திகளைக் கொண்டிருப்பது மிகவும் நல்லது, ஆனால் GaN வழங்கும் அனைத்து நன்மைகளுக்கும், பல பயன்பாடுகளில் சிலிக்கானை மாற்றும் திறனைக் கடுமையாகத் தடுக்கும் ஒரு பெரிய குறைபாடு உள்ளது: P-வகைகள் இல்லாதது.

விவாதிக்கக்கூடிய வகையில், புதிதாகக் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இந்த பொருட்களின் முக்கிய நோக்கங்களில் ஒன்று செயல்திறனை வியத்தகு முறையில் அதிகரிப்பது மற்றும் அதிக சக்தி மற்றும் மின்னழுத்தத்தை ஆதரிப்பது ஆகும், மேலும் தற்போதைய GaN டிரான்சிஸ்டர்கள் இதை அடைய முடியும் என்பதில் சந்தேகமில்லை. இருப்பினும், தனிப்பட்ட GaN டிரான்சிஸ்டர்கள் சில சுவாரசியமான பண்புகளை வழங்கினாலும், தற்போதைய அனைத்து வணிக GaN சாதனங்களும் N-வகையாக இருப்பதால் அவை மிகவும் திறமையாக செயல்படும் திறனை சமரசம் செய்கின்றன.

இது ஏன் என்று புரிந்து கொள்ள, NMOS மற்றும் CMOS லாஜிக் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் பார்க்க வேண்டும். 1970கள் மற்றும் 1980களில் NMOS லாஜிக் அதன் எளிய உற்பத்தி செயல்முறை மற்றும் வடிவமைப்பு காரணமாக மிகவும் பிரபலமான தொழில்நுட்பமாக இருந்தது. ஒரு N-வகை MOS டிரான்சிஸ்டரின் மின்சாரம் மற்றும் வடிகால் இடையே இணைக்கப்பட்ட ஒற்றை மின்தடையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், அந்த டிரான்சிஸ்டரின் கேட் MOS டிரான்சிஸ்டரின் வடிகால் மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்த முடியும், இது ஒரு கேட் அல்லாததை திறம்பட செயல்படுத்துகிறது. மற்ற NMOS டிரான்சிஸ்டர்களுடன் இணைந்தால், AND, OR, XOR மற்றும் தாழ்ப்பாள்கள் உட்பட அனைத்து லாஜிக் கூறுகளையும் உருவாக்க முடியும்.

இருப்பினும், இந்த நுட்பம் எளிமையானது என்றாலும், மின்சாரத்தை வழங்குவதற்கு மின்தடையங்களைப் பயன்படுத்துகிறது, அதாவது NMOS டிரான்சிஸ்டர்கள் இயக்கத்தில் இருக்கும்போது மின்தடையங்களில் அதிக சக்தி வீணாகிறது. ஒரு ஒற்றை நுழைவாயிலுக்கு, இந்த ஆற்றல் இழப்பு மிகக் குறைவு, ஆனால் சிறிய 8-பிட் CPU களுக்கு அளவிடும் போது அதிகரிக்கலாம், இது சாதனத்தை வெப்பப்படுத்தலாம் மற்றும் ஒரு சிப்பில் செயலில் உள்ள சாதனங்களின் எண்ணிக்கையை கட்டுப்படுத்தலாம்.