GaN இன் அபாயகரமான குறைபாடு

செமிகண்டக்டர் துறையில் புதிய வாய்ப்புகளை உலகம் தேடும் போது,காலியம் நைட்ரைடு (GaN)எதிர்கால சக்தி மற்றும் RF பயன்பாடுகளுக்கான சாத்தியமான வேட்பாளராக தொடர்ந்து தனித்து நிற்கிறது. இருப்பினும், அதன் பல நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், GaN ஒரு குறிப்பிடத்தக்க சவாலை எதிர்கொள்கிறது: P-வகை தயாரிப்புகள் இல்லாதது. ஏன் உள்ளதுGaNஅடுத்த முக்கிய குறைக்கடத்திப் பொருளாகப் போற்றப்படுகிறது, P-வகை GaN சாதனங்கள் இல்லாதது ஏன் ஒரு முக்கியமான குறைபாடு, எதிர்கால வடிவமைப்புகளுக்கு இது என்ன அர்த்தம்?

ஏன் உள்ளதுGaNஅடுத்த முக்கிய செமிகண்டக்டர் மெட்டீரியலாகப் போற்றப்படுகிறதா?

எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில், முதல் எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் சந்தைக்கு வந்ததில் இருந்து நான்கு உண்மைகள் நீடித்தன: அவை முடிந்தவரை சிறியதாகவும், முடிந்தவரை மலிவானதாகவும், முடிந்தவரை அதிக சக்தியை வழங்கவும் மற்றும் முடிந்தவரை குறைந்த சக்தியை பயன்படுத்தவும் வேண்டும். இந்த தேவைகள் பெரும்பாலும் ஒன்றுக்கொன்று முரண்படுவதால், நான்கு தேவைகளையும் பூர்த்தி செய்யும் சரியான மின்னணு சாதனத்தை உருவாக்க முயற்சிப்பது ஒரு பகல் கனவு போல் தெரிகிறது. இருப்பினும், பொறியாளர்கள் அதை அடைய முயற்சி செய்வதைத் தடுக்கவில்லை.

இந்த நான்கு வழிகாட்டும் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்தி, பொறியாளர்கள் பல்வேறு வெளித்தோற்றத்தில் சாத்தியமற்ற பணிகளைச் செய்து முடித்துள்ளனர். கணினிகள் அறை அளவிலான இயந்திரங்களிலிருந்து அரிசி தானியத்தை விட சிறிய சில்லுகளாக சுருங்கிவிட்டன, ஸ்மார்ட்போன்கள் இப்போது வயர்லெஸ் தொடர்பு மற்றும் இணைய அணுகலை செயல்படுத்துகின்றன, மேலும் மெய்நிகர் ரியாலிட்டி அமைப்புகளை இப்போது ஹோஸ்ட் இல்லாமல் அணிந்து பயன்படுத்தலாம். இருப்பினும், சிலிக்கான் போன்ற பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் இயற்பியல் வரம்புகளை பொறியாளர்கள் அணுகுவதால், சாதனங்களைச் சிறியதாக்குவதும், குறைந்த சக்தியைப் பயன்படுத்துவதும் சவாலானதாக மாறியுள்ளது.

இதன் விளைவாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் தொடர்ந்து இதுபோன்ற பொதுவான பொருட்களை மாற்றக்கூடிய மற்றும் சிறிய, திறமையான சாதனங்களை வழங்கக்கூடிய புதிய பொருட்களைத் தேடுகின்றனர்.காலியம் நைட்ரைடு (GaN)குறிப்பிடத்தக்க கவனத்தை ஈர்த்தது போன்ற ஒரு பொருளாகும், மேலும் சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடும்போது காரணங்கள் தெளிவாகத் தெரியும்.

என்ன செய்கிறதுகாலியம் நைட்ரைடுவிதிவிலக்காக திறமையானதா?

முதலாவதாக, GaN இன் மின் கடத்துத்திறன் சிலிக்கானை விட 1000 மடங்கு அதிகமாக உள்ளது, இது அதிக மின்னோட்டங்களில் செயல்பட உதவுகிறது. இதன் பொருள்GaNசாதனங்கள் அதிக வெப்பத்தை உருவாக்காமல் கணிசமாக அதிக ஆற்றல் மட்டங்களில் இயங்க முடியும், கொடுக்கப்பட்ட மின் உற்பத்திக்கு அவற்றை சிறியதாக மாற்ற அனுமதிக்கிறது.

சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடும்போது GaN இன் வெப்ப கடத்துத்திறன் சற்று குறைவாக இருந்தாலும், அதன் வெப்ப மேலாண்மை நன்மைகள் உயர்-சக்தி மின்னணுவியலில் புதிய வழிகளுக்கு வழி வகுக்கின்றன. விண்வெளி மற்றும் ஆட்டோமோட்டிவ் எலக்ட்ரானிக்ஸ் போன்றவற்றில் அதிக இடவசதி உள்ள பயன்பாடுகளுக்கு இது மிகவும் முக்கியமானது மற்றும் குளிரூட்டும் தீர்வுகள் குறைக்கப்பட வேண்டும்.GaNஅதிக வெப்பநிலையில் செயல்திறனைப் பராமரிக்கும் சாதனங்களின் திறன் கடுமையான சூழல் பயன்பாடுகளில் அவற்றின் திறனை மேலும் எடுத்துக்காட்டுகிறது.

இரண்டாவதாக, GaN இன் பெரிய பேண்ட் இடைவெளி (1.1eV உடன் ஒப்பிடும்போது 3.4eV) மின்கடத்தா முறிவுக்கு முன் அதிக மின்னழுத்தங்களில் அதைப் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது. இதன் விளைவாக,GaNஅதிக ஆற்றலை வழங்குவதோடு மட்டுமல்லாமல் அதிக மின்னழுத்தத்திலும் செயல்பட முடியும், அதே நேரத்தில் அதிக செயல்திறனைப் பராமரிக்க முடியும்.

உயர் எலக்ட்ரான் இயக்கமும் அனுமதிக்கிறதுGaNஅதிக அதிர்வெண்களில் பயன்படுத்த வேண்டும். இந்த காரணி GHz வரம்பிற்கு மேல் செயல்படும் RF சக்தி பயன்பாடுகளுக்கு GaN இன் இன்றியமையாததாக ஆக்குகிறது, இது சிலிக்கான் கையாள சிரமப்படுகிறது. இருப்பினும், வெப்ப கடத்துத்திறன் அடிப்படையில், சிலிக்கான் சற்று சிறப்பாக செயல்படுகிறதுGaN, அதாவது சிலிக்கான் சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது GaN சாதனங்கள் அதிக வெப்பத் தேவைகளைக் கொண்டுள்ளன. இதன் விளைவாக, வெப்ப கடத்துத்திறன் இல்லாமை மினியேட்டரைஸ் செய்யும் திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறதுGaNவெப்பச் சிதறலுக்குப் பெரிய பொருள் அளவுகள் தேவைப்படுவதால், உயர்-சக்திச் செயல்பாடுகளுக்கான சாதனங்கள்.

அபாயகரமான குறைபாடு என்றால் என்னGaN- பி-வகை இல்லாததா?

அதிக சக்தி மற்றும் அதிக அதிர்வெண்களில் செயல்படும் திறன் கொண்ட குறைக்கடத்தி இருப்பது சிறந்தது. இருப்பினும், அதன் அனைத்து நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், GaN ஆனது ஒரு பெரிய குறைபாட்டைக் கொண்டுள்ளது, இது பல பயன்பாடுகளில் சிலிக்கானை மாற்றும் திறனைத் தடுக்கிறது: P-வகை GaN சாதனங்களின் பற்றாக்குறை.

புதிதாகக் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இந்த பொருட்களின் முக்கிய நோக்கங்களில் ஒன்று செயல்திறனை கணிசமாக மேம்படுத்துவது மற்றும் அதிக சக்தி மற்றும் மின்னழுத்தத்தை ஆதரிப்பது ஆகும், மேலும் மின்னோட்டம் என்பதில் சந்தேகமில்லை.GaNடிரான்சிஸ்டர்கள் இதை அடைய முடியும். இருப்பினும், தனிப்பட்ட GaN டிரான்சிஸ்டர்கள் உண்மையில் சில சுவாரசியமான பண்புகளை வழங்க முடியும் என்றாலும், அனைத்து தற்போதைய வணிக உண்மைGaNசாதனங்கள் N-வகை அவற்றின் செயல்திறன் திறன்களை பாதிக்கிறது.

இது ஏன் என்று புரிந்து கொள்ள, NMOS மற்றும் CMOS லாஜிக் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் பார்க்க வேண்டும். அவற்றின் எளிய உற்பத்தி செயல்முறை மற்றும் வடிவமைப்பு காரணமாக, 1970கள் மற்றும் 1980களில் NMOS லாஜிக் மிகவும் பிரபலமான தொழில்நுட்பமாக இருந்தது. ஒரு N-வகை MOS டிரான்சிஸ்டரின் மின்சாரம் மற்றும் வடிகால் இடையே இணைக்கப்பட்ட ஒற்றை மின்தடையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், இந்த டிரான்சிஸ்டரின் வாயில் MOS டிரான்சிஸ்டரின் வடிகால் மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்தலாம், மேலும் NOT கேட்டை திறம்பட செயல்படுத்துகிறது. மற்ற NMOS டிரான்சிஸ்டர்களுடன் இணைந்தால், AND, OR, XOR மற்றும் லாட்ச்கள் உட்பட அனைத்து லாஜிக் கூறுகளும் உருவாக்கப்படலாம்.

இருப்பினும், இந்த தொழில்நுட்பம் எளிமையானது என்றாலும், மின்சாரத்தை வழங்க மின்தடையங்களைப் பயன்படுத்துகிறது. அதாவது NMOS டிரான்சிஸ்டர்கள் நடத்தும் போது, ​​மின்தடையங்களில் கணிசமான அளவு சக்தி வீணாகிறது. தனிப்பட்ட நுழைவாயிலுக்கு, இந்த ஆற்றல் இழப்பு குறைவாக உள்ளது, ஆனால் ஒரு சிறிய 8-பிட் CPU வரை அளவிடப்படும் போது, ​​இந்த ஆற்றல் இழப்பு குவிந்து, சாதனத்தை சூடாக்குகிறது மற்றும் ஒரு சிப்பில் செயலில் உள்ள கூறுகளின் எண்ணிக்கையை கட்டுப்படுத்துகிறது.

என்எம்ஓஎஸ் தொழில்நுட்பம் எப்படி சிஎம்ஓஎஸ் ஆக மாறியது?

மறுபுறம், சிஎம்ஓஎஸ் பி-வகை மற்றும் என்-வகை டிரான்சிஸ்டர்களைப் பயன்படுத்துகிறது, அவை எதிர் வழிகளில் ஒருங்கிணைந்து செயல்படுகின்றன. CMOS லாஜிக் கேட்டின் உள்ளீட்டு நிலையைப் பொருட்படுத்தாமல், கேட்டின் வெளியீடு மின்சாரத்திலிருந்து தரைக்கு இணைப்பை அனுமதிக்காது, மின் இழப்பைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது (N-வகை நடத்தும்போது, ​​P-வகை இன்சுலேட்டுகள் மற்றும் நேர்மாறாகவும்). உண்மையில், CMOS சுற்றுகளில் உள்ள ஒரே உண்மையான ஆற்றல் இழப்பு நிலை மாற்றங்களின் போது நிகழ்கிறது, அங்கு மின் மற்றும் தரைக்கு இடையே ஒரு நிலையற்ற இணைப்பு நிரப்பு ஜோடிகள் மூலம் உருவாகிறது.

திரும்புகிறதுGaNசாதனங்கள், தற்போது N-வகை சாதனங்கள் மட்டுமே இருப்பதால், அதற்கான தொழில்நுட்பம் மட்டுமே உள்ளதுGaNNMOS ஆகும், இது இயல்பாகவே அதிகாரப் பசி கொண்டது. RF பெருக்கிகளுக்கு இது ஒரு பிரச்சினை அல்ல, ஆனால் லாஜிக் சர்க்யூட்டுகளுக்கு இது ஒரு பெரிய குறைபாடாகும்.

உலகளாவிய ஆற்றல் நுகர்வு தொடர்ந்து அதிகரித்து வருவதால், தொழில்நுட்பத்தின் சுற்றுச்சூழல் தாக்கம் உன்னிப்பாக ஆராயப்படுவதால், எலக்ட்ரானிக்ஸில் ஆற்றல் செயல்திறனைப் பின்தொடர்வது முன்னெப்போதையும் விட மிகவும் முக்கியமானதாகிவிட்டது. என்எம்ஓஎஸ் தொழில்நுட்பத்தின் மின் நுகர்வு வரம்புகள், அதிக செயல்திறன் மற்றும் அதிக ஆற்றல் திறனை வழங்குவதற்கு குறைக்கடத்தி பொருட்களில் முன்னேற்றங்களின் அவசரத் தேவையை அடிக்கோடிட்டுக் காட்டுகிறது. பி-வகை வளர்ச்சிGaNஅல்லது மாற்று நிரப்பு தொழில்நுட்பங்கள் இந்த தேடலில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க மைல்கல்லை குறிக்கலாம், ஆற்றல் திறன் கொண்ட மின்னணு சாதனங்களின் வடிவமைப்பில் புரட்சியை ஏற்படுத்தலாம்.

சுவாரஸ்யமாக, பி-வகை தயாரிப்பது முற்றிலும் சாத்தியமாகும்GaNசாதனங்கள், மற்றும் இவை ப்ளூ-ரே உட்பட நீல LED ஒளி மூலங்களில் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், இந்த சாதனங்கள் ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் தேவைகளுக்கு போதுமானதாக இருந்தாலும், அவை டிஜிட்டல் லாஜிக் மற்றும் பவர் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக இல்லை. எடுத்துக்காட்டாக, பி-வகையை உற்பத்தி செய்வதற்கான ஒரே நடைமுறை டோபண்ட்GaNசாதனங்களில் மெக்னீசியம் உள்ளது, ஆனால் அதிக செறிவு தேவைப்படுவதால், ஹைட்ரஜன் அனீலிங் செய்யும் போது கட்டமைப்பிற்குள் எளிதில் நுழைந்து, பொருளின் செயல்திறனை பாதிக்கிறது.

எனவே, பி-வகை இல்லாததுGaNசாதனங்கள் பொறியாளர்கள் GaN இன் திறனை குறைக்கடத்தியாக முழுமையாகப் பயன்படுத்துவதைத் தடுக்கிறது.

எதிர்கால பொறியாளர்களுக்கு இது என்ன அர்த்தம்?

தற்போது, ​​பல பொருட்கள் ஆய்வு செய்யப்படுகின்றன, மற்றொரு முக்கிய வேட்பாளர் சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC). பிடிக்கும்GaN, சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடுகையில், இது அதிக இயக்க மின்னழுத்தம், அதிக முறிவு மின்னழுத்தம் மற்றும் சிறந்த கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றை வழங்குகிறது. கூடுதலாக, அதன் உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன் அதிக சக்தியைக் கட்டுப்படுத்தும் போது தீவிர வெப்பநிலையிலும் குறிப்பிடத்தக்க அளவு சிறிய அளவுகளிலும் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது.

இருப்பினும், போலல்லாமல்GaN, அதிக அதிர்வெண்களுக்கு SiC பொருந்தாது, அதாவது RF பயன்பாடுகளுக்கு இது பயன்படுத்தப்பட வாய்ப்பில்லை. எனவே,GaNசிறிய ஆற்றல் பெருக்கிகளை உருவாக்க விரும்பும் பொறியாளர்களுக்கு விருப்பமான தேர்வாக உள்ளது. பி-வகை சிக்கலுக்கு ஒரு தீர்வு இணைப்பதாகும்GaNP-வகை சிலிக்கான் MOS டிரான்சிஸ்டர்களுடன். இது நிரப்பு திறன்களை வழங்கும் அதே வேளையில், இது GaN இன் அதிர்வெண் மற்றும் செயல்திறனை இயல்பாகவே கட்டுப்படுத்துகிறது.

தொழில்நுட்பம் முன்னேறும்போது, ​​ஆராய்ச்சியாளர்கள் இறுதியில் பி-வகையைக் கண்டறியலாம்GaNGaNஉடன் இணைக்கக்கூடிய பல்வேறு தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தும் சாதனங்கள் அல்லது நிரப்பு சாதனங்கள். இருப்பினும், அந்த நாள் வரும் வரை,GaNநமது காலத்தின் தொழில்நுட்ப வரம்புகளால் தொடர்ந்து கட்டுப்படுத்தப்படும்.

பொருள் அறிவியல், மின் பொறியியல் மற்றும் இயற்பியல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய குறைக்கடத்தி ஆராய்ச்சியின் இடைநிலை இயல்பு, தற்போதைய வரம்புகளை கடக்க தேவையான கூட்டு முயற்சிகளை அடிக்கோடிட்டுக் காட்டுகிறது.GaNதொழில்நுட்பம். பி-வகையை வளர்ப்பதில் சாத்தியமான முன்னேற்றங்கள்GaNஅல்லது பொருத்தமான நிரப்புப் பொருட்களைக் கண்டறிவது GaN-அடிப்படையிலான சாதனங்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதோடு மட்டுமல்லாமல், பரந்த குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்ப நிலப்பரப்பிற்கு பங்களிக்கும், எதிர்காலத்தில் மிகவும் திறமையான, கச்சிதமான மற்றும் நம்பகமான மின்னணு அமைப்புகளுக்கு வழி வகுக்கும்.**

Semicorex இல் நாங்கள் உற்பத்தி செய்து சப்ளை செய்கிறோம்GaNஎபி-செதில்கள் மற்றும் பிற வகை செதில்கள்குறைக்கடத்தி உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்பட்டது, உங்களுக்கு ஏதேனும் விசாரணைகள் இருந்தால் அல்லது கூடுதல் விவரங்கள் தேவைப்பட்டால், தயவுசெய்து எங்களைத் தொடர்புகொள்ள தயங்க வேண்டாம்.

தொடர்பு தொலைபேசி: +86-13567891907

மின்னஞ்சல்: sales@semicorex.com