Silizioa, Silizio Karburoa eta Galio Nitruroa

Ohiko erabiltzen diren produktu digitalen eta goi-teknologiako ibilgailu elektrikoen atzean, 5G oinarrizko estazioa, oinarrizko 3 material erdieroale daude: Silizioa, Silizio Karburoa eta Galio Nitruroa industria gidatzen dutenak. Ez dira alternatibak elkarren artean, talde bateko adituak dira, eta esfortzu ordezkaezina dute gudu-zelai ezberdinetan. Haien lanaren banaketa ulertuta, elektronika industria modernoaren garapen zuhaitza ikus dezakegu.

1.Silizioa: Zirkuitu integratuen oinarria

Silizioa erdieroaleen erregea da, dudarik gabe, oso integratuta dagoen eta konputazio konplexuaren alor guztiak gobernatzen dituena. Ordenagailuaren CPUa, SoC mugikorra, prozesadore grafikoak, memoria, flash memoria eta hainbat mikrokontrolagailu eta txip logiko digitalak, ia guztiak Silizioko oinarrian eraikita daude.

Zergatik Silizioa nagusitu eremu honetan

1) Titulu integratu bikaina

Silizioak materialaren propietate handiak ditu, oxidazio termikoko prozesuen bidez gainazalean SiO2 film isolatzaile perfektua hazi daiteke. Propietate hau CMOS transistorea eraikitzeko oinarria da, mila milioi nahiz hamar mila milioi transistore txip zati txiki batean integratuz, muturreko funtzio logistiko konplexuak lortzeko.

2) Prozesu heldua eta kostu baxua

Mende erdi baino gehiagoko garapenaren bidez, Silizioaren prozesua giza zibilizazio industrial osoaren emaitza da. Purifikaziotik, kristalen tiraketatik, fotolitografiara, akuafortera arte, industria kate heldu eta erraldoi bat osatuz joan da, kalitate handiko kristala eskala harrigarriarekin eta kostu oso baxuarekin ekoizteko.

3) Oreka ona

Silizioa erdieroaleen erregea da, dudarik gabe, oso integratuta dagoen eta konputazio konplexuaren alor guztiak gobernatzen dituena. Ordenagailuaren CPUa, SoC mugikorra, prozesadore grafikoak, memoria, flash memoria eta hainbat mikrokontrolagailu eta txip logiko digitalak, ia guztiak Silizioko oinarrian eraikita daude.

2.Silizio karburoa: Power Guardians High-volt Battlefield-en

Mende erdi baino gehiagoko garapenaren bidez, Silizioaren prozesua giza zibilizazio industrial osoaren emaitza da. Purifikaziotik, kristalen tiraketatik, fotolitografiara, akuafortera arte, industria kate heldu eta erraldoi bat osatuz joan da, kalitate handiko kristala eskala harrigarriarekin eta kostu oso baxuarekin ekoizteko.

Zergatik SiC egokia tentsio handiko aplikazioetarako

1) Matxura handiko eremu elektrikoaren indarra

SiC-ren matxura-eremu elektrikoaren indarra silizioarena baino 10 aldiz handiagoa da. Tentsioa jasateko gailu bera fabrikatzea esan nahi du, SiC-ren epitaxia geruza meheagoa izan daiteke, dopin-kontzentrazioa handiagoa izan daiteke, gailuaren erresistentzia murrizteko. Erresistentzia txikiagoa denean, energia-galera eta bero-sorkuntza nabarmen murriztu daitezke eroantzean.

2) Eroankortasun termiko ona

SiC-ren eroankortasun termikoa silizioarena baino 3 aldiz handiagoa da. Potentzia handiko aplikazioan, berogailua "hiltzaile nagusia" da. SiC gailuak azkarrago atera dezake berogailua bera, sistemaren lan egonkorra ahalbidetzeko potentzia dentsitate handiagoan edo beroa xahutzeko sistema errazteko.

3) Tenperatura handiko lan-gaitasuna

Silizio gailuaren lan-tenperatura normalean 175 °C-tik beherakoa da, SiC gailuak 200 °C-tik gorako lan egonkorra izan dezakeen bitartean. Horrek fidagarriagoa egiten du tenperatura altuko eta ingurune gogorretan, hala nola autoaren motorretik gertu dauden sistema elektronikoetan.

3.Galio nitruroa: abiadura aitzindaria maiztasun handiko pistan

GaN-ren abantaila nagusia maiztasun handikoa da. Bi esparrutan distira egiten du:

Maiztasun handiko potentzia-elektronika (karga azkarra): gaur egun aplikaziorik hedatuena, GaN kargagailu azkarra trinko eta eraginkorrak erabiltzeko aukera ematen diguna.

RF front-end: potentzia-anplifikadoreak 5G komunikazio-oinarrizko estazioetan eta defentsa-industriako radar sistemetan.

Zergatik da GaN maiztasun handiko errendimenduaren erregea

1) Elektroien saturazio-abiadura oso altua: elektroiak oso azkar mugitzen dira GaN materialetan, hau da, transistoreek kommutazio-abiadura oso handiak lor ditzakete. Elikadura-iturri aldatzeko, kommutazio-maiztasun altuagoek kondentsadore eta induktore txikiagoak eta arinagoak erabiltzea ahalbidetzen dute, horrela kargagailuaren miniaturizazioa ahalbidetzen du.

2) Elektroniaren mugikortasun handiko transistorea (HEMT): Aurreko artikuluan zehazten den bezala, GaN-AlGaN heterojunction interfazeak automatikoki bi dimentsioko elektroi gasa (2DEG) era dezake, elektroi-kontzentrazio eta mugikortasun oso altuak dituena, erresistentzia oso baxua izanik. Honek GaN gailuei eroapen-galera baxuaren eta kommutazio-galera baxuaren abantaila bikoitza ematen die abiadura handiko kommutazioan.

3) Banda zabalagoa: silizio karburoaren antzekoa, GaN-k banda zabala du, tenperatura eta tentsio altuen aurrean erresistentea eta silizioa baino sendoagoa da.