Galio nitruroaren (GaN) aplikazioen abantailak eta desabantailak

Munduak erdieroaleetan aukera berriak bilatzen dituen bitartean,galio nitruroaetorkizuneko potentzia eta RF aplikazioetarako hautagai potentzial gisa nabarmentzen jarraitzen du. Hala ere, eskaintzen dituen onura guztiengatik, erronka handi bati aurre egiten dio oraindik; ez dago P motako (P motako) produkturik. Zergatik aurkezten da GaN hurrengo material erdieroale nagusi gisa, zergatik da P motako GaN gailuen gabezia eragozpen handi bat, eta zer esan nahi du horrek etorkizuneko diseinuetarako?

Elektronikan, lau gertakari iraun dute lehen gailu elektronikoak merkatura atera zirenetik: ahalik eta txikienak izan behar dute, ahalik eta merkeenak, ahalik eta potentzia gehien eman eta ahalik eta energia gutxien kontsumitu. Baldintza hauek askotan elkarren kontrakoak izaten direla kontuan hartuta, lau baldintza horiek bete ditzakeen gailu elektroniko perfektua sortzen saiatzea amets bat da, baina horrek ez die oztopo egin ingeniariei hori gauzatzeko ahal duten guztia egitea.

Lau printzipio gidari hauek erabiliz, ingeniariek ezinezkoak diruditen hainbat zeregin betetzea lortu dute, ordenagailuak gela tamainako gailuetatik arroz ale bat baino txip txikiagoetara txikiagotuz, haririk gabeko komunikazioa eta Internetera sarbidea ahalbidetzen duten telefono adimendunak eta errealitate birtualeko sistemak. hori orain jantzi eta erabil daiteke ostalari ordenagailutik independenteki. Hala ere, ingeniariek silizioa bezalako materialen muga fisikoetara hurbiltzen diren heinean, gailuak txikiagoak egitea eta potentzia gutxiago erabiltzea ezinezkoa bihurtzen ari da.

Ondorioz, ikertzaileak etengabe bilatzen ari dira ohiko material horiek ordezkatzeko gai izan daitezkeen material berriak eta eraginkorrago funtzionatzen duten gailu txikiagoak eskaintzen jarraitzen dutenak. Galio nitruroa (GaN) arreta asko erakarri duen material bat da, silizioarekin alderatuta, arrazoi argiengatik.

GaNren eraginkortasun handiagoa

Lehenik eta behin, GaN-ek elektrizitatea silizioa baino 1.000 aldiz eraginkorrago eroaten du, korronte altuagoetan funtzionatzeko aukera emanez. Horrek esan nahi du GaN gailuak potentzia nabarmen handiagoarekin exekutatu daitezkeela bero handirik sortu gabe, eta, beraz, txikiagoak egin daitezkeela potentzia berdinarekin.

GaN-en eroankortasun termikoa silizioarena baino zertxobait baxuagoa den arren, bere kudeaketa termikoaren abantailak potentzia handiko elektronikarako bide berriak irekitzen ditu. Hau bereziki garrantzitsua da espazioa maila altuan dagoen eta hozte-soluzioak gutxitu behar diren aplikazioetarako, hala nola aeroespaziala eta automobilgintzako elektronika, eta GaN gailuek tenperatura altuetan errendimendua mantentzeko duten gaitasunak ingurune gogorreko aplikazioetarako duten potentziala nabarmentzen du.

Bigarrenik, GaN-ren banda-gap handiagoak (3,4 eV vs. 1,1 eV) tentsio altuagoetan erabiltzeko aukera ematen du matxura dielektrikoaren aurretik. Ondorioz, GaN ez da bakarrik potentzia gehiago emateko gai, baizik eta tentsio handiagoetan egin dezake eraginkortasun handiagoa mantenduz.

Elektroien mugikortasun handiari esker, GaN maiztasun altuagoetan ere erabil daiteke. Faktore honek GaN kritikoa bihurtzen du GHz-tik oso ondo funtzionatzen duten RF potentzia-aplikazioetarako (silizioarekin borrokatzen den zerbait).

Hala ere, silizioa GaN baino apur bat hobea da eroankortasun termikoaren aldetik, hau da, GaN gailuek siliziozko gailuek baino baldintza termiko handiagoak dituzte. Ondorioz, eroankortasun termiko ezak GaN gailuak txikitzeko gaitasuna mugatzen du potentzia handian funtzionatzen dutenean (beroa xahutzeko material puska handiak behar direlako).

GaNAkilesen orpoa - P-motarik ez

Oso ona da maiztasun handietan potentzia handian funtziona dezaketen erdieroaleak edukitzea, baina GaN-k eskaintzen dituen abantaila guztiengatik, aplikazio askotan silizioa ordezkatzeko duen gaitasuna larriki oztopatzen duen eragozpen handi bat dago: P motaren falta.

Dudarik gabe, aurkitu berri diren material hauen helburu nagusietako bat eraginkortasuna nabarmen handitzea eta potentzia eta tentsio handiagoak onartzea da, eta ez dago zalantzarik egungo GaN transistoreek hori lor dezaketela. Hala ere, GaN transistore indibidualek propietate ikusgarriak eskaintzen dituzten arren, egungo GaN gailu komertzialak N motakoak izateak oso eraginkorrak izateko gaitasuna arriskuan jartzen du.

Hau zergatik den ulertzeko, NMOS eta CMOS logikak nola funtzionatzen duen aztertu behar dugu. NMOS logika oso teknologia ezaguna zen 1970eko eta 1980ko hamarkadetan, bere fabrikazio prozesu eta diseinu sinpleagatik. N motako MOS transistore baten elikadura-iturriaren eta drainatzearen artean konektatutako erresistentzia bakarra erabiliz, transistore horren ateak MOS transistorearen drainazioaren tentsioa kontrolatzeko gai da, ez-ate bat eraginkortasunez ezarriz. Beste NMOS transistore batzuekin konbinatuta, osagai logiko guztiak sortzea posible da, ETA, EDO, XOR eta latchak barne.

Hala ere, teknika hau sinplea den arren, erresistentziak erabiltzen ditu potentzia emateko, hau da, erresistentzietan potentzia asko xahutzen da NMOS transistoreak piztuta daudenean. Ate bakarrerako, potentzia-galera hori gutxienekoa da, baina handitu egin daiteke 8 biteko PUZ txikietara eskalatzean, gailua berotu eta txip bakarreko gailu aktiboen kopurua mugatu dezaketenak.