GaN Kristal bakarra

Erdieroaleen teknologia zibilizazio modernoaren ardatza izan da, funtsean munduarekin bizitzeko, lan egiteko eta elkarreragiteko modua eraldatuz. Aurrekaririk gabeko aurrerapenak ahalbidetu ditu hainbat arlotan, besteak beste, informazioaren teknologian, energian, telekomunikazioetan eta osasunean. Gure telefono mugikorrak eta ordenagailuak elikatzen dituzten mikroprozesadoreetatik hasi, gailu medikoetako sentsoreetara eta energia berriztagarrietako sistemetako potentzia-elektronika arte, erdieroaleak dira azken mendeko ia berrikuntza teknologiko guztien oinarrian.

Erdieroaleen lehen belaunaldia: germanioa eta silizioa

Erdieroaleen teknologiaren historia erdieroaleen lehen belaunaldiarekin hasi zen, batez ere germanioa (Ge) eta silizioa (Si). Material hauek erdieroale elementalak dira, hau da, elementu bakar batez osatuta daude. Silizioa, bereziki, material erdieroalerik erabiliena izan da bere ugaritasunagatik, kostu-eraginkortasunagatik eta propietate elektroniko bikainengatik. Silizioan oinarritutako teknologia hamarkadetan zehar heldu da, eta elektronika modernoaren oinarria osatzen duten zirkuitu integratuak (IC) garatu dira. Silizioak oxido geruza egonkor eta kalitate handiko bat (silizio dioxidoa) osatzeko duen gaitasuna faktore kritikoa izan da metal-oxido-erdieroaleen (MOS) gailuen arrakastarako, hauek dira elektronika digital gehienen eraikuntza-blokeak.

Erdieroaleen bigarren belaunaldia: galio arseniuroa eta indio fosfuroa

Teknologiak eboluzionatu ahala, silizioaren mugak agerian geratu ziren, batez ere abiadura handiko eta maiztasun handiko aplikazioetan. Honek erdieroaleen bigarren belaunaldia garatu zuen, galio artsenuroa (GaAs) eta indio fosfuroa (InP) bezalako erdieroale konposatuak barne hartzen dituena. Material hauek elektroien mugikortasun handia eta zuzeneko banda hutsagatik ezagunak dira, eta gailu optoelektronikoetarako aproposak dira, hala nola, argi-igorle-diodoak (LEDak), laser-diodoak eta maiztasun handiko transistoreak. GaAs, adibidez, asko erabiltzen da mikrouhin eta uhin milimetrikoko komunikazio sistemetan, baita satelite eta radar teknologietan ere. Abantailak izan arren, GaAs eta InP-en adopzio hedatua mugatua izan da, fabrikazioko kostu eta erronka handiagoak direla eta.

Erdieroaleen hirugarren belaunaldia:Silizio-karburoaetaGalio nitruroa

Azken urteotan, fokua erdieroaleen hirugarren belaunaldira aldatu da, besteak beste, materialak barnesilizio karburoa (SiC)etagalio nitruroa (GaN). Material hauek banda zabala dute, hau da, aurrekoek baino tentsio, tenperatura eta maiztasun handiagoetan funtziona dezakete.GaNBereziki, arreta nabarmena lortu du bere aparteko propietateengatik, 3,4 eV-ko banda zabala, elektroien mugikortasun handia, matxura-tentsio handia eta eroankortasun termiko bikaina barne. Ezaugarri hauek egiten duteGaNpotentzia handiko eta maiztasun handiko aplikazioetarako hautagai ezin hobea da, hala nola, kargagailu azkarrak, potentzia-transistoreak eta irrati-maiztasuneko (RF) mikrouhin-gailuetarako.

Kristalaren egitura eta loturaGaN

GaNErdieroale konposatuen III-V taldekoa da, taula periodikoaren III (adibidez, galioa) eta V taldeko (adibidez, nitrogenoa) elementuz osatuta daudenak. -ren kristalezko egituraGaNbi forma nagusitan egon daiteke: wurtzita hexagonala eta esfalerita kubikoa. Eratzen den kristal egitura mota atomoen arteko lotura kimikoen izaerak eragiten du. Konposatu erdieroaleetan, lotura kobalente eta ionikoen nahasketa izan daiteke. Zenbat eta ionikoagoa izan lotura, orduan eta probabilitate handiagoa du materialak wurtzita egitura bat osatzeko. -ren kasuanGaN, galioaren (Ga) eta nitrogenoaren (N) arteko elektronegatibitate-alde handiak loturaren izaera ioniko nabarmena dakar. Ondorioz,GaNnormalean wurtzite egituran kristalizatzen da, egonkortasun termiko handiagatik eta korrosio kimikoarekiko erresistentziagatik ezaguna dena.

-ren abantailakGaNLehenagoko material erdieroaleen gainetik

Lehenengo eta bigarren belaunaldiko material erdieroaleekin alderatuta,GaNpuntako aplikazioetarako bereziki erakargarria egiten duten hainbat abantaila eskaintzen ditu. Abantaila esanguratsuenetako bat bere banda zabala da, GaN-en oinarritutako gailuei tentsio eta tenperatura altuagoetan funtzionatzeko aukera ematen die hautsi gabe. Horrek GaN material bikaina bihurtzen du potentzia elektronikarako, non eraginkortasuna eta kudeaketa termikoa kezka kritikoak diren. Gainera, GaN-k konstante dielektriko txikiagoa du, kapazitatea murrizten eta transistoreetan kommutazio-abiadura azkarragoak ahalbidetzen laguntzen du.

GaNEremu elektriko kritikoaren indar handiagoa ere badu, gailuek eremu elektriko handiagoak kudeatzeko aukera ematen baitu matxurarik izan gabe. Hau bereziki garrantzitsua da potentzia handiko aplikazioetan, non tentsio eta korronte altuak kudeatzeko gaitasuna ezinbestekoa den. Gainera, GaN-en elektroien mugikortasun handiak maiztasun handiko aplikazioetarako egokitasuna laguntzen du, hala nola RF eta mikrouhin gailuetarako. Propietate hauen konbinazioak —eroankortasun termiko handia, tenperatura altuko erresistentzia eta erradiazio-gogortasuna— GaN hurrengo belaunaldiko gailu elektronikoen zeregin erabakigarria izateko prest dagoen material polifazetikoa bihurtzen du.

GaNAplikazio Modernoetan eta Etorkizuneko Aurreikuspenetan

-ren propietate bereziakGaNdagoeneko hasi dira hainbat industria iraultzen. Kontsumo elektronikoan, GaN-en oinarritutako kargagailu azkarrak gero eta ezagunagoak dira silizioan oinarritutako ohiko kargagailuekin alderatuta, eraginkortasunagatik eta tamaina trinkoagatik. Telekomunikazioen arloan, GaN erabiltzen ari da maiztasun handiko transistoreak garatzeko, ezinbestekoak diren 5G sareetarako eta haratago. Aeroespazialaren eta defentsaren sektoreak ere aztertzen ari dira GaN-ek potentzia handiko radar eta komunikazio sistemetan erabiltzeko duen potentziala, non muturreko baldintzetan jarduteko duen gaitasuna ezinbestekoa den.