GaN-ren akats hilgarria

Munduak erdieroaleen arloan aukera berriak bilatzen dituen bitartean,Galio nitruroa (GaN)etorkizuneko potentzia eta RF aplikazioetarako hautagai potentzial gisa nabarmentzen jarraitzen du. Hala ere, onura ugari dituen arren, GaNek erronka garrantzitsu bati aurre egin behar dio: P motako produkturik ez egotea. Zergatik daGaNhurrengo material erdieroale garrantzitsutzat hartua, zergatik da P motako GaN gailurik eza eragozpen kritikoa, eta zer esan nahi du horrek etorkizuneko diseinuetarako?

Zergatik daGaNHurrengo material erdieroale nagusi gisa agurtu?

Elektronikaren arloan, lau gertakari iraun dute lehen gailu elektronikoak merkatura atera zirenetik: ahalik eta txikienak egin behar dira, ahalik eta merkeenak, ahalik eta potentzia gehien eskaini eta ahalik eta energia gutxien kontsumitu. Baldintza hauek askotan elkarren artean gatazkan daudela kontuan hartuta, lau eskakizunak betetzen dituen gailu elektroniko perfektua sortzen saiatzea amets bat dirudi. Hala ere, horrek ez die ingeniariei hori lortzeko ahalegina eragotzi.

Lau printzipio gidari hauek erabiliz, ingeniariek ezinezkoak diruditen hainbat zeregin betetzea lortu dute. Ordenagailuak gela-tamainako makinetatik txikitu egin dira arroz ale bat baino txip txikiagoetara, telefono mugikorrek orain haririk gabeko komunikazioa eta Interneteko sarbidea ahalbidetzen dute, eta errealitate birtualeko sistemak ostalari batengandik independentean jantzi eta erabil daitezke. Hala ere, ingeniariek silizioa bezalako erabili ohi diren materialen muga fisikoetara hurbiltzen diren heinean, gailuak txikiagoak egitea eta energia gutxiago kontsumitzea gero eta zailagoa da.

Ondorioz, ikertzaileak etengabe bilatzen ari dira ohiko material horiek ordezkatu ditzaketen material berrien bila eta gailu txikiagoak eta eraginkorragoak eskaintzen jarraitzen dutenak.Galio nitruroa (GaN)arreta handia jaso duen material horietako bat da, eta arrazoiak agerikoak dira silizioarekin alderatuta.

Zer egiten duGalio nitruroaAparteko eraginkorra?

Lehenik eta behin, GaN-ren eroankortasun elektrikoa silizioarena baino 1000 aldiz handiagoa da, eta horri esker, korronte altuagoetan funtzionatzeko. Horrek esan nahi duGaNgailuak potentzia maila nabarmen altuagoetan exekutatu daitezke gehiegizko berorik sortu gabe, potentzia jakin baterako txikiagoak izan daitezen.

GaN-ek silizioarekin alderatuta duen eroankortasun termikoa apur bat txikiagoa izan arren, beroaren kudeaketaren abantailak bide berriak zabaltzen ditu potentzia handiko elektronikan. Hau bereziki funtsezkoa da espazioa lehen mailakoa den eta hozte-soluzioak gutxitu behar diren aplikazioetarako, hala nola aeroespazialean eta automobilgintzan elektronikan.GaNgailuek tenperatura altuetan errendimendua mantentzeko duten gaitasunak ingurune gogorren aplikazioetan duten potentziala nabarmentzen du.

Bigarrenik, GaN-en banda-hutsune handiagoak (3,4eV 1,1eV-rekin alderatuta) tentsio altuagoetan erabiltzeko aukera ematen du matxura dielektrikoaren aurretik. Ondorioz,GaNpotentzia handiagoa eskaintzen ez ezik, tentsio handiagoetan ere funtziona dezake eraginkortasun handiagoa mantenduz.

Elektroien mugikortasun handiak ere ahalbidetzen duGaNmaiztasun handiagoetan erabiltzeko. Faktore honek GaN ezinbestekoa egiten du GHz-tik oso ondo funtzionatzen duten RF potentziako aplikazioetarako, silizio hori kudeatzen zaila den. Hala ere, eroankortasun termikoari dagokionez, silizioa apur bat gainditzen duGaN, hau da, GaN gailuek baldintza termiko handiagoak dituzte siliziozko gailuekin alderatuta. Ondorioz, eroankortasun termikorik ezak miniaturizatzeko gaitasuna mugatzen duGaNpotentzia handiko operazioetarako gailuak, beroa xahutzeko material bolumen handiagoak behar baitira.

Zein da akats hilgarriaGaN—P motaren falta?

Potentzia eta maiztasun altuetan funtzionatzeko gai den erdieroale bat izatea bikaina da. Hala ere, abantaila guztiak izan arren, GaN-k badu akats handi bat, aplikazio askotan silizioa ordezkatzeko duen gaitasuna larriki oztopatzen duena: P motako GaN gailuen falta.

Aurkitu berri diren material hauen helburu nagusietako bat eraginkortasuna nabarmen hobetzea eta potentzia eta tentsio handiagoak eustea da, eta ez dago zalantzarikGaNtransistoreek lor dezakete. Hala ere, GaN transistore indibidualak ezaugarri ikusgarriak eman ditzakeen arren, egungo komertzialak direlaGaNgailuak N motakoak dira eraginkortasun gaitasunei eragiten die.

Hau zergatik den ulertzeko, NMOS eta CMOS logikak nola funtzionatzen duten aztertu behar dugu. Fabrikazio prozesu eta diseinu sinpleagatik, NMOS logika oso teknologia ezaguna zen 1970eko eta 1980ko hamarkadetan. Elikadura-iturriaren eta N motako MOS transistore baten drainatzearen artean konektatutako erresistentzia bakarra erabiliz, transistore honen ateak MOS transistorearen drain-tentsioa kontrola dezake, NOT ate bat eraginkortasunez ezarriz. Beste NMOS transistore batzuekin konbinatuta, elementu logiko guztiak, AND, OR, XOR eta latchak barne, sor daitezke.

Hala ere, teknologia hau sinplea den arren, erresistentziak erabiltzen ditu potentzia emateko. Horrek esan nahi du NMOS transistoreek eroaten dutenean potentzia handia alferrik galtzen dela erresistentzietan. Banakako ate baterako, potentzia-galera hori gutxienekoa da, baina 8 biteko CPU txiki batera eskalatzean, potentzia-galera hori pilatu daiteke, gailua berotuz eta txip bakarreko osagai aktibo kopurua mugatuz.

Nola eboluzionatu zen NMOS teknologia CMOSera?

Bestalde, CMOS-ek P motako eta N motako transistoreak erabiltzen ditu sinergikoki kontrako moduetan lan egiten dutenak. CMOS ate logikoaren sarrera-egoera edozein dela ere, atearen irteerak ez du boteretik lurrerako konexiorik onartzen, potentzia-galera nabarmen murrizten du (N motakoak eroaten denean bezala, P motakoak isolatzen du eta alderantziz). Izan ere, CMOS zirkuituen benetako potentzia-galera bakarra egoera-trantsizioetan gertatzen da, non potentzia eta lurraren arteko konexio iragankorra osatzen den bikote osagarrien bidez.

Hona itzulizGaNgailuak, gaur egun N motako gailuak baino ez baitira existitzen, teknologia erabilgarri bakarraGaNNMOS da, berez botere gosea duena. Hau ez da RF anplifikadoreentzako arazoa, baina zirkuitu logikoentzako eragozpen handia da.

Energia-kontsumo globalak gora egiten jarraitzen duen heinean eta teknologiaren ingurumen-inpaktua arretaz aztertzen ari denez, elektronikan energia-eraginkortasuna bilatzea inoiz baino kritikoagoa bihurtu da. NMOS teknologiaren energia-kontsumoaren mugek material erdieroaleetan aurrerapausoen premiazko beharra azpimarratzen dute errendimendu handia eta energia-eraginkortasun handia eskaintzeko. P motaren garapenaGaNedo teknologia osagarri alternatiboek mugarri esanguratsu bat markatu dezakete bilaketa honetan, potentzialki iraultzea energetikoki eraginkorrak diren gailu elektronikoen diseinua.

Interesgarria da, guztiz posiblea da P mota fabrikatzeaGaNgailuak, eta hauek LED argi-iturri urdinetan erabili dira, Blu-ray barne. Hala ere, gailu hauek eskakizun optoelektronikoetarako nahikoak badira ere, oso urrun daude logika digital eta potentzia aplikazioetarako aproposa. Adibidez, P motako fabrikaziorako dopatzaile praktiko bakarraGaNgailuak magnesioa da, baina behar den kontzentrazio handia dela eta, hidrogenoa erraz sar daiteke egiturara erretiroan, materialaren errendimenduan eragina izanez.

Beraz, P motako ezaGaNgailuek ingeniariei GaN erdieroale gisa duen potentziala guztiz ustiatzea eragozten die.

Zer esan nahi du honek etorkizuneko ingeniarientzat?

Gaur egun, material asko aztertzen ari dira, beste hautagai nagusi bat silizio-karburoa (SiC) izanik. Atsegin dutGaN, silizioarekin alderatuta, funtzionamendu-tentsio handiagoa, matxura-tentsio handiagoa eta eroankortasun hobea eskaintzen ditu. Gainera, bere eroankortasun termiko altuak muturreko tenperaturetan eta tamaina nabarmen txikiagoetan erabiltzeko aukera ematen du, potentzia handiagoa kontrolatuz.

Hala ere, ez bezalaGaN, SiC ez da maiztasun handietarako egokia, hau da, nekez erabiliko da RF aplikazioetarako. Horregatik,GaNpotentzia anplifikadore txikiak sortu nahi dituzten ingeniarientzat hobetsitako aukera izaten jarraitzen du. P motako arazoari irtenbide bat konbinatzea daGaNP motako siliziozko MOS transistoreekin. Horrek gaitasun osagarriak eskaintzen baditu ere, berez GaN-en maiztasuna eta eraginkortasuna mugatzen ditu.

Teknologiak aurrera egin ahala, ikertzaileek azkenean P mota aurki dezaketeGaNGaNrekin konbina daitezkeen teknologia desberdinak erabiliz gailu edo gailu osagarriak. Hala ere, egun hori iritsi arte,GaNgure garaiko muga teknologikoek mugatuta jarraituko dute.

Erdieroaleen ikerketaren diziplinarteko izaerak, materialen zientzia, ingeniaritza elektrikoa eta fisika barne hartzen dituenak, egungo mugak gainditzeko beharrezkoak diren lankidetza-esfortzuak azpimarratzen ditu.GaNteknologia. P motako garapenean izan daitezkeen aurrerapenakGaNedo material osagarri egokiak aurkitzeak GaN-en oinarritutako gailuen errendimendua hobetzeaz gain, erdieroaleen teknologiaren panorama zabalagoan lagundu dezake, etorkizunean sistema elektroniko eraginkorragoak, trinkoagoak eta fidagarriagoak lortzeko bidea irekiz.**

Semicorex-en fabrikatzen eta hornitzen duguGaNEpi-obleak eta beste ostia mota batzukErdieroaleen fabrikazioan aplikatuta, edozein kontsulta baduzu edo xehetasun gehiago behar badituzu, ez izan zalantzarik gurekin harremanetan jartzeko.

Harremanetarako telefonoa: +86-13567891907

Posta elektronikoa: sales@semicorex.com