సిలికాన్, సిలికాన్ కార్బైడ్ మరియు గాలియం నైట్రైడ్

సాధారణంగా ఉపయోగించే డిజిటల్ ఉత్పత్తులు మరియు హై-టెక్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, 5G ​​బేస్ స్టేషన్ వెనుక, 3 కోర్ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ ఉన్నాయి: సిలికాన్, సిలికాన్ కార్బైడ్ మరియు గాలియం నైట్రైడ్ పరిశ్రమను నడుపుతున్నాయి. వారు ఒకరికొకరు ప్రత్యామ్నాయం కాదు, వారు ఒక బృందంలో నిపుణులు మరియు వివిధ యుద్ధభూమిలపై తిరుగులేని కృషిని కలిగి ఉంటారు. వారి శ్రమ విభజనను అర్థం చేసుకుంటే, ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్స్ పరిశ్రమ అభివృద్ధి వృక్షాన్ని మనం చూడవచ్చు.

1.సిలికాన్: ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌ల మూల రాయి

సిలికాన్ నిస్సందేహంగా సెమీకండక్టర్ యొక్క రాజు, అత్యంత సమగ్రమైన మరియు సంక్లిష్టమైన కంప్యూటింగ్ యొక్క అన్ని రంగాలను శాసిస్తుంది. కంప్యూటర్ CPU, మొబైల్ SoC, గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసర్‌లు, మెమరీ, ఫ్లాష్ మెమరీ మరియు వివిధ మైక్రోకంట్రోలర్‌లు మరియు డిజిటల్ లాజిక్ చిప్‌లు, దాదాపు అన్నీ సిలికాన్ బేస్‌పై నిర్మించబడ్డాయి.

సిలికాన్ ఈ రంగంలో ఎందుకు ఆధిపత్యం చెలాయించింది

1) అద్భుతమైన ఇంటిగ్రేటెడ్ డిగ్రీ

సిలికాన్ గొప్ప మెటీరియల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది, ఇది థర్మల్ ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ ద్వారా ఉపరితలంపై పరిపూర్ణ SiO2 ఇన్సులేటింగ్ ఫిల్మ్‌ను పెంచవచ్చు. ఈ ప్రాపర్టీ CMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ను నిర్మించడానికి ఆధారం, ఒక చిన్న చిప్ ముక్కపై బిలియన్ల పది బిలియన్ల ట్రాన్సిస్టర్‌లను ఏకీకృతం చేసి, తీవ్ర సంక్లిష్టమైన లాజిస్టిక్ ఫంక్షన్‌లను సాధించడానికి.

2) పరిపక్వ ప్రక్రియ మరియు తక్కువ ధర

అర్ధ శతాబ్దానికి పైగా అభివృద్ధి ద్వారా, సిలికాన్ ప్రక్రియ మొత్తం మానవ పారిశ్రామిక నాగరికత యొక్క ఫలితం. శుద్ధి చేయడం, క్రిస్టల్ పుల్లింగ్, ఫోటోలిథోగ్రఫీ, ఎచింగ్ వరకు, ఇది ఒక పరిణతి చెందిన మరియు భారీ పరిశ్రమ గొలుసులను ఏర్పరుస్తుంది, ఆశ్చర్యపరిచే స్థాయి మరియు అత్యంత తక్కువ ధరతో అధిక-నాణ్యత క్రిస్టల్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

3) మంచి బ్యాలెన్స్

సిలికాన్ వాహకత, మారే వేగం, తయారీ వ్యయం మరియు ఉష్ణ పనితీరు మధ్య అత్యుత్తమ సమతుల్యతను సాధిస్తుంది. ఇది విపరీతమైన పనితీరులో దాని అప్‌స్టార్ట్ మెటీరియల్ పనితీరుతో సరిపోలనప్పటికీ, సంక్లిష్టమైన డిజిటల్ సిగ్నల్‌లు మరియు లాజిక్ ఆపరేషన్‌లను నిర్వహించడానికి ఇది ఖచ్చితంగా సరిపోతుంది మరియు అత్యంత ఆర్థిక ఎంపిక.

2.సిలికాన్ కార్బైడ్: హై-వోల్ట్ యుద్దభూమిలో పవర్ గార్డియన్స్

SiC అనేది అధిక-వోల్ట్, అధిక-శక్తి క్షేత్రంలో విప్లవ పదార్థం. ఇది ప్రధానంగా శక్తి మార్పిడి మరియు నియంత్రణ కోసం "పవర్ పరికరాల"లో ఉపయోగించబడుతుంది. కొత్త శక్తి వాహనాల్లో ప్రధాన డ్రైవ్ ఇన్వర్టర్, ఆన్-బోర్డ్ ఛార్జర్, DC-DC కన్వర్టర్ వంటివి; స్మార్ట్ గ్రిడ్ కన్వర్టర్ స్టేషన్లు, పారిశ్రామిక మోటార్ డ్రైవ్‌లు మరియు పరిశ్రమ మరియు పవర్ గ్రిడ్‌లో రైలు రవాణా; కొత్త శక్తి విద్యుత్ ఉత్పత్తి పరిశ్రమలో ఫోటోవోల్టాయిక్ ఇన్వర్టర్లు మరియు విండ్ పవర్ కన్వర్టర్లు.

అధిక-వోల్టేజ్ అనువర్తనాలకు SiC ఎందుకు సరిపోతుంది

1)అత్యంత అధిక బ్రేక్‌డౌన్ ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం

SiC యొక్క బ్రేక్‌డౌన్ ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం సిలికాన్ కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువ. పరికరం యొక్క ఆన్-రెసిస్టెన్స్‌ను తగ్గించడానికి అదే వోల్టేజ్ తట్టుకునే పరికరాన్ని రూపొందించడం, SiC యొక్క ఎపిటాక్సియల్ పొర సన్నగా ఉంటుంది, డోపింగ్ ఏకాగ్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది. ప్రతిఘటన తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ప్రసరణ సమయంలో శక్తి నష్టం మరియు ఉష్ణ ఉత్పత్తి గణనీయంగా తగ్గుతుంది.

2) మంచి ఉష్ణ వాహకత

SiC యొక్క ఉష్ణ వాహకత సిలికాన్ కంటే 3 రెట్లు. అధిక శక్తి అప్లికేషన్‌లో, తాపన అనేది "టాప్ కిల్లర్". SiC పరికరం అధిక శక్తి సాంద్రతలో సిస్టమ్ యొక్క స్థిరమైన పనిని అనుమతించడానికి లేదా వేడి వెదజల్లే వ్యవస్థను సులభతరం చేయడానికి మరింత వేగంగా వేడిని బయటకు పంపగలదు.

3) అధిక ఉష్ణోగ్రత పని సామర్థ్యం

సిలికాన్ పరికరం యొక్క పని ఉష్ణోగ్రత సాధారణంగా 175°C కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, అయితే SiC పరికరం 200°C పైన స్థిరంగా పని చేస్తుంది. ఇది అధిక-ఉష్ణోగ్రత మరియు కఠినమైన వాతావరణాలలో, కారు ఇంజిన్‌కు దగ్గరగా ఉన్న ఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్‌ల వంటి వాటిని మరింత నమ్మదగినదిగా చేస్తుంది.

3.గాలియం నైట్రైడ్: హై-ఫ్రీక్వెన్సీ ట్రాక్‌లో స్పీడ్ పయనీర్

GaN యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీలో ఉంది. ఇది రెండు రంగాలలో ప్రకాశిస్తుంది:

హై-ఫ్రీక్వెన్సీ పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ (ఫాస్ట్ ఛార్జింగ్): ప్రస్తుతం అత్యంత విస్తృతమైన అప్లికేషన్, కాంపాక్ట్ మరియు అత్యంత సమర్థవంతమైన GaN ఫాస్ట్ ఛార్జర్‌లను ఉపయోగించడానికి మాకు వీలు కల్పిస్తుంది.

GaN యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీలో ఉంది. ఇది రెండు రంగాలలో ప్రకాశిస్తుంది:

హై-ఫ్రీక్వెన్సీ పనితీరులో GaN ఎందుకు రాజు

1)అత్యంత అధిక ఎలక్ట్రాన్ సంతృప్త డ్రిఫ్ట్ వేగం: GaN మెటీరియల్‌లలో ఎలక్ట్రాన్‌లు చాలా వేగంగా కదులుతాయి, అంటే ట్రాన్సిస్టర్‌లు చాలా ఎక్కువ స్విచింగ్ వేగాన్ని సాధించగలవు. విద్యుత్ సరఫరాలను మార్చడం కోసం, అధిక స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీలు చిన్న మరియు తేలికైన కెపాసిటర్లు మరియు ఇండక్టర్ల వినియోగాన్ని అనుమతిస్తాయి, తద్వారా ఛార్జర్ సూక్ష్మీకరణను అనుమతిస్తుంది.

2)అధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ ట్రాన్సిస్టర్ (HEMT): మునుపటి కథనంలో వివరించినట్లుగా, GaN-AlGaN హెటెరోజంక్షన్ ఇంటర్‌ఫేస్ స్వయంచాలకంగా టూ-డైమెన్షనల్ ఎలక్ట్రాన్ గ్యాస్ (2DEG)ని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది చాలా ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్ ఏకాగ్రత మరియు చలనశీలతతో ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా చాలా తక్కువ ఆన్-రెసిస్టెన్స్ ఏర్పడుతుంది. ఇది GaN పరికరాలకు హై-స్పీడ్ స్విచింగ్ సమయంలో తక్కువ ప్రసరణ నష్టం మరియు తక్కువ స్విచింగ్ నష్టం యొక్క ద్వంద్వ ప్రయోజనాలను ఇస్తుంది.

3)విశాలమైన బ్యాండ్‌గ్యాప్: సిలికాన్ కార్బైడ్ మాదిరిగానే, GaN కూడా విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్‌ను కలిగి ఉంది, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతలు మరియు అధిక వోల్టేజీలకు నిరోధకతను కలిగిస్తుంది మరియు సిలికాన్ కంటే మరింత పటిష్టంగా ఉంటుంది.