2024-10-25
సెమీకండక్టర్ రంగంలో కొత్త అవకాశాల కోసం ప్రపంచం శోధిస్తున్నప్పుడు,గాలియం నైట్రైడ్ (GaN)భవిష్యత్తులో పవర్ మరియు RF అప్లికేషన్ల కోసం సంభావ్య అభ్యర్థిగా నిలుస్తూనే ఉంది. అయినప్పటికీ, దాని అనేక ప్రయోజనాలు ఉన్నప్పటికీ, GaN ఒక ముఖ్యమైన సవాలును ఎదుర్కొంటుంది: P-రకం ఉత్పత్తుల లేకపోవడం. ఎందుకు ఉందిGaNతదుపరి ప్రధాన సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్గా ప్రశంసించబడింది, P-టైప్ GaN పరికరాల కొరత ఎందుకు ఒక క్లిష్టమైన లోపంగా ఉంది మరియు భవిష్యత్ డిజైన్లకు దీని అర్థం ఏమిటి?
ఎందుకు ఉందిGaNతదుపరి ప్రధాన సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్గా ప్రశంసించబడ్డారా?
ఎలక్ట్రానిక్స్ రంగంలో, మొదటి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు మార్కెట్లోకి వచ్చినప్పటి నుండి నాలుగు వాస్తవాలు కొనసాగాయి: వాటిని వీలైనంత చిన్నగా, వీలైనంత చౌకగా, వీలైనంత ఎక్కువ శక్తిని అందించాలి మరియు వీలైనంత తక్కువ శక్తిని వినియోగించుకోవాలి. ఈ అవసరాలు తరచుగా ఒకదానికొకటి విరుద్ధంగా ఉంటాయి కాబట్టి, నాలుగు అవసరాలకు అనుగుణంగా ఖచ్చితమైన ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాన్ని రూపొందించడానికి ప్రయత్నించడం పగటి కలలా కనిపిస్తుంది. అయినప్పటికీ, ఇది ఇంజనీర్లను సాధించడానికి ప్రయత్నించకుండా ఆపలేదు.
ఈ నాలుగు మార్గదర్శక సూత్రాలను ఉపయోగించి, ఇంజనీర్లు అసాధ్యమైన అనేక రకాల పనులను సాధించగలిగారు. కంప్యూటర్లు గది-పరిమాణ యంత్రాల నుండి బియ్యం గింజ కంటే చిన్న చిప్లకు కుదించబడ్డాయి, స్మార్ట్ఫోన్లు ఇప్పుడు వైర్లెస్ కమ్యూనికేషన్ మరియు ఇంటర్నెట్ యాక్సెస్ను ఎనేబుల్ చేస్తున్నాయి మరియు వర్చువల్ రియాలిటీ సిస్టమ్లను ఇప్పుడు హోస్ట్ లేకుండా ధరించవచ్చు మరియు ఉపయోగించవచ్చు. అయినప్పటికీ, ఇంజనీర్లు సిలికాన్ వంటి సాధారణంగా ఉపయోగించే పదార్థాల భౌతిక పరిమితులను చేరుకోవడంతో, పరికరాలను చిన్నదిగా చేయడం మరియు తక్కువ శక్తిని వినియోగించడం చాలా సవాలుగా మారింది.
పర్యవసానంగా, అటువంటి సాధారణ పదార్థాలను సంభావ్యంగా భర్తీ చేయగల మరియు చిన్న, మరింత సమర్థవంతమైన పరికరాలను అందించడం కొనసాగించగల కొత్త పదార్థాల కోసం పరిశోధకులు నిరంతరం వెతుకుతూ ఉంటారు.గాలియం నైట్రైడ్ (GaN)అనేది ముఖ్యమైన దృష్టిని ఆకర్షించిన అటువంటి పదార్థం, మరియు సిలికాన్తో పోల్చినప్పుడు కారణాలు స్పష్టంగా కనిపిస్తాయి.
వాట్ మేక్స్గాలియం నైట్రైడ్అనూహ్యంగా సమర్థవంతంగా ఉందా?
మొదట, GaN యొక్క విద్యుత్ వాహకత సిలికాన్ కంటే 1000 రెట్లు ఎక్కువ, ఇది అధిక ప్రవాహాల వద్ద పనిచేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. దీని అర్థంGaNపరికరాలు అధిక వేడిని ఉత్పత్తి చేయకుండా గణనీయంగా అధిక శక్తి స్థాయిలలో అమలు చేయగలవు, ఇచ్చిన విద్యుత్ ఉత్పత్తికి వాటిని చిన్నవిగా చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.
సిలికాన్తో పోలిస్తే GaN యొక్క ఉష్ణ వాహకత కొద్దిగా తక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, దాని ఉష్ణ నిర్వహణ ప్రయోజనాలు అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రానిక్స్లో కొత్త మార్గాలకు మార్గం సుగమం చేస్తాయి. స్పేస్ ప్రీమియమ్లో ఉన్న అప్లికేషన్లకు ఇది చాలా కీలకం మరియు ఏరోస్పేస్ మరియు ఆటోమోటివ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ వంటి శీతలీకరణ పరిష్కారాలను తగ్గించాల్సిన అవసరం ఉంది.GaNఅధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనితీరును నిర్వహించగల పరికరాల సామర్థ్యం కఠినమైన పర్యావరణ అనువర్తనాల్లో వాటి సామర్థ్యాన్ని మరింత హైలైట్ చేస్తుంది.
రెండవది, GaN యొక్క పెద్ద బ్యాండ్ గ్యాప్ (1.1eVతో పోలిస్తే 3.4eV) విద్యుద్వాహక విచ్ఛిన్నానికి ముందు అధిక వోల్టేజీల వద్ద దీనిని ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తుంది. తత్ఫలితంగా,GaNఎక్కువ శక్తిని అందించడమే కాకుండా అధిక సామర్థ్యాన్ని కొనసాగిస్తూ అధిక వోల్టేజీల వద్ద కూడా పనిచేయగలదు.
అధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ కూడా అనుమతిస్తుందిGaNఅధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ అంశం GHz పరిధి కంటే ఎక్కువగా పనిచేసే RF పవర్ అప్లికేషన్లకు GaNని ఆవశ్యకం చేస్తుంది, ఇది సిలికాన్ను నిర్వహించడానికి కష్టపడుతుంది. అయితే, ఉష్ణ వాహకత పరంగా, సిలికాన్ కొద్దిగా మించిపోయిందిGaN, అంటే సిలికాన్ పరికరాలతో పోలిస్తే GaN పరికరాలకు ఎక్కువ ఉష్ణ అవసరాలు ఉంటాయి. ఫలితంగా, ఉష్ణ వాహకత లేకపోవడం సూక్ష్మీకరించే సామర్థ్యాన్ని పరిమితం చేస్తుందిGaNఅధిక-శక్తి కార్యకలాపాల కోసం పరికరాలు, వేడి వెదజల్లడానికి పెద్ద మెటీరియల్ వాల్యూమ్లు అవసరమవుతాయి.
యొక్క ప్రాణాంతక లోపం ఏమిటిGaN-P-రకం లేకపోవడం?
అధిక శక్తి మరియు అధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద పనిచేయగల సెమీకండక్టర్ కలిగి ఉండటం అద్భుతమైనది. అయినప్పటికీ, దాని అన్ని ప్రయోజనాలు ఉన్నప్పటికీ, GaN అనేక అప్లికేషన్లలో సిలికాన్ను భర్తీ చేసే సామర్థ్యాన్ని తీవ్రంగా అడ్డుకునే ఒక ప్రధాన లోపాన్ని కలిగి ఉంది: P-రకం GaN పరికరాల లేకపోవడం.
ఈ కొత్తగా కనుగొనబడిన పదార్థాల యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనాల్లో ఒకటి, సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరచడం మరియు అధిక శక్తి మరియు వోల్టేజ్కు మద్దతు ఇవ్వడం, మరియు కరెంట్లో ఎటువంటి సందేహం లేదుGaNట్రాన్సిస్టర్లు దీనిని సాధించగలవు. అయినప్పటికీ, వ్యక్తిగత GaN ట్రాన్సిస్టర్లు నిజానికి కొన్ని ఆకట్టుకునే లక్షణాలను అందించగలవు, అన్ని ప్రస్తుత వాణిజ్య వాస్తవంGaNపరికరాలు N-రకం వాటి సామర్థ్య సామర్థ్యాలను ప్రభావితం చేస్తాయి.
ఇది ఎందుకు జరిగిందో అర్థం చేసుకోవడానికి, మనం NMOS మరియు CMOS లాజిక్ ఎలా పనిచేస్తాయో చూడాలి. వారి సాధారణ తయారీ ప్రక్రియ మరియు రూపకల్పన కారణంగా, NMOS లాజిక్ 1970లు మరియు 1980లలో చాలా ప్రజాదరణ పొందిన సాంకేతికత. N-రకం MOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క విద్యుత్ సరఫరా మరియు కాలువ మధ్య అనుసంధానించబడిన ఒకే నిరోధకాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా, ఈ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క గేట్ MOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క కాలువ వోల్టేజ్ను నియంత్రించగలదు, NOT గేట్ను సమర్థవంతంగా అమలు చేస్తుంది. ఇతర NMOS ట్రాన్సిస్టర్లతో కలిపినప్పుడు, AND, OR, XOR మరియు లాచెస్తో సహా అన్ని లాజిక్ ఎలిమెంట్లు సృష్టించబడతాయి.
అయితే, ఈ సాంకేతికత సరళమైనది అయినప్పటికీ, ఇది శక్తిని అందించడానికి రెసిస్టర్లను ఉపయోగిస్తుంది. అంటే NMOS ట్రాన్సిస్టర్లు నిర్వహించినప్పుడు, రెసిస్టర్లపై గణనీయమైన శక్తి వృధా అవుతుంది. వ్యక్తిగత గేట్ కోసం, ఈ శక్తి నష్టం తక్కువగా ఉంటుంది, కానీ ఒక చిన్న 8-బిట్ CPU వరకు స్కేల్ చేసినప్పుడు, ఈ శక్తి నష్టం పేరుకుపోతుంది, పరికరాన్ని వేడి చేస్తుంది మరియు ఒకే చిప్లో క్రియాశీల భాగాల సంఖ్యను పరిమితం చేస్తుంది.
NMOS టెక్నాలజీ CMOSకి ఎలా పరిణామం చెందింది?
మరోవైపు, CMOS వ్యతిరేక మార్గాల్లో సినర్జిస్టిక్గా పనిచేసే P-రకం మరియు N-రకం ట్రాన్సిస్టర్లను ఉపయోగిస్తుంది. CMOS లాజిక్ గేట్ యొక్క ఇన్పుట్ స్థితితో సంబంధం లేకుండా, గేట్ యొక్క అవుట్పుట్ శక్తి నుండి భూమికి కనెక్షన్ను అనుమతించదు, విద్యుత్ నష్టాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది (N-రకం నిర్వహించినప్పుడు, P-రకం ఇన్సులేట్లు మరియు వైస్ వెర్సా వలె). వాస్తవానికి, CMOS సర్క్యూట్లలో నిజమైన విద్యుత్ నష్టం రాష్ట్ర పరివర్తన సమయంలో సంభవిస్తుంది, ఇక్కడ శక్తి మరియు భూమి మధ్య తాత్కాలిక కనెక్షన్ కాంప్లిమెంటరీ జతల ద్వారా ఏర్పడుతుంది.
తిరిగి వస్తున్నదిGaNపరికరాలు, ప్రస్తుతం N-రకం పరికరాలు మాత్రమే ఉన్నందున, అందుబాటులో ఉన్న ఏకైక సాంకేతికతGaNఅనేది NMOS, ఇది అంతర్లీనంగా శక్తి-ఆకలితో ఉంటుంది. ఇది RF యాంప్లిఫైయర్లకు సమస్య కాదు, కానీ లాజిక్ సర్క్యూట్లకు ఇది ప్రధాన లోపం.
ప్రపంచ శక్తి వినియోగం పెరుగుతూనే ఉంది మరియు సాంకేతికత యొక్క పర్యావరణ ప్రభావం నిశితంగా పరిశీలించబడినందున, ఎలక్ట్రానిక్స్లో శక్తి సామర్థ్యాన్ని కొనసాగించడం గతంలో కంటే చాలా క్లిష్టమైనది. NMOS సాంకేతికత యొక్క విద్యుత్ వినియోగ పరిమితులు అధిక పనితీరు మరియు అధిక శక్తి సామర్థ్యాన్ని అందించడానికి సెమీకండక్టర్ పదార్థాలలో పురోగతుల యొక్క తక్షణ అవసరాన్ని నొక్కి చెబుతున్నాయి. పి-రకం అభివృద్ధిGaNలేదా ప్రత్యామ్నాయ పరిపూరకరమైన సాంకేతికతలు ఈ అన్వేషణలో ఒక ముఖ్యమైన మైలురాయిని గుర్తించగలవు, శక్తి-సమర్థవంతమైన ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల రూపకల్పనలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేయగలవు.
ఆసక్తికరంగా, P-రకాన్ని తయారు చేయడం పూర్తిగా సాధ్యమేGaNపరికరాలు, మరియు ఇవి బ్లూ-రేతో సహా బ్లూ LED లైట్ సోర్స్లలో ఉపయోగించబడ్డాయి. అయితే, ఈ పరికరాలు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ అవసరాలకు సరిపోతాయి, అవి డిజిటల్ లాజిక్ మరియు పవర్ అప్లికేషన్లకు అనువైనవి కావు. ఉదాహరణకు, P-రకం తయారీకి మాత్రమే ఆచరణాత్మక డోపాంట్GaNపరికరాలు మెగ్నీషియం, కానీ అవసరమైన అధిక సాంద్రత కారణంగా, హైడ్రోజన్ ఎనియలింగ్ సమయంలో సులభంగా నిర్మాణంలోకి ప్రవేశిస్తుంది, ఇది పదార్థం యొక్క పనితీరును ప్రభావితం చేస్తుంది.
అందువలన, P- రకం లేకపోవడంGaNపరికరాలు సెమీకండక్టర్గా GaN సామర్థ్యాన్ని పూర్తిగా ఉపయోగించుకోకుండా ఇంజనీర్లను నిరోధిస్తుంది.
ఫ్యూచర్ ఇంజనీర్లకు దీని అర్థం ఏమిటి?
ప్రస్తుతం, అనేక పదార్థాలు అధ్యయనం చేయబడుతున్నాయి, మరొక ప్రధాన అభ్యర్థి సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC). ఇష్టంGaN, సిలికాన్తో పోలిస్తే, ఇది అధిక ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్, ఎక్కువ బ్రేక్డౌన్ వోల్టేజ్ మరియు మెరుగైన వాహకతను అందిస్తుంది. అదనంగా, దాని అధిక ఉష్ణ వాహకత అధిక శక్తిని నియంత్రిస్తూ తీవ్ర ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మరియు గణనీయంగా చిన్న పరిమాణాలలో ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తుంది.
అయితే, కాకుండాGaN, SiC అధిక పౌనఃపున్యాలకు తగినది కాదు, అంటే RF అప్లికేషన్ల కోసం ఉపయోగించబడదు. అందువలన,GaNచిన్న పవర్ యాంప్లిఫైయర్లను రూపొందించాలని చూస్తున్న ఇంజనీర్లకు ప్రాధాన్యత ఎంపికగా మిగిలిపోయింది. P-రకం సమస్యకు ఒక పరిష్కారం కలపడంGaNP-రకం సిలికాన్ MOS ట్రాన్సిస్టర్లతో. ఇది పరిపూరకరమైన సామర్థ్యాలను అందించినప్పటికీ, ఇది అంతర్గతంగా GaN యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు సామర్థ్యాన్ని పరిమితం చేస్తుంది.
సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందుతున్నందున, పరిశోధకులు చివరికి P-రకాన్ని కనుగొనవచ్చుGaNవివిధ సాంకేతికతలను ఉపయోగించే పరికరాలు లేదా పరిపూరకరమైన పరికరాలు GaNతో కలపవచ్చు. అయితే, ఆ రోజు వచ్చే వరకు,GaNమన కాలపు సాంకేతిక పరిమితులచే నిర్బంధించబడుతూనే ఉంటుంది.
మెటీరియల్ సైన్స్, ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్ మరియు ఫిజిక్స్తో కూడిన సెమీకండక్టర్ పరిశోధన యొక్క ఇంటర్ డిసిప్లినరీ స్వభావం ప్రస్తుత పరిమితులను అధిగమించడానికి అవసరమైన సహకార ప్రయత్నాలను నొక్కి చెబుతుంది.GaNసాంకేతికత. P-రకాన్ని అభివృద్ధి చేయడంలో సంభావ్య పురోగతులుGaNలేదా తగిన పరిపూరకరమైన పదార్థాలను కనుగొనడం GaN-ఆధారిత పరికరాల పనితీరును మెరుగుపరచడమే కాకుండా విస్తృత సెమీకండక్టర్ టెక్నాలజీ ల్యాండ్స్కేప్కు దోహదం చేస్తుంది, భవిష్యత్తులో మరింత సమర్థవంతమైన, కాంపాక్ట్ మరియు నమ్మదగిన ఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్లకు మార్గం సుగమం చేస్తుంది.**
మేము సెమికోరెక్స్లో తయారు చేస్తాము మరియు సరఫరా చేస్తాముGaNఎపి-వేఫర్లు మరియు ఇతర రకాల పొరలుసెమీకండక్టర్ తయారీలో వర్తించబడుతుంది, మీకు ఏవైనా విచారణలు ఉంటే లేదా అదనపు వివరాలు అవసరమైతే, దయచేసి మమ్మల్ని సంప్రదించడానికి వెనుకాడకండి.
సంప్రదింపు ఫోన్: +86-13567891907
ఇమెయిల్: sales@semicorex.com