Kaluwihan lan Kekurangan Aplikasi Gallium Nitride (GaN).

Nalika jagad golek kesempatan anyar ing semikonduktor,gallium nitridaterus ngadeg metu minangka calon potensial kanggo daya mangsa lan aplikasi RF. Nanging, kanggo kabeh keuntungan sing ditawakake, isih ngadhepi tantangan utama; ora ana produk P-jinis (P-jinis). Napa GaN diarani minangka bahan semikonduktor utama sabanjure, kenapa kekurangan piranti GaN jinis P minangka kekurangan utama, lan apa tegese kanggo desain mangsa?

Ing electronics, papat kasunyatan wis tetep wiwit piranti elektronik pisanan teka ing pasar: padha kudu dadi cilik sabisa, minangka mirah sabisa, nyedhiyani daya sabisa, lan nggunakake minangka sethitik daya sabisa. Ngelingi sing syarat iki asring mbantah saben liyane, nyoba kanggo nggawe piranti elektronik sampurna sing bisa nepaki papat syarat punika dicokot saka ngimpi pipe, nanging sing ora mandheg engineers saka nindakake kabeh padha bisa kanggo kelakon.

Nggunakake papat prinsip panuntun iki, insinyur wis kasil ngrampungake macem-macem tugas sing katon ora mungkin, kanthi komputer nyusut saka piranti ukuran kamar dadi chip sing luwih cilik tinimbang sebutir beras, smartphone sing ngidini komunikasi nirkabel lan akses menyang Internet, lan sistem kasunyatan virtual. sing saiki bisa dipakai lan digunakake kanthi bebas saka komputer host. Nanging, nalika insinyur nyedhaki watesan fisik saka bahan sing umum digunakake kayata silikon, nggawe piranti luwih cilik lan nggunakake daya kurang saiki dadi ora mungkin.

Akibaté, peneliti terus-terusan nggoleki bahan anyar sing bisa ngganti bahan umum kasebut lan terus nyedhiyakake piranti sing luwih cilik sing bisa mlaku kanthi luwih efisien. Gallium nitride (GaN) minangka salah sawijining bahan sing narik kawigaten akeh, dibandhingake karo silikon, amarga alasan sing jelas.

Ganefisiensi sing unggul

Kaping pisanan, GaN nglakokake listrik 1,000 kaping luwih irit tinimbang silikon, saéngga bisa digunakake ing arus sing luwih dhuwur. Iki tegese piranti GaN bisa mlaku kanthi daya sing luwih dhuwur tanpa ngasilake panas, lan kanthi mangkono bisa digawe luwih cilik kanggo daya sing padha.

Sanajan konduktivitas termal GaN rada luwih murah tinimbang silikon, kaluwihan manajemen termal mbukak dalan anyar kanggo elektronik daya dhuwur. Iki penting banget kanggo aplikasi ing ngendi papan ana ing premium lan solusi cooling kudu diminimalisir, kayata aerospace lan elektronik otomotif, lan kemampuan piranti GaN kanggo njaga kinerja ing suhu dhuwur luwih nyorot potensial kanggo aplikasi lingkungan sing atos.

Sareh, bandgap luwih gedhe saka GaN (3.4eV vs. 1.1eV) ngidini kanggo nggunakake ing voltase luwih sadurunge risak dielektrik. Akibaté, GaN ora mung bisa ngirim daya luwih akeh, nanging bisa nindakake kanthi voltase sing luwih dhuwur nalika njaga efisiensi sing luwih dhuwur.

Mobilitas elektron sing dhuwur uga ngidini GaN digunakake ing frekuensi sing luwih dhuwur. Faktor iki ndadekake GaN kritis kanggo aplikasi daya RF sing makaryakke ing ndhuwur kisaran GHz (soko sing silikon berjuang).

Nanging, silikon rada luwih apik tinimbang GaN ing babagan konduktivitas termal, tegese piranti GaN duwe syarat termal sing luwih gedhe tinimbang piranti silikon. Akibaté, kekurangan konduktivitas termal mbatesi kemampuan kanggo nyilikake piranti GaN nalika operasi kanthi daya dhuwur (amarga potongan gedhe saka materi dibutuhake kanggo ngilangi panas).

GanTumit Achilles - Ora Ana Tipe-P

Iku apik kanggo duwe semikonduktor sing bisa operate ing daya dhuwur ing frekuensi dhuwur, nanging kanggo kabeh kaluwihan GaN nawakake, ana siji drawback utama sing nemen hampers kemampuan kanggo ngganti silikon ing akeh aplikasi: lack of P-jinis.

Bisa dibantah, salah sawijining tujuan utama bahan sing mentas ditemokake iki yaiku ningkatake efisiensi kanthi dramatis lan ndhukung daya lan voltase sing luwih dhuwur, lan ora ana keraguan manawa transistor GaN saiki bisa nggayuh iki. Nanging, nalika transistor GaN individu nawakake sawetara sifat sing nggumunake, kasunyatan manawa kabeh piranti GaN komersial saiki minangka jinis N kompromi kemampuane dadi efisien banget.

Kanggo ngerti sebabe kedadeyan kasebut, kita kudu ndeleng cara kerja logika NMOS lan CMOS. Logika NMOS minangka teknologi sing populer banget ing taun 1970-an lan 1980-an amarga proses manufaktur lan desain sing prasaja. Kanthi nggunakake resistor siji disambungake antarane sumber daya lan saluran saka transistor MOS tipe N, gapura transistor sing bisa ngontrol voltase ing saluran saka transistor MOS, èfèktif ngleksanakake non-gapura. Nalika digabungake karo transistor NMOS liyane, iku bisa kanggo nggawe kabeh komponen logika, kalebu AND, UTAWA, XOR lan latches.

Nanging, senadyan technique iki prasaja, nggunakake resistor kanggo nyedhiyani daya, kang tegese akeh daya boroske ing resistor nalika transistor NMOS ing. Kanggo gapura siji, mundhut daya iki tithik, nanging bisa nambah nalika njongko menyang CPU 8-dicokot cilik, kang bisa dadi panas piranti lan matesi jumlah piranti aktif ing chip siji.