Àwọn ohun èlò semiconductor ti yípadà nípasẹ̀ ìran mẹ́ta tó ń yí padà:
Ìran àkọ́kọ́ (Si/Ge) fi ìpìlẹ̀ àwọn ẹ̀rọ itanna òde òní lélẹ̀,
Iran Keji (GaAs/InP) wó lulẹ̀ larin awọn idena optoelectronic ati awọn igbohunsafẹfẹ giga lati fun agbara iyipada alaye,
Iran kẹta (SiC/GaN) ti n koju awọn ipenija agbara ati ayika to le koko, eyi ti o mu ki o ṣee ṣe lati daabo bo erogba ati akoko 6G.
Ìlọsíwájú yìí fi ìyípadà àgbékalẹ̀ hàn láti oríṣiríṣi ọ̀nà sí ìmọ̀ nípa ohun èlò.
1. Àwọn olùdarí Semiconductors ìran àkọ́kọ́: Silicon (Si) àti Germanium (Ge)
Ìtàn Àtilẹ̀wá
Ní ọdún 1947, Bell Labs ṣe àgbékalẹ̀ transistor germanium, èyí tí ó fi àmì ìbẹ̀rẹ̀ ìgbà semiconductor hàn. Ní ọdún 1950, silicon rọ́pò germanium díẹ̀díẹ̀ gẹ́gẹ́ bí ìpìlẹ̀ àwọn circuits integrated (ICs) nítorí pé ó ní stable oxide layer (SiO₂) àti ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun ìní àdánidá.
Àwọn Ohun Èlò Ohun Èlò
ⅠÀfojúsùn ìforígbárí:
Germanium: 0.67eV (ìwọ̀n tóóró, ó lè fa ìṣàn omi, iṣẹ́ otutu gíga tí kò dára).
Silikoni: 1.12eV (ìyàtọ̀ tí kò ṣe tààrà, ó yẹ fún àwọn ìyípo ìmọ́lẹ̀ ṣùgbọ́n kò lè tú jáde láti inú ìmọ́lẹ̀).
Ⅱ,Awọn anfani ti silikoni:
Nípa ti ara rẹ̀, ó ń ṣe oxide tó ní agbára gíga (SiO₂), èyí tó ń mú kí iṣẹ́ MOSFET ṣeé ṣe.
Iye owo kekere ati pe o kun fun ilẹ (nipa 28% ti akopọ erunrun).
Ⅲ,Awọn idiwọn:
Ìrìn elekitironi kekere (1500 cm²/(V·s) nikan), o n dín iṣẹ́ igbohunsafẹfẹ giga kù.
Ìfarada folti/iwọn otutu tí kò lágbára (iwọn otutu iṣiṣẹ ti o pọju. ~150°C).
Àwọn Ohun Èlò Pàtàkì
Ⅰ,Àwọn Circuit Integrated (ICs):
Àwọn CPU, àwọn ërún ìrántí (fún àpẹẹrẹ, DRAM, NAND) gbẹ́kẹ̀lé silicon fún ìwọ̀n ìṣọ̀kan gíga.
Àpẹẹrẹ: Intel's 4004 (1971), microprocessor ìṣòwò àkọ́kọ́, lo ìmọ̀ ẹ̀rọ silikoni 10μm.
Ⅱ,Awọn Ẹrọ Agbara:
Àwọn thyristor àti MOSFET oní-fóltéèjì (fún àpẹẹrẹ, àwọn ohun èlò agbára PC) ni a fi silicon ṣe.
Àwọn Ìpèníjà àti Ìgbàlódé
Wọ́n pa Germanium run nítorí ìjó àti àìdúróṣinṣin ooru. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn ìdíwọ́ silicon nínú optoelectronics àti àwọn ohun èlò agbára gíga ló mú kí àwọn semiconductors ìran tuntun bẹ̀rẹ̀ sí í ṣiṣẹ́.
Àwọn olùdarí Semiconductor ìran kejì méjì: Gallium Arsenide (GaAs) àti Indium Phosphide (InP)
Ipilẹ Idagbasoke
Ní àwọn ọdún 1970 sí 1980, àwọn ẹ̀ka tó ń yọjú bíi ìbánisọ̀rọ̀ alágbèéká, àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì okùn optíkì, àti ìmọ̀ ẹ̀rọ satẹ́láìtì dá ìbéèrè tó lágbára sílẹ̀ fún àwọn ohun èlò optoelectronic tó ní ìgbóná janjan àti tó gbéṣẹ́. Èyí ló mú kí àwọn semiconductors bíi GaAs àti InP tẹ̀síwájú.
Àwọn Ohun Èlò Ohun Èlò
Iṣẹ́ Bandgap àti Optoelectronic:
GaAs: 1.42eV (ìyàtọ̀ taara, ó ń jẹ́ kí ìtànṣán ìmọ́lẹ̀ jáde—ó dára fún àwọn lésà/LED).
InP: 1.34eV (ó dára jù fún àwọn ohun èlò ìgbì gígùn, fún àpẹẹrẹ, ìbánisọ̀rọ̀ okùn-ojú 1550nm).
Iṣipopada Itanna:
GaAs ní 8500 cm²/(V·s), tó ga ju silicon lọ (1500 cm²/(V·s)), èyí tó mú kí ó dára jùlọ fún ṣíṣe àmì ìpele GHz.
Àwọn Àléébù
lÀwọn ohun èlò ìṣàlẹ̀ tí ó ń bàjẹ́: Ó ṣòro láti ṣe ju silicon lọ; àwọn wafer GaAs jẹ́ 10× sí i.
lKò sí oxide ìbílẹ̀: Láìdàbí SiO₂ ti silicon, GaAs/InP kò ní oxides tí ó dúró ṣinṣin, èyí tí ó ń dí iṣẹ́ IC tí ó ní ìwọ̀n gíga lọ́wọ́.
Àwọn Ohun Èlò Pàtàkì
lÀwọn Ìparí Iwájú RF:
Àwọn ohun èlò amúlọ́pọ́ agbára alágbéká (PAs), àwọn ohun èlò amúlọ́pọ́ satẹ́láìtì (fún àpẹẹrẹ, àwọn ohun èlò amúlọ́pọ́ HEMT tí ó dá lórí GaAs).
lẸ̀rọ itanna:
Àwọn diódì lésà (CD/DVD drives), àwọn LED (pupa/infrared), àwọn modulu optic (InP lesas).
lÀwọn Sẹ́ẹ̀lì Oòrùn Ààyè:
Àwọn sẹ́ẹ̀lì GaAs ń ṣe àṣeyọrí iṣẹ́ 30% (ní ìyàtọ̀ sí ~20% fún sílíkọ́nì), èyí tó ṣe pàtàkì fún àwọn sátẹ́láìtì.
lAwọn Idena Imọ-ẹrọ
Iye owo giga n da GaAs/InP duro si awọn ohun elo giga, ti n ṣe idiwọ wọn lati yi agbara silikoni pada ninu awọn eerun ọgbọn.
Àwọn Semiconductors ìran kẹta (Àwọn Semiconductors Wide-Bandgap): Silicon Carbide (SiC) àti Gallium Nitride (GaN)
Àwọn Awakọ̀ Ìmọ̀-ẹ̀rọ
Iyika Agbara: Awọn ọkọ ina ati isopọpọ awọn ọna agbara isọdọtun nilo awọn ẹrọ agbara ti o munadoko diẹ sii.
Àwọn Ohun Tí Ó Yẹ Kí Ó Wà Ní Ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ Gíga: Àwọn ìbánisọ̀rọ̀ 5G àti àwọn ètò radar nílò àwọn ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ gíga àti agbára tí ó pọ̀ sí i.
Àwọn Àyíká Tó Lè Lágbára: Àwọn ohun èlò ọkọ̀ òfúrufú àti àwọn ohun èlò ilé iṣẹ́ nílò àwọn ohun èlò tó lè fara da ìwọ̀n otútù tó ju 200°C lọ.
Àwọn Ànímọ́ Ohun Èlò
Awọn anfani Bandgap jakejado:
lSiC: Ààlà ìpele 3.26eV, agbára pápá iná mànàmáná tí ó bàjẹ́ 10× ti silikoni, tí ó lè fara da àwọn fólítì tí ó ju 10kV lọ.
lGaN: Ìwọ̀n ìpele 3.4eV, ìṣíkiri elekitironi ti 2200 cm²/(V·s), ó tayọ nínú iṣẹ́ ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ gíga.
Isakoso Ooru:
Ìwọ̀n ìgbóná SiC dé 4.9 W/(cm·K), ó dára ju silicon lọ ní ìlọ́po mẹ́ta, èyí tó mú kí ó dára fún àwọn ohun èlò agbára gíga.
Àwọn Ìpèníjà Ohun Èlò
SiC: Ìdàgbàsókè díẹ̀díẹ̀ kan-kiristal nílò iwọ̀n otútù tí ó ju 2000°C lọ, èyí tí ó lè yọrí sí àbùkù wafer àti owó gíga (wafer SiC inṣi 6 jẹ́ 20× ó wọ́n ju silicon lọ).
GaN: Kò ní ohun èlò ìpìlẹ̀ àdánidá, ó sábà máa ń nílò heteroepitaxy lórí àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire, SiC, tàbí silicon, èyí tí ó ń fa ìṣòro àìbáramu lattice.
Àwọn Ohun Èlò Pàtàkì
Awọn ẹrọ itanna agbara:
Àwọn ẹ̀rọ ìyípadà EV (fún àpẹẹrẹ, Tesla Model 3 lo SiC MOSFETs, èyí tí ó mú kí iṣẹ́ wọn sunwọ̀n síi ní 5–10%).
Àwọn ibùdó/adaptà tí ń gba agbára kíákíá (Àwọn ẹ̀rọ GaN ń mú kí agbára gbigba agbára kíákíá 100W+ ṣiṣẹ́ nígbàtí wọ́n ń dín ìwọ̀n rẹ̀ kù ní 50%).
Àwọn Ẹ̀rọ RF:
Àwọn amúlọ́pọ́ agbára ibùdó ìpìlẹ̀ 5G (GaN-on-SiC PAs ń ṣe àtìlẹ́yìn fún àwọn ìgbàkúgbà mmWave).
Rádà ológun (GaN n pese 5× agbára ìwúwo GaAs).
Ẹ̀rọ itanna:
Àwọn LED UV (àwọn ohun èlò AlGaN tí a lò fún ìsọdipọ́ omi àti wíwá ìdàgbàsókè dídára rẹ̀).
Ipo Ile-iṣẹ ati Oju-ọjọ iwaju
SiC ni o jẹ gaba lori ọja agbara giga, pẹlu awọn modulu ipele ọkọ ayọkẹlẹ ti wa ni iṣelọpọ ibi-pupọ, botilẹjẹpe awọn idiyele jẹ idena.
GaN n gbooro si ni kiakia ninu awọn ẹrọ itanna onibara (gbigba agbara ni iyara) ati awọn ohun elo RF, o yipada si awọn wafers 8-inch.
Àwọn ohun èlò tó ń jáde bíi gallium oxide (Ga₂O₃, bandgap 4.8eV) àti diamond (5.5eV) lè ṣẹ̀dá “ìran kẹrin” ti semiconductors, èyí tó lè mú kí ìwọ̀n foliteji kọjá 20kV.
Ìbáṣepọ̀ àti Ìṣọ̀kan Àwọn Ìran Semiconductor
Àfikún, Kì í ṣe Rírọ́pò:
Silikoni ṣì jẹ́ olórí nínú àwọn ẹ̀rọ ìbánisọ̀rọ̀ àti ẹ̀rọ itanna oníbàárà (95% ti ọjà semiconductor kárí ayé).
GaAs àti InP jẹ́ ògbóǹtarìgì nínú àwọn ibi ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ gíga àti àwọn ibi ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ optoelectronic.
A ko le fi SiC/GaN rọpo ninu agbara ati awọn ohun elo ile-iṣẹ.
Àwọn Àpẹẹrẹ Ìṣọ̀kan Ìmọ̀-ẹ̀rọ:
GaN-on-Si: Ó ń so GaN pọ̀ mọ́ àwọn ohun èlò ìṣàlẹ̀ silikoni tí ó rọrùn fún gbígbà agbára kíákíá àti àwọn ohun èlò RF.
Àwọn modulu àdàpọ̀ SiC-IGBT: Mu kí iṣẹ́ ìyípadà àkójọpọ̀ sunwọ̀n síi.
Àwọn Ìṣẹ̀lẹ̀ Ọjọ́ iwájú:
Ìṣọ̀kan onírúurú: Ṣíṣepọ̀ àwọn ohun èlò (fún àpẹẹrẹ, Si + GaN) lórí ìṣẹ́pọ̀ kan ṣoṣo láti ṣe àtúnṣe iṣẹ́ àti iye owó.
Àwọn ohun èlò ìpele ìpele gíga (fún àpẹẹrẹ, Ga₂O₃, dáyámọ́ǹdì) lè mú kí fólítì gíga-gíga (>20kV) àti àwọn ohun èlò ìṣiṣẹ́ ìṣírò kuáńtíọ̀mù ṣiṣẹ́.
Ìṣẹ̀dá tó jọra
Wafer epitaxial lesa GaAs 4 inch 6 inch
SIC substrate silicon carbide prime grade diameter 300mm titobi nla 4H-N O dara fun itujade ooru ẹrọ agbara giga
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: May-07-2025