ทําไมครึ่งประสาทรุ่นที่สามจึงเป็นที่นิยมมากนัก?

ชุดครึ่งประสาทรุ่นที่สามเป็นหัวข้อที่ร้อนแรงที่สุดในวงการเทคโนโลยีสูงในปัจจุบัน โดยมีบทบาทที่จําเป็นในการพัฒนา 5G รถไฟฟ้า พลังงานที่สามารถปรับปรุงได้ และอุตสาหกรรมที่ 40ถึงแม้ว่าเราจะได้ยินเรื่องการพัฒนาเหล่านี้บ่อยๆ แต่หลายๆคนยังคงเข้าใจมันไม่ชัดเจนเราจะให้มุมมองที่ตรงไปตรงมาและครบถ้วนที่สุด เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจ เทคโนโลยีสําคัญนี้ ซึ่งพร้อมที่จะสร้างอนาคตของอุตสาหกรรมเทคโนโลยี.

ซีมคอนดักเตอร์รุ่นที่สามและแบนด์ก๊อปขนาดใหญ่คืออะไร?

เมื่อเราพูดถึงเซมีคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ลองนํารุ่นแรกและรุ่นที่สองมาแนะนําก่อนโครงการประกอบด้วย:, และครึ่งตัวนํารุ่นที่สองคือแกลเลียมอาร์เซนได (GaAs)" WBG) ประกอบด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และกัลเลียมไนทรีด (GaN).

"แบนด์เกป" ในเซมีคอนดักเตอร์แบนด์เกปขนาดกว้าง เป็น "แบนด์เกปพลังงานที่จําเป็นสําหรับเซมีคอนดักเตอร์ที่จะเปลี่ยนจากภาวะประกอบกันไปสู่ภาวะนํา"

ซิลิคอนและแกลเลียมอาร์เซนได เป็นเซมคอนดักเตอร์รุ่นแรกและรุ่นที่สอง มีช่องแดนต่ํา มีค่า 1.12 eV และ 1.43 eV ตามลําดับความกว้างของรุ่นที่สาม (ความกว้างของรุ่น) ของครึ่งประสาท SiC และ GaN คือ 3.2eV และ 3.4eV ตามลําดับซีเมคอนดักเตอร์รุ่นที่สามมีโอกาสเลิศในการเปลี่ยนจากภาวะหนอนไปสู่ภาวะนํา เมื่อเทียบกับรุ่นแรกและรุ่นที่สองพวกเขาแสดงลักษณะที่มั่นคงมากขึ้นและความสามารถในการแปลงพลังงานที่ดีกว่า

ความเข้าใจผิดทั่วไปเกี่ยวกับครึ่งประสาทรุ่นที่สาม

ด้วยการมาถึงยุค 5G และยุครถไฟฟ้า ความต้องการในการคิดเลขความถี่สูง ความเร็วสูง และการชาร์จเร็วเพิ่มขึ้นซิลิคอนและแกลเลียมอาร์เซนได ได้บรรลุขั้นต่ําของความร้อน, ความถี่และกําลัง ทําให้มันยากที่จะเพิ่มกําลังและความเร็ว นอกจากนี้เมื่ออุณหภูมิการทํางานเกิน 100 องศาทําให้มันไม่เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงด้วยความสนใจของโลกในเรื่องการปล่อยคาร์บอน ประสิทธิภาพสูง และการใช้พลังงานต่ํา

ซีมคอนดักเตอร์รุ่นที่สามสามารถรักษาผลงานที่ดีและความมั่นคง แม้กระทั่งในความถี่สูงและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเมื่อขนาดชิปลดลงมาก มันช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบวงจรด้านนอก โดยการลดปริมาณโมดูลและระบบเย็น

หลายคนเชื่อผิดว่า เซมคอนดักเตอร์รุ่นที่สามสะสมมาจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของรุ่นแรกและรุ่นที่สอง แต่นี่ไม่ใช่ความจริงทั้งหมดตามที่เห็นในแผนภูมิ, สามรุ่นของสารประกอบครึ่งประสาทเหล่านี้ กําลังพัฒนาเทคโนโลยีในขณะเดียวกัน

SiC และ GaN แต่ละอันมีข้อดีของตัวเองและพื้นที่การพัฒนาที่แตกต่างกัน

หลังจากที่เราเข้าใจความแตกต่างระหว่างรุ่นแรกของครึ่งขนส่ง เราก็มุ่งเน้นไปที่วัสดุของรุ่นที่สามของครึ่งขนส่ง - SiC และ GaNวัสดุสองชนิดนี้มีพื้นที่ใช้งานที่แตกต่างกันเล็กน้อยปัจจุบันส่วนประกอบ GaN ถูกใช้ทั่วไปในสาขาที่มีความกระชับกําลังต่ํากว่า 900V เช่น ชาร์จเกอร์ สถานีฐาน และผลิตภัณฑ์ความถี่สูงอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสื่อสาร 5G; SiC,ในอีกด้านหนึ่ง, ใช้ในแอพลิเคชันที่มีความดันมากกว่า 1200V เช่นรถไฟฟ้า

SiC ประกอบด้วยซิลิคอน (Si) และคาร์บอน (C) มีการผูกพันที่แข็งแกร่งและมีความมั่นคงในแง่ของความร้อน, เคมี, และกลไกSiC เหมาะสําหรับการใช้งานความดันสูงและกระแสไฟฟ้าสูง, เช่นรถไฟฟ้า, โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จรถไฟฟ้า, อุปกรณ์การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และลมทะเล

นอกจากนี้ SiC ตัวเองก็ใช้เทคโนโลยี "การปรับปรุงลักษณะแบบเดียวกัน" ดังนั้นมันจึงมีคุณภาพที่ดีและความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบสูง นี่คือเหตุผลหลักที่รถไฟฟ้าเลือกใช้มัน,เนื่องจากมันเป็นอุปกรณ์ตั้งอยู่ มันมีความหนาแน่นของพลังงานสูง

ปัจจุบัน ระบบพลังงานของรถไฟฟ้าใช้งานโดยเฉพาะระหว่าง 200V และ 450V และรุ่นระดับสูงกว่าจะย้ายไปยัง 800V ในอนาคต ทําให้มันเป็นตลาดหลักสําหรับ SiCการผลิตแผ่น SiC เป็นเรื่องยาก, ด้วยความต้องการสูงสําหรับคริสตัลแหล่งของคริสตัลยาว, ซึ่งไม่ง่ายที่จะได้รับความยากลําบากของเทคโนโลยีคริสตัลยาว ทําให้การผลิตขนาดใหญ่ยังคงไม่เป็นไปได้ในปัจจุบันซึ่งจะพิจารณาเพิ่มเติมภายหลัง

GaN เป็นองค์ประกอบด้านข้างที่เติบโตบนสารสับสราตที่แตกต่างกัน เช่น SiC หรือ Si โดยใช้เทคโนโลยี " heterogeneous epitaxy "ฟิล์มบาง GaN ที่ผลิตด้วยวิธีนี้มีคุณภาพที่ค่อนข้างต่ําถึงแม้ว่าพวกเขาจะใช้ในปัจจุบันในพื้นที่ผู้บริโภค เช่นการชาร์จเร็ว แต่มีข้อสงสัยบางอย่างเกี่ยวกับการใช้ในรถไฟฟ้าหรือการใช้งานในอุตสาหกรรมซึ่งเป็นทิศทางที่ผู้ผลิตกําลังกระตือรือร้นที่จะเจาะ.

พื้นที่ใช้งานของ GaN ประกอบด้วยอุปกรณ์พลังงานความดันสูง (Power) และองค์ประกอบความถี่สูง (RF)ขณะที่เทคโนโลยีที่ใช้กันทั่วไป เช่น Bluetooth, Wi-Fi และการตั้งตําแหน่ง GPS เป็นตัวอย่างขององค์ประกอบความถี่วิทยุ RF

ในแง่ของเทคโนโลยีสับสราท ค่าใช้จ่ายในการผลิตสับสราท GaN ค่อนข้างสูง ดังนั้นส่วนประกอบของ GaN ส่วนใหญ่จะใช้สับสราตซิลิคอนอุปกรณ์พลังงาน GaN ที่มีอยู่ในตลาดในปัจจุบันถูกผลิตโดยใช้วอลเฟอร์สองชนิด: GaN-on-Si (กัลเลียมไนทริดบนซิลิคอน) และ GaN-on-SiC (กัลเลียมไนทริดบนซิลิคอนคาร์ไบด์)

การใช้งานเทคโนโลยีกระบวนการ GaN ที่ได้ยินกันทั่วไป เช่น อุปกรณ์ความถี่วิทยุ RF GaN และ PowerGaN มาจากเทคโนโลยีรอง GaN-on-Siเนื่องจากความยากลําบากในการผลิตสับสราตซิลิคคาร์บิด (SiC), เทคโนโลยีนี้ถูกควบคุมโดยเฉพาะโดยผู้ผลิตระดับนานาชาติไม่กี่ราย เช่น Cree และ II-VI ในสหรัฐอเมริกา และ ROHM Semiconductor