Nauja medžiagų technologija pagerina puslaidininkių našumą

Naujų medžiagų rūšys ir savybės
Silicio karbidas (SiC)
Silicio karbido, kaip plataus dažnio juostos puslaidininkinės medžiagos, juostos plotis yra maždaug 3,3 elektrono volto (eV), daug didesnis nei tradicinio silicio (Si) 1,1 elektrono volto. Dėl to silicio karbidas turi didesnį šilumos laidumą ir srovę, todėl jis ypač tinka aukštos temperatūros, aukšto slėgio ir aukšto dažnio naudojimo scenarijams.

Galios elektronikos srityje SiC įrenginiai gali efektyviai pagerinti sistemos efektyvumą ir sumažinti energijos nuostolius. Pavyzdžiui, SiC MOSFET buvo plačiai naudojamas valdant elektrinių transporto priemonių galią ir variklius, nes dėl mažo pasipriešinimo ir didelio perjungimo dažnio žymiai pagerinamas elektromobilių diapazonas.

Galio nitridas (GaN)
Galio nitridas yra dar viena plačiai ištirta plataus diapazono puslaidininkinė medžiaga, kurios juostos plotis yra maždaug 3,4 elektronvolto. GaN pasižymi puikiu aukšto dažnio našumu ir mažu laidumo nuostoliu, todėl tinka aukšto dažnio ir didelės galios programoms. GaN įrenginiai įrodė pranašumus, palyginti su tradiciniais silicio įrenginiais RF galios stiprintuvuose ir perjungiamuose maitinimo šaltiniuose.

Ypač 5G ryšio įrangoje GaN medžiaga gali palaikyti aukštesnius veikimo dažnius ir didesnę išėjimo galią, tapdama viena iš svarbių medžiagų skatinant 5G infrastruktūros kūrimą. Be to, didelis GaN efektyvumas taip pat paskatino belaidžio įkrovimo technologijos plėtrą, todėl tai yra potenciali medžiaga būsimam energijos perdavimui.

2D medžiagos
Pastaraisiais metais dvimatės medžiagos, tokios kaip grafenas ir pereinamųjų metalų disulfidai (pvz., MoS ₂), sulaukė didelio dėmesio puslaidininkių srityje. Grafenas pasižymi itin dideliu elektronų mobilumu ir šilumos laidumu, todėl yra ideali medžiaga aukšto dažnio ir didelės spartos elektroniniams prietaisams.

Nors dvimatės medžiagos vis dar susiduria su iššūkiais gamybos procesuose, negalima ignoruoti jų potencialo mažos galios lanksčiuose elektroniniuose įrenginiuose. Pavyzdžiui, MoS ₂ pagrįsti lauko efekto tranzistoriai (FET) yra laikomi pagrindiniu būsimų lanksčių elektroninių prietaisų komponentu, galinčiu pasiekti lengvą konstrukciją išlaikant aukštą našumą.

Naujų medžiagų technologijos taikymas
elektromobilis
Populiarėjant elektromobiliams puslaidininkinėms medžiagoms keliami aukštesni reikalavimai. Naudojant SiC ir GaN medžiagas, elektrinių transporto priemonių maitinimo sistema tampa efektyvesnė. Silicio karbido diodai ir MOSFET gali atlaikyti didesnę įtampą ir temperatūrą, todėl sumažėja įkrovimo, energijos atkūrimo ir energijos perdavimo nuostoliai.

Pavyzdžiui, daugelis elektromobilių gamintojų pradėjo taikyti SiC technologiją, kad pakeistų tradicinius silicio įrenginius ir pagerintų elektrinių transporto priemonių energijos konversijos efektyvumą. Tai ne tik pagerina transporto priemonės ištvermę, bet ir sumažina akumuliatoriaus įkrovimo laiką.

5G ryšys
Spartus 5G technologijos vystymasis paskatino didelio našumo puslaidininkinių medžiagų paklausą. Galio nitrido įrenginiai tapo pageidaujama 5G bazinių stočių ir galinių įrenginių medžiaga dėl puikių aukšto dažnio veikimo. Didelės galios GaN charakteristikos leidžia valdyti didesnį duomenų srautą, todėl 5G tinklams užtikrinamas didesnis perdavimo greitis ir mažesnis delsos laikas.

Tuo tarpu plačiai diegiant 5G įrenginius, nuolat tobulėja ir susijusios RF bei mikrobangų technologijos. Naujų medžiagų taikymas padės didelio masto 5G bazinių stočių statybai, pagerins bendrą tinklo stabilumą ir aprėptį.

atsinaujinančios energijos
Naujos medžiagų technologijos taip pat vaidina svarbų vaidmenį atsinaujinančios energijos srityje. Silicio karbido pagrindu pagaminti galios elektroniniai prietaisai yra plačiai naudojami saulės inverteriuose ir vėjo energijos gamybos sistemose, gerinant energijos konversijos efektyvumą.

Taikant SiC technologiją, saulės inverteriai gali efektyviau paversti nuolatinę srovę į kintamąją, žymiai sumažindami energijos nuostolius ir skatindami platesnį atsinaujinančios energijos taikymą. Be to, galio nitrido technologija taip pat parodė savo pranašumus baterijų valdymo sistemose, pagerindama bendrą energijos vartojimo efektyvumą.

Naujų medžiagų technologijos ateities plėtros tendencija
Nuolatinės medžiagų naujovės
Nuolat tobulėjant mokslui ir technologijoms, naujovės puslaidininkinių medžiagų srityje bus tęsiamos. Ateityje bus sukurta daugiau naujų medžiagų, pasižyminčių puikiomis elektros charakteristikomis ir šilumos valdymo galimybėmis. Šios naujos medžiagos patenkins didesnio našumo įrenginių poreikį, ypač tais atvejais, kai naudojamos didelės galios, aukšto dažnio ir ekstremalios aplinkos.

Gamybos proceso tobulinimas
Naujų medžiagų taikymas taip pat kelia aukštesnius reikalavimus gamybos procesams. Tobulėjant naujoms gamybos technologijoms, tokioms kaip 3D spausdinimas ir nanotechnologijos, puslaidininkinių įrenginių gamybos procesas taps tobulesnis ir išmanesnis. Tai skatins greitą naujų medžiagų komercializavimą ir pritaikymą.

Aplinkos apsauga ir darnus vystymasis
Pasaulyje didėjantis aplinkosauginis supratimas padarė spaudimą puslaidininkių pramonei transformuotis. Ateityje aplinkai nekenksmingų puslaidininkinių medžiagų kūrimas taps pramonės tendencija. Pavyzdžiui, aplinkai nekenksmingos medžiagos, pakeičiančios kenksmingas medžiagas, ne tik padeda pagerinti įrenginio veikimą, bet ir dera su darnaus vystymosi koncepcija.