Hjem > Udstilling > Indhold

Galliumnitrid (GaN) er kommet! Hvorfor kan så mange mennesker lide det? Når du har læst det, vil du forstå!

Sep 15, 2020

Galliumnitrid (GaN) er kommet!

Hvorfor kan så mange mennesker lide det?

Når du har læst det, vil du forstå!


Halvlederindustrien har været under betegnelse af Moore' s lov i mere end 50 år og har transporteret vind og regn undervejs.

Imidlertid er accelerationen af ​​Moore' s lov om halvlederindustrien bremset markant, da den karakteristiske størrelse af halvlederteknologi nærmer sig den teoretiske grænse.


Ud over yderligere ekstraktion af den sidste" restværdi" fra Moore' s lov i fremstillingsprocessen vil forbedring af halvlederteknologi i fremtiden også være en vigtig retning for at finde en ny generation af halvledermaterialer bortset fra silicium (Si).

I denne proces er galliumnitrid (GaN) kommet ind i folks' s syn som en højfrekvent betegnelse i de seneste år.


GaN og SiC tilhører tredje generation af halvledermaterialer med høj forbudt båndbredde og sammenlignet med den første generation af Si og anden generation af GaA'er og andre forgængere har de enestående fordele i egenskaber.

På grund af den store båndgabbredde og den høje varmeledningsevne kan GaN-enheder arbejde ved temperaturer over 200 ℃ og kan bære højere energitæthed og pålidelighed.

Den større båndgabbredde og isoleringsskader på det elektriske felt reducerer enhedens on-off-modstand, hvilket er gavnligt for enhedens samlede energieffektivitet.

Hurtig elektronmætning og høj mobilitetsmobilitet gør det muligt for enheden at arbejde ved høje hastigheder.


Derfor kan folk opnå halvlederindretninger med større båndbredde, højere forstærkerforstærkning, højere energieffektivitet og mindre størrelse ved hjælp af GaN, hvilket er i overensstemmelse med" tonalitet" af halvlederindustrien.


Faktisk sammenlignet med GaN startede applikationsundersøgelsen af ​​SiC, som også er tredje generation af halvledermateriale, tidligere, og GaN er mere iøjnefaldende i de seneste år af to hovedårsager.


For det første har GaN vist et stærkere potentiale i at reducere omkostningerne.

Nuværende mainstream GaN teknologi producenter udvikler Si - baserede GaN enheder til at erstatte det dyre SiC substrat.

Nogle analytikere forudsiger, at omkostningerne ved GaN MOSFET vil være de samme som for traditionelle Si-enheder inden 2019, når der sandsynligvis vil opstå et markedets bøjningspunkt.

Og teknologien repræsenterer en attraktiv markedsmulighed for leverandører til at give deres kunder den ydeevne, der i øjeblikket måske ikke er mulig med halvlederprocessmaterialer.


For det andet er GaN-enheden en plan enhed og har stærk kompatibilitet med den eksisterende Si-halvlederproces, hvilket gør det lettere at integrere med andre halvlederindretninger.

For eksempel har nogle producenter indset integrationen af ​​IC- og GaN-switchrør, hvilket yderligere reducerer brugerens&# 39s brugstærskel.


Det er baseret på ovenstående egenskaber ved GaN, flere og flere mennesker er optimistiske med hensyn til dens udviklingstendens.

Især på flere vigtige markeder har GaN vist betydelig penetration.


1.GaN' s anvendelse i 5G


Radiofrekvens galliumnitridteknologi passer perfekt til 5G. Basestationsforstærkere bruger galliumnitrid.

Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs) og indiumphosphid (InP) er almindeligt anvendte halvledermaterialer til RF-applikationer.


Sammenlignet med højfrekvente processer som galliumarsenid og indiumphosphid har galliumnitridindretninger højere udgangseffekt.

Sammenlignet med LDCMOS- og SiC-effektprocesser har galliumnitrid bedre frekvensegenskaber.

Den højere øjeblikkelige båndbredde af galliumnitridindretninger er vigtig, og anvendelsen af ​​bæreraggregeringsteknikker og beredskabet til at bruge højere bærefrekvenser anvendes alle til at opnå større båndbredde.


Galliumnitrid er hurtigere end silicium eller andre enheder.

GaN kan opnå højere effekttæthed.

For et givet effektniveau har GaN fordelen af ​​lille størrelse.

Med mindre enheder kan kapacitansen på enheden reduceres, hvilket gør det lettere at designe systemer med højere båndbredde.

En af nøglekomponenterne i radiofrekvenskredsløbet er PA.


Fra perspektivet af aktuelle applikationer er effektforstærkere hovedsageligt sammensat af galliumarsenidforstærkere og komplementære metaloxid halvledereffektforstærkere (CMOS PA), blandt hvilke GaAs PA er mainstream. Men med ankomsten af ​​5G vil galliumarsenidindretninger ikke være i stand til at opretholde høj integration ved en så høj frekvens.


Så GaN bliver det næste hotspot.

Som en halvleder med bredbåndsspalte kan galliumnitrid modstå højere arbejdsspænding, hvilket betyder, at dens effekttæthed og arbejdstemperatur er højere. Derfor har galliumnitrid egenskaberne med høj effekttæthed, lavt energiforbrug, velegnet til højfrekvens, understøttelse af bredbånd osv.


Qualcomms præsident Cristiano Amon fortalte 2018 Qualcomm 4G / 5G-topmødet, at han forventer, at de to første bølger af 5G-telefoner rammer markedet i første halvdel af næste år og jul og nytår' s med den første kommercielle 5G telefoner kommer snart.

5G-teknologi forventes at tilbyde hastigheder på 10 til 100 gange hurtigere end nuværende 4G-netværk, op til gigabit pr. Sekund, samtidig med at latensen mere effektivt reduceres, ifølge rapporten.


I multi-input multi-output (MIMO) applikationer er nøgleteknologien til 5 g massive basestationstransceiverbogstaver ved brug af et stort antal (såsom 32/64) antennearray for at opnå en større trådløs datatrafik og forbindelsessikkerhed, denne arkitektur har brug for for at danne et komplet sæt af tilsvarende rf-transceiver-cellearray, så antallet af rf-enheder vil øges kraftigt, enhedens størrelse er nøglen ved hjælp af GaN-lille størrelse, høj effektivitet og effekttæthed af karakteristika for stor kan realisere højt sæt løsninger, såsom modulær RF-frontenhed.


I mellemtiden, i 5G MMW-applikationer, kan GaN' s egenskaber med høj effekttæthed effektivt reducere antallet af transceiverkanaler og størrelsen af ​​det samlede skema under de samme dækningsforhold og brugersporingsfunktioner.

Opnå den optimale kombination af ydelsesomkostninger.

Ud over basisstationens radiofrekvente transceiverenhed for at vise det krævede antal rf-enheder stiger kraftigt, vil tætheden af ​​basestationen og basestationsnummeret også øges kraftigt, sammenlignet med 3 g, 4 g æra, i en alder af 5 g RF-enheder stiger i antallet af snesevis af gange, endda hundrede gange, så omkostningsstyringen er kritisk, og siliciumgalliumnitrid har stor fordel på omkostningerne, med den modne af siliciumbaseret galliumnitridteknologi kan det være at markedsføre gennembruddet i den største prisfordel.


2. Anvendelse af GaN i markedet for hurtig opladning


Med den større og større skærm af elektroniske produkter øges opladeren også, især for højeffektive hurtigopladningsapparater, brugen af ​​traditionel afbryder kan ikke ændre opladernes nuværende situation.


Og GaN-teknologi kan gøre det, fordi det er verdens' s hurtigste strømskifteapparater, og kan i tilfælde af højhastighedsomskifter stadig holde høje effektivitetsniveauer, kan bruges i mindre komponenter, kan være effektive, når de anvendes på opladeren for at reducere produktstørrelsen, f.eks. til det typiske 45 w adapterdesign, kan du bruge 25 w eller et mindre formdesign.


Galliumnitrid-opladere har tiltrukket verdensomspændende opmærksomhed. Høj hastighed, høj frekvens og høj effektivitet gør USB-PD-opladere med høj effekt ikke længere en stor mursten, men kan opnå høj effekt med samme kompakte størrelse, som er mindre og lettere end APPLE' s originale 30W-opladere .


Den indbyggede Galliumnitrid-oplader har en effekt på 27W, mens APPLE USB-C-opladeren har en effekt på 30W. Effektforskellen mellem de to er ikke stor, men lydstyrken er helt anderledes. Den indbyggede Galliumnitrid-oplader er 40% mindre end APPLE Charger.


Ifølge ufuldstændige statistikker er der pr. 23. oktober 2018 52 mobiltelefoner på markedet, der understøtter USB PD hurtig opladning, og næsten alle almindelige mobiltelefonproducenter har indarbejdet USB PD hurtig opladningsprotokol i opladningskonfigurationen af ​​mobiltelefoner, herunder nogle topfabrikanter som Apple, Huawei, Xiaomi og Samsung.


Fra layoutet af forskellige mobiltelefonproducenter og originale chipfabrikker bliver USB PD hurtig opladning i øjeblikket det foretrukne opladningsskema for elektroniske enheder såsom mobiltelefoner, spilkonsoller og bærbare computere, og USB Type-C bliver også den eneste grænseflade til strøm og datatransmission mellem elektroniske enheder i det næste årti. Den samlede USB PD hurtigopladningsprotokol er ved at komme.

3. Anvendelse af GaN i driverløs teknologi

LiDAR (laserradar) BRUGER laserimpulser til hurtigt at skabe tredimensionelle billeder eller elektroniske kort over det omgivende miljø.

Galliumnitrid fET skifter op til ti gange hurtigere end MOSFET-enheder, hvilket giver LiDAR-systemet fordelene ved overlegen opløsning og hurtigere responstid, hvilket giver højere nøjagtighed på grund af overlegen skift.


Disse funktioner kører et helt nyt og bredere udvalg af LiDAR-applikationer, herunder videospil-apps, der registrerer realtidsbevægelse, computere, der bruger bevægelser til at køre kommandoer, og selvkørende biler.


I processen med at udvikle og fremme populariseringen af ​​automatiserede køretøjer kraftigt leder bilproducenter og teknologivirksomheder efter den bedste kombination mellem sensorer og kameraer for at maksimere opfattelsen og visuelle evner i det omgivende miljø under forudsætning af effektiv omkostningskontrol og masseproduktion .


Galliumnitrid er betydeligt hurtigere, 100 eller endda 1.000 gange hurtigere end silicium i nuværende lidarapplikationer.

Denne hastighed betyder hastighed, skarphed og præcision.


Lad' s beskrive de ting, der ligger foran vejen, og farveadvarsler for vognbaneskift.

Lidar kan registrere tilstedeværelsen af ​​forhindringer på vejen fremad.

Med lidar kan du få et mere komplet billede af terrænændringerne, noget af det terræn, som du ikke kan se.

Kameraer eller radar alene er ikke op til opgaven, da begge har svagheder og svagheder.


4. Anvendelse af GaN i den nationale forsvarsindustri


Raytheon har meddelt, at de vil begynde at bruge galliumnitrid (GaN) computerchips i sin nye Guidance Enhanced Missile-TBM (GEM-T) interceptor til erstatning af det vandrende bølgerør (TWT), der i øjeblikket anvendes i missilkaster.

Thor håber at forbedre interceptorens pålidelighed og effektivitet ved at bruge GaN-chips til at opgradere launcheren af ​​GEM-T.

Derudover betyder overgangen til GaN i nyproducerede missiler, at bæreraketten ikke behøver at blive udskiftet i løbet af interceptorens levetid.


Raytheon' s Gem-T-missil er rygraden i den amerikanske hær' s Patriot Air and Missile Defense-system, som bruges mod fly og taktiske ballistiske og krydstogtsmissiler.

I de senere år har Raytheon arbejdet for at skubbe GaN' s kraft og effektivitet til højere grænser.


Den nye sender har samme form og funktion som den gamle sender, kræver ikke yderligere køling og kan køres på få sekunder på strøm.

Dette betyder, at GEM-T med den nye GaN-emitter vil være i stand til at fortsætte med at operere under de mest krævende forhold.


Launcher-teknologien kunne også se andre tests på andre missiler.

Hæren har udtrykt interesse for at erstatte hele beholdningen med disse typer løfteraketter, hvilket kan reducere reparationsomkostningerne med 36 procent under Gem-T-programmet.


På nuværende tidspunkt har galliumnitrid et stort nok anvendelsesområde.

Som en ny tredje generation af halvlederteknologi er det også et marked, der konkurreres af lande over hele verden, og der er dannet en række repræsentative kræfter for galliumnitrid på markedet, blandt hvilke den første echelon inkluderer repræsentative virksomheder som f.eks. Innoseco, Nano og EPC.

Inosec er verdens' s første 8-tommers forbedrede galliumnitridepitaksi og chipmasseproduktion af virksomheder, men er også blandt de første niveauer i galliumnitridindustrien, der er repræsentative for indenlandske halvledervirksomheder.


Men hvad holder i øjeblikket udviklingen af ​​galliumnitridindretninger tilbage?

image

Med to ord: For dyrt!


Når man ser tilbage på udviklingen i de to foregående generationer af halvledere, står enhver generation af halvlederteknologi fra laboratoriet til markedet over for udfordringen med kommercialisering.


Galliumnitrid er også på dette stadium. Omkostningerne accelererer med markedets efterspørgsel, masseproduktion, procesinnovation osv., Og det endelige marked vil erstatte de traditionelle siliciumbaserede kraftenheder.


Den kommercielle masseproduktion af 8-tommer galliumnitrid kan i høj grad reducere omkostningerne.


Fremkomsten af ​​tredje generation af halvledere giver os en chance for at være vidne til dette øjeblik.

GAN CHARGERs