لتطوير أجهزة طاقة GaN ، يعد جذب طلب السوق أمرًا بالغ الأهمية.من مجال إمداد الطاقة و PFC (تصحيح عامل الطاقة) (الذي سيهيمن على السوق في عام 2020) ، إلى UPS (مزود الطاقة غير المنقطع) ومحرك المحرك ، ستستفيد العديد من مجالات التطبيق من خصائص أجهزة الطاقة GaN-on-Si .
تعتقد شركة Yole Developpement ، وهي شركة متخصصة في أبحاث السوق ، أنه بالإضافة إلى هذه التطبيقات ، ستبدأ المركبات الكهربائية النقية (EV) والمركبات الهجينة (HEVs) أيضًا في اعتماد هذه المواد والأجهزة الجديدة بعد عام 2020. من حيث حجم السوق ، الحجم الإجمالي من سوق أجهزة GaN من المرجح أن يصل إلى حوالي 600 مليون دولار في عام 2020. في ذلك الوقت ، يمكن لرقائق بحجم 6 بوصات معالجة حوالي 580.000 GaNs.وفقًا لمفهوم EV و HEV اللذين يعتمدان GaN من 2018 أو 2019 ، سيزداد عدد أجهزة GaN بشكل كبير اعتبارًا من عام 2016 وسينمو بمعدل نمو سنوي متوسط يبلغ 80٪ (CAGR) حتى عام 2020.
مع النضج التدريجي لتقنية 5G والفرصة التي تم توفيرها لسوق شرائح RF Front End ، سيستمر الطلب على مضخمات طاقة RF (RF PA) في النمو في المستقبل ، بما في ذلك أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة التقليدية (المعدن المنتشر لاحقًا The Oxide Semiconductor ( LDMOS ؛ يتمتع LDMOS بمزايا أداء منخفضة التكلفة وعالية الطاقة) يتم استبدال عملية نيتريد الغاليوم (GaN) تدريجيًا ، خاصة في تقنية 5G ، والتي تتطلب المزيد من المكونات وترددات أعلى.بالإضافة إلى ذلك ، ينمو زرنيخيد الغاليوم (GaAs) بشكل مطرد نسبيًا. من خلال إدخال تقنية RF الجديدة ، سيتم تحقيق RF PA بتقنية عملية جديدة ، من بينها GaN's RF PA ستصبح تقنية المعالجة السائدة بقدرة إنتاج تزيد عن 3 واط ، وستنخفض الحصة السوقية لـ LDMOS تدريجياً.
نظرًا لأن تقنية 5G تغطي تردد الموجة المليمترية وتطبيقات الهوائي MIMO (Multi-Input Multi-Output) على نطاق واسع لتحقيق تكامل لاسلكي 5G واختراقات معمارية ، فكيف يمكن اعتماد موجة Massive-MIMO وموجة ملليمتر (mmWav على نطاق واسع في المستقبل؟ ه) سيكون نظام العودة هو مفتاح التنمية.نظرًا لارتفاع تردد 5G ، زاد الطلب على مكونات التردد اللاسلكي عالية الطاقة وعالية الأداء وعالية الكثافة ، والتي يلبي نيتريد الغاليوم (GaN) شروطها ، أي أن سوق GaN لديه المزيد من الفرص التجارية المحتملة.
【ثلاثة】ما هو نيتريد الغاليوم (جان)؟
يعد البحث عن مواد GaN وتطبيقها في طليعة ونقطة ساخنة لأبحاث أشباه الموصلات العالمية.إنها مادة أشباه موصلات جديدة لتطوير الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والأجهزة الإلكترونية الضوئية.جنبا إلى جنب مع SIC والماس ومواد أشباه الموصلات الأخرى ، يُعرف بالجيل الأول من مواد أشباه الموصلات Ge و Si ، الجيل الثاني من GaAs و InP.مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث بعد مواد أشباه الموصلات المركبة.لديها فجوات نطاق مباشرة واسعة ، روابط ذرية قوية ، موصلية حرارية عالية ، استقرار كيميائي جيد (تقريبًا لا يتآكل بأي حمض) ومقاومة قوية للإشعاع.لديها آفاق واسعة لتطبيق الإلكترونات الضوئية والأجهزة ذات درجات الحرارة العالية والطاقة العالية وأجهزة الميكروويف عالية التردد.
نيتريد الغاليوم (GAN) هو ممثل نموذجي لمواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث.في T = 300K ، هو المكون الأساسي للثنائيات الباعثة للضوء في إضاءة أشباه الموصلات.نيتريد الغاليوم مادة اصطناعية.شروط التكوين الطبيعي لنتريد الغاليوم قاسية للغاية.يتطلب الأمر أكثر من 2000 درجة من درجات الحرارة المرتفعة وما يقرب من 10000 ضغط جوي لتخليق نيتريد الغاليوم مع الغاليوم المعدني والنيتروجين ، وهو ما يستحيل تحقيقه في الطبيعة.
كما نعلم جميعًا ، فإن مادة أشباه الموصلات من الجيل الأول هي السيليكون ، والتي تحل بشكل أساسي مشاكل حوسبة البيانات وتخزينها ؛يتم تمثيل الجيل الثاني من أشباه الموصلات بواسطة زرنيخيد الغاليوم ، والذي يتم تطبيقه على اتصالات الألياف الضوئية ، وهو حل مشكلة نقل البيانات بشكل أساسي ؛يتم تمثيل الجيل الثالث من أشباه الموصلات بواسطة نيتريد الغاليوم ، والذي له أداء مفاجئ في التحويل الكهربائي والبصري.إنه أكثر كفاءة في نقل إشارة الميكروويف ، لذلك يمكن استخدامه على نطاق واسع في الإضاءة والعرض والاتصالات وغيرها من المجالات.في عام 1998 ، طور العلماء الأمريكيون أول ترانزستور نيتريد الغاليوم.
أربعة】خصائص نيتريد الغاليوم (GAN)الأداء العالي: يتضمن بشكل أساسي طاقة خرج عالية ، كثافة طاقة عالية ، عرض نطاق عمل مرتفع ، كفاءة عالية ، حجم صغير ، وزن خفيف ، إلخ. في الوقت الحاضر ، وصلت طاقة الإخراج لمواد أشباه الموصلات من الجيل الأول والثاني إلى الحد الأقصى ، و GaN يمكن لأشباه الموصلات أن تحقق بسهولة عرض نبضة تشغيل عالي ونسبة تشغيل عالية بسبب مزاياها في أداء الاستقرار الحراري ، مما يزيد من قدرة نقل مستوى وحدة الهوائي بمقدار 10 مرات.
موثوقية عالية: يرتبط عمر جهاز الطاقة ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارته.كلما زاد تقاطع درجة الحرارة ، انخفض العمر الافتراضي.تتميز مواد GaN بخصائص تقاطع درجات الحرارة العالية والتوصيل الحراري العالي ، مما يحسن بشكل كبير من القدرة على التكيف وموثوقية الأجهزة في درجات حرارة مختلفة.يمكن استخدام أجهزة GaN في المعدات العسكرية فوق 650 درجة مئوية.
تكلفة منخفضة: يمكن أن يؤدي استخدام أشباه الموصلات GaN إلى تحسين تصميم هوائي الإرسال بشكل فعال ، وتقليل عدد مكونات الانبعاثات وسلسلة مكبرات الصوت ، وما إلى ذلك ، وتقليل التكاليف بشكل فعال.في الوقت الحاضر ، بدأ GaN في استبدال GaAs كمواد جهاز إلكتروني لوحدة T / R (مستقبل / إيقاف) للرادار وأجهزة التشويش الجديدة.يستخدم الجيل التالي من AMDR (رادار صفيف مرحلي نشط الحالة الصلبة) في الجيش الأمريكي أشباه موصلات GaN.الخصائص الفائقة لنتريد الغاليوم مع عرض النطاق الترددي العالي ، والجهد العالي للانهيار ، والتوصيل الحراري العالي ، وسرعة الانجراف العالية للإلكترون ، ومقاومة الإشعاع القوية ، والاستقرار الكيميائي الجيد تجعله نظام المواد مع أعلى كفاءة تحويل كهروضوئية وكهروضوئية نظريًا حتى الآن ، ويمكن أن تصبح إلكترونية دقيقة واسعة الطيف وعالية الطاقة وعالية الكفاءة.، المواد الأساسية الأساسية لإلكترونيات الطاقة والإلكترونيات الضوئية والأجهزة الأخرى.
يتم استخدام النطاق الترددي العريض لـ GaN (3.4eV) ومواد الياقوت كركيزة ، والتي تتميز بأداء جيد في تبديد الحرارة ، مما يؤدي إلى تشغيل الأجهزة في ظل ظروف طاقة عالية.من خلال البحث المتعمق المستمر وتطوير مواد وأجهزة نيتريد المجموعة الثالثة ، تم تسويق تقنيات GaInN للضوء الأزرق الفائق الفائق وتقنيات LED الخضراء.الآن ، استثمرت كبرى الشركات والمؤسسات البحثية حول العالم بشكل كبير في المنافسة لتطوير Blu-ray LEDs.
