نيتريد الغاليوم تطورت أجهزة الطاقة بشكل أساسي حول هياكل HEMT الجانبية. أصبحت هذه الأجهزة ذات أهمية متزايدة في الشواحن السريعة، وإمدادات طاقة الخوادم، ومحركات المحركات، وتطبيقات تحويل الطاقة عالية التردد الأخرى.

في عام 2026، ومع ذلك، فإن الاهتمام بـGaN العمودي يتزايد.

الفرق الرئيسي هو اتجاه تدفق التيار.

في جهاز HEMT جانبي تقليدي من نيتريد الغاليوم، يسافر التيار بشكل أساسي على طول سطح الهيكل الظهاري. في جهاز عمودي، يسافر التيار عبر سمك شبه الموصل.

قد يسمح هذا التغيير لنيتريد الغاليوم بالتحرك نحو مستويات جهد وتيار أعلى دون زيادة مستمرة في مساحة الشريحة الجانبية.

التحدي هو الركيزة.

لماذا احتاج نيتريد الغاليوم العمودي تقليديًا إلى نيتريد الغاليوم الأصلي

تتطلب أجهزة الطاقة العمودية مرور التيار عبر الهيكل الظهاري نحو الاتصال الخلفي.

ركائز نيتريد الغاليوم السائبة مناسبة تمامًا لهذا الهيكل لأن الركيزة والطبقة الظهارية تشتركان في نفس النظام البلوري تقريبًا.

يمكن أن يوفر هذا:

• كثافة أقل للخلل الخيطي؛

• توافق ظهاري محسّن؛

• مسار توصيل عمودي مباشر؛

• إجهاد أقل لتطابق الشبكة؛

• دعم أفضل لطبقات الانجراف السميكة عالية الجهد.

ومع ذلك، تظل ركائز نيتريد الغاليوم الأصلية أصغر بكثير وأكثر تكلفة من رقائق السيليكون الرئيسية.

هذا يحد من الميزة الاقتصادية لنيتريد الغاليوم العمودي لإلكترونيات الطاقة في السوق الشامل.

إذا كان يمكن تصنيع نيتريد الغاليوم العمودي بدلاً من ذلك على رقائق سيليكون كبيرة، يمكن أن تتغير الاقتصاديات بشكل كبير.

مشكلة طبقات نيتريد الغاليوم على السيليكون التقليدية

زراعة نيتريد الغاليوم مباشرة على السيليكون أمر صعب.

نيتريد الغاليوم والسيليكون لهما ثوابت شبكية ومعاملات تمدد حراري مختلفة.

نتيجة لذلك، تتطلب هياكل نيتريد الغاليوم على السيليكون التقليدية عادةً طبقات عازلة مصممة للتحكم في:

• الإجهاد؛

• التشقق؛

• الخلل؛

• انحناء الرقاقة؛

• العزل الكهربائي.

تعمل طبقات العازل هذه بشكل جيد للأجهزة الجانبية.

ومع ذلك، بالنسبة للأجهزة العمودية، يمكن أن تصبح الطبقة العازلة عالية المقاومة مشكلة كبيرة لأن التيار يحتاج إلى المرور عبر الهيكل.

نفس الطبقة التي تساعد في عزل ترانزستور نيتريد الغاليوم الجانبي يمكن أن تمنع تدفق التيار العمودي.

هذا هو السبب في أن هندسة طبقات العازل منخفضة المقاومة أصبحت اتجاهًا بحثيًا مهمًا.

نهج جديد لطبقة بينية منخفضة المقاومة

في عام 2026، أبلغ باحثون من اليابان عن نهج جديد لزراعة نيتريد الغاليوم على Si(111) باستخدام طبقة بينية غير متبلورة للغاية ورقيقة للغاية.

تشكل الطريقة طبقة بينية بحجم نانومتر فرعي تقريبًا بين السيليكون ونيتريد الغاليوم تساعد في استيعاب عدم تطابق الشبكة مع الحفاظ على مقاومة كهربائية عمودية منخفضة.

أظهر الباحثون أن النهج يمكن أن يدعم نمو نيتريد الغاليوم اللاحق باستخدام MOCVD مع الحفاظ على استقرار حراري قوي وتوصيل تيار عمودي.

الأهمية ليست مجرد هيكل طبقة عازلة أخرى من نيتريد الغاليوم.

إنه يعالج أحد التناقضات المركزية في نيتريد الغاليوم العمودي على السيليكون:

يجب أن يمتص الواجهة عدم تطابق البلورات دون أن تصبح حاجزًا كهربائيًا.

إذا كان يمكن توسيع نطاق هذه الهياكل بشكل موثوق، فيمكنها جعل السيليكون منصة أكثر عملية لأجهزة نيتريد الغاليوم العمودية.

رقائق السيليكون 200 مم تجعل المفهوم أكثر إثارة للاهتمام

يوفر السيليكون ميزة رئيسية لا توفرها ركائز نيتريد الغاليوم الأصلية اقتصاديًا حتى الآن:

بنية تحتية لأشباه الموصلات كبيرة القطر.

تحتوي مصانع السيليكون 200 مم بالفعل على معدات ناضجة لـ:

• الطباعة الحجرية؛

• الزرع؛

• المعدنة؛

• الفحص؛

• مناولة الرقاقة؛

• التحكم الآلي في العمليات.

أظهرت الأبحاث المنشورة في عام 2026 سلوك انهيار في ديودات نيتريد الغاليوم شبه العمودية من نوع p-n المصنعة باستخدام ظهارة نيتريد الغاليوم على ركائز سيليكون 200 مم. وصلت الأجهزة إلى حوالي 805 فولت بدون إنهاء حافة مخصص، مما يوضح كيف بدأ بحث نيتريد الغاليوم على السيليكون في تجاوز هياكل الترانزستور الجانبية التقليدية.

هذا لا يعني أن نيتريد الغاليوم العمودي على السيليكون جاهز لاستبدال منصات نيتريد الغاليوم أو كربيد السيليكون الحالية.

لكنه يوضح لماذا يواصل الباحثون التحقيق في طرق الجمع بين فيزياء أجهزة نيتريد الغاليوم العمودية واقتصاديات رقائق السيليكون الكبيرة.

ينتقل نيتريد الغاليوم العمودي أيضًا إلى اختبارات على مستوى النظام

تغيير مهم آخر في عام 2026 هو أن نيتريد الغاليوم العمودي ينتقل إلى ما وراء الأجهزة الاختبارية الفردية.

أظهر الباحثون عاكس ثلاثي الطور بقدرة 10.4 كيلو واط باستخدام ترانزستورات نيتريد الغاليوم العمودية من نوع MOSFET ذات الخندق.

حددت الدراسة أيضًا مشكلات الموثوقية المتعلقة بتغير جهد العتبة وزيادة المقاومة عند التشغيل، مما يسلط الضوء على أهمية تحسين واجهة MOS وتصميم جسم p.

هذه مرحلة مهمة من تطوير التكنولوجيا.

جهد الانهيار المخبري وحده لا يثبت أن جهاز أشباه الموصلات للطاقة جاهز للأنظمة العملية.

العواكس الحقيقية تعرض الأجهزة لـ:

• إجهاد التبديل؛

• دورات درجة الحرارة؛

• تيار عالٍ؛

• إجهاد البوابة؛

• جهد عابر؛

• عدم توازن الأجهزة المتوازية.

تكشف العروض على مستوى النظام عن مشكلات الموثوقية التي قد لا تظهر في قياسات مستوى الرقاقة البسيطة.

لماذا لا تزال رقاقة نيتريد الغاليوم مهمة

سواء تم تصنيع نيتريد الغاليوم العمودي على نيتريد الغاليوم الأصلي أو السيليكون، تظل جودة الرقاقة أساسية.

تشمل المعلمات المهمة:

• كثافة الخلل الخيطي؛

• انحناء الرقاقة والتواءها؛

• توحيد سمك الظهارة؛

• توحيد تشويب طبقة الانجراف؛

• خشونة السطح؛

• كثافة الشقوق؛

• توافق الاتصال الخلفي.

بالنسبة لأجهزة الجهد العالي العمودية، تصبح طبقات الانجراف السميكة من نيتريد الغاليوم مهمة بشكل خاص.

يمكن أن تترجم الاختلافات الصغيرة في السماكة أو التشويب إلى اختلافات في جهد الانهيار والمقاومة عند التشغيل عبر الرقاقة.

هذا يعني أن تصنيع نيتريد الغاليوم العمودي يتطلب ليس فقط هيكل ترانزستور جيد ولكن أيضًا مادة ظهارية متسقة للغاية.

ستظل نيتريد الغاليوم الأصلي تتمتع بميزة

لا ينبغي تفسير بحث نيتريد الغاليوم على السيليكون على أنه دليل على أن ركائز نيتريد الغاليوم الأصلية أصبحت غير ضرورية.

تظل نيتريد الغاليوم الأصلي جذابة لأجهزة الأداء العمودي الأعلى لأنها يمكن أن توفر كثافة عيوب منخفضة جدًا وتوافقًا بلوريًا ممتازًا.

تستمر مراجعات عام 2026 لتكنولوجيا نيتريد الغاليوم العمودي في تحديد نيتريد الغاليوم الأصلي كمنصة مهمة للتشغيل عالي الجهد، مع التأكيد أيضًا على تكلفة الركيزة كعقبة رئيسية أمام التسويق التجاري الواسع.

لذلك قد يتطور السوق على مسارين.

يمكن أن تخدم نيتريد الغاليوم الأصلي التطبيقات المتطلبة حيث تبرر جودة المواد تكلفة الركيزة الأعلى.

يمكن أن تستهدف نيتريد الغاليوم على السيليكون التطبيقات ذات الحجم الكبير حيث يكون حجم التصنيع والتكلفة أكثر أهمية.

السؤال التالي هو إنتاجية التصنيع

لقد أظهر نيتريد الغاليوم العمودي بالفعل أداءً مخبريًا مثيرًا للإعجاب.

التحدي التالي ليس مجرد تحقيق رقم قياسي آخر لجهد الانهيار.

تحتاج الصناعة إلى تحديد ما إذا كان يمكن تصنيع الأجهزة العمودية باستخدام:

• ظهارة مستقرة من رقاقة إلى رقاقة؛

• كثافة عيوب مقبولة؛

• واجهات MOS قابلة للتكرار؛

• إنتاجية جهاز عالية؛

• موثوقية طويلة الأمد؛

• تكلفة تنافسية.

إذا استمرت تقنية طبقات العازل منخفضة المقاومة من نيتريد الغاليوم على السيليكون في التحسن، فقد يوفر السيليكون في النهاية جسرًا بين فيزياء أجهزة نيتريد الغاليوم المتقدمة وتصنيع الرقائق بكميات كبيرة.

هذا يجعل نيتريد الغاليوم العمودي على السيليكون أحد أكثر تطورات رقائق نيتريد الغاليوم إثارة للاهتمام التي يجب مراقبتها بعد عام 2026.