Nova tehnologija materijala poboljšava performanse poluprovodnika

Vrste i karakteristike novih materijala
Silicijum karbid (SiC)
Silicijum karbid, kao poluprovodnički materijal sa širokim razmakom, ima širinu pojasa od približno 3,3 elektron-volta (eV), što je mnogo više od 1,1 elektron-volta tradicionalnog silicijuma (Si). Ovo čini da silicijum karbid ima veću toplotnu provodljivost i kapacitet nošenja struje, što ga čini posebno pogodnim za scenarije primene na visokim temperaturama, visokim pritiskom i visokim frekvencijama.

U oblasti energetske elektronike, SiC uređaji mogu efikasno poboljšati efikasnost sistema i smanjiti gubitak energije. Na primjer, SiC MOSFET se široko koristi u upravljanju napajanjem i motornom pogonu električnih vozila, sa svojim niskim otporom i visokom frekvencijom uključivanja značajno poboljšava domet električnih vozila.

galijum nitrid (GaN)
Galijum nitrid je još jedan široko proučavan poluprovodnički materijal sa širokim pojasom, sa širinom pojasa od približno 3,4 elektron-volta. GaN ima odlične performanse visoke frekvencije i nizak gubitak provodljivosti, što ga čini pogodnim za aplikacije visoke frekvencije i velike snage. GaN uređaji su pokazali prednosti u odnosu na tradicionalne silikonske uređaje u RF pojačivačima snage i prekidačkim izvorima napajanja.

Posebno u 5G komunikacijskoj opremi, GaN materijal može podržati veće radne frekvencije i veću izlaznu snagu, postajući jedan od važnih materijala za promoviranje izgradnje 5G infrastrukture. Osim toga, visoka efikasnost GaN-a je također promovirala razvoj tehnologije bežičnog punjenja, što ga čini potencijalnim materijalom za budući prijenos energije.

2D materijali
Poslednjih godina, dvodimenzionalni materijali kao što su grafen i disulfidi prelaznih metala (kao što je MoS ₂) privukli su široku pažnju u oblasti poluprovodnika. Grafen ima izuzetno visoku pokretljivost elektrona i toplotnu provodljivost, što ga čini idealnim materijalom za visokofrekventne i brze elektronske uređaje.

Iako se dvodimenzionalni materijali još uvijek suočavaju s izazovima u proizvodnim procesima, njihov potencijal u fleksibilnim elektroničkim uređajima male snage ne može se zanemariti. Na primjer, MoS ₂ - tranzistori sa efektom polja (FET) smatraju se ključnom komponentom budućih fleksibilnih elektronskih uređaja, sposobnih za postizanje laganog dizajna uz održavanje visokih performansi.

Primena nove tehnologije materijala
električno vozilo
Popularizacija električnih vozila postavila je veće zahtjeve za poluvodičke materijale. Primjena SiC i GaN materijala čini energetski sistem električnih vozila efikasnijim. Silicijum karbidne diode i MOSFET-ovi mogu izdržati veće napone i temperature, čime se smanjuju gubici pri punjenju, povratu energije i prijenosu energije.

Na primjer, mnogi proizvođači električnih vozila počeli su da usvajaju SiC tehnologiju kako bi zamijenili tradicionalne silikonske uređaje i poboljšali efikasnost konverzije energije električnih vozila. Ovo ne samo da poboljšava izdržljivost vozila, već i smanjuje vrijeme punjenja baterije.

5G komunikacija
Brzi razvoj 5G tehnologije pokrenuo je potražnju za poluvodičkim materijalima visokih performansi. Uređaji sa galijum nitridom postali su poželjan materijal za 5G bazne stanice i terminalnu opremu zbog svojih odličnih performansi visoke frekvencije. Karakteristike visoke snage GaN-a omogućavaju mu da obrađuje veći promet podataka, pružajući veće brzine prijenosa i manje kašnjenje za 5G mreže.

U međuvremenu, sa široko rasprostranjenom primjenom 5G uređaja, srodne RF i mikrovalne tehnologije također se stalno razvijaju. Primjena novih materijala pomoći će u izgradnji velikih 5G baznih stanica, poboljšavajući ukupnu stabilnost i pokrivenost mreže.

obnovljiva energija
Nova tehnologija materijala takođe igra važnu ulogu u oblasti obnovljivih izvora energije. Energetski elektronski uređaji na bazi silicijum karbida se široko koriste u solarnim inverterima i sistemima za proizvodnju energije vetra, poboljšavajući efikasnost konverzije energije.

Usvajanjem SiC tehnologije, solarni invertori mogu efikasnije pretvoriti jednosmjernu struju u naizmjeničnu, značajno smanjujući gubitke energije i promovirajući širu primjenu obnovljive energije. Pored toga, tehnologija galijum nitrida je takođe pokazala svoje prednosti u sistemima upravljanja baterijama, poboljšavajući ukupnu energetsku efikasnost.

Trend budućeg razvoja nove tehnologije materijala
Kontinuirana inovacija materijala
Uz kontinuirani napredak nauke i tehnologije, inovacije u poluvodičkim materijalima će se nastaviti. U budućnosti će se razvijati još novih materijala s superiornim električnim performansama i mogućnostima upravljanja toplinom. Ovi novi materijali će zadovoljiti potražnju za uređajima viših performansi, posebno u aplikacijama velike snage, visoke frekvencije i ekstremnih okruženja.

Unapređenje proizvodnog procesa
Primjena novih materijala također postavlja veće zahtjeve za proizvodne procese. Sa razvojem novih proizvodnih tehnologija kao što su 3D štampa i nanotehnologija, proces proizvodnje poluvodičkih uređaja postat će rafiniraniji i inteligentniji. To će promovirati brzu komercijalizaciju i primjenu novih materijala.

Zaštita životne sredine i održivi razvoj
Sve veća ekološka svijest na globalnom nivou izvršila je pritisak na industriju poluvodiča da prođe kroz transformaciju. U budućnosti će razvoj ekološki prihvatljivih poluvodičkih materijala postati trend u industriji. Na primjer, ekološki prihvatljivi materijali koji zamjenjuju štetne tvari ne samo da pomažu poboljšanju performansi uređaja, već su i usklađeni s konceptom održivog razvoja.