ຂໍ້ດີແລະຂໍ້ເສຍຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ Gallium Nitride (GaN).

ໃນຂະນະທີ່ໂລກຊອກຫາໂອກາດໃຫມ່ໃນ semiconductors,gallium nitrideສືບຕໍ່ໂດດເດັ່ນເປັນຜູ້ສະຫມັກທີ່ມີທ່າແຮງສໍາລັບການນໍາໃຊ້ພະລັງງານແລະ RF ໃນອະນາຄົດ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ສໍາລັບຜົນປະໂຫຍດທັງຫມົດທີ່ມັນສະເຫນີ, ມັນຍັງປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍໃຫຍ່; ບໍ່ມີຜະລິດຕະພັນປະເພດ P (P-type). ເປັນຫຍັງ GaN ຈຶ່ງຖືກຍົກໃຫ້ເປັນວັດສະດຸ semiconductor ທີ່ສໍາຄັນຕໍ່ໄປ, ເປັນຫຍັງການຂາດອຸປະກອນ GaN ປະເພດ P ເປັນຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ສໍາຄັນ, ແລະນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າແນວໃດສໍາລັບການອອກແບບໃນອະນາຄົດ?

ໃນເອເລັກໂຕຣນິກ, ຄວາມຈິງສີ່ຢ່າງຍັງຄົງຢູ່ນັບຕັ້ງແຕ່ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທໍາອິດຕີຕະຫຼາດ: ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງມີຂະຫນາດນ້ອຍເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້, ລາຄາຖືກທີ່ສຸດເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້, ໃຫ້ພະລັງງານຫຼາຍເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້, ແລະບໍລິໂພກພະລັງງານຫນ້ອຍທີ່ສຸດເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້. ພິຈາລະນາວ່າຂໍ້ກໍານົດເຫຼົ່ານີ້ມັກຈະຂັດກັນ, ການພະຍາຍາມສ້າງອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສົມບູນແບບທີ່ສາມາດປະຕິບັດຄວາມຕ້ອງການສີ່ຢ່າງນີ້ແມ່ນຄວາມຝັນຂອງທໍ່, ແຕ່ວ່າບໍ່ໄດ້ຢຸດນັກວິສະວະກອນຈາກການເຮັດທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງທີ່ເຂົາເຈົ້າສາມາດເຮັດໄດ້.

ການນໍາໃຊ້ຫຼັກການແນະນໍາສີ່ຢ່າງນີ້, ວິສະວະກອນໄດ້ປະສົບຜົນສໍາເລັດໃນການເຮັດສໍາເລັດວຽກງານທີ່ເບິ່ງຄືວ່າເປັນໄປບໍ່ໄດ້, ຄອມພິວເຕີທີ່ຫົດຕົວຈາກອຸປະກອນຂະຫນາດຫ້ອງໄປສູ່ຊິບຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າເມັດເຂົ້າ, ໂທລະສັບສະຫຼາດທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ການສື່ສານໄຮ້ສາຍແລະການເຂົ້າເຖິງອິນເຕີເນັດ, ແລະລະບົບ virtual reality. ດຽວນີ້ສາມາດສວມໃສ່ແລະໃຊ້ເປັນເອກະລາດຂອງຄອມພິວເຕີໂຮດ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຍ້ອນວ່າວິສະວະກອນເຂົ້າຫາຂອບເຂດຈໍາກັດທາງກາຍະພາບຂອງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປເຊັ່ນຊິລິໂຄນ, ການເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນຂະຫນາດນ້ອຍລົງແລະໃຊ້ພະລັງງານຫນ້ອຍກໍ່ກາຍເປັນສິ່ງທີ່ເປັນໄປບໍ່ໄດ້.

ດັ່ງນັ້ນ, ນັກຄົ້ນຄວ້າກໍາລັງຊອກຫາອຸປະກອນໃຫມ່ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງທີ່ອາດຈະສາມາດທົດແທນອຸປະກອນທົ່ວໄປດັ່ງກ່າວແລະສືບຕໍ່ສະຫນອງອຸປະກອນຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ເຮັດວຽກທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ. Gallium nitride (GaN) ແມ່ນວັດສະດຸຫນຶ່ງທີ່ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຫຼາຍ, ເມື່ອປຽບທຽບກັບຊິລິໂຄນ, ສໍາລັບເຫດຜົນທີ່ຊັດເຈນ.

ກາປະສິດທິພາບດີກວ່າ

ຫນ້າທໍາອິດ, GaN ດໍາເນີນການໄຟຟ້າ 1,000 ເທົ່າປະສິດທິພາບຫຼາຍກ່ວາຊິລິໂຄນ, ເຮັດໃຫ້ມັນສາມາດດໍາເນີນການໃນກະແສໄຟຟ້າທີ່ສູງຂຶ້ນ. ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າອຸປະກອນ GaN ສາມາດແລ່ນດ້ວຍພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍບໍ່ມີການສ້າງຄວາມຮ້ອນຫຼາຍ, ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສາມາດເຮັດໃຫ້ນ້ອຍລົງສໍາລັບພະລັງງານດຽວກັນ.

ເຖິງແມ່ນວ່າການນໍາຄວາມຮ້ອນຂອງ GaN ແມ່ນຕ່ໍາກວ່າຊິລິໂຄນເລັກນ້ອຍ, ແຕ່ຂໍ້ດີການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນຂອງມັນເປີດເສັ້ນທາງໃຫມ່ສໍາລັບເຄື່ອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີພະລັງງານສູງ. ນີ້ເປັນສິ່ງສໍາຄັນໂດຍສະເພາະສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ພື້ນທີ່ຢູ່ໃນລະດັບທີ່ນິຍົມແລະການແກ້ໄຂຄວາມເຢັນຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ຫຼຸດລົງ, ເຊັ່ນ: ຍານອາວະກາດແລະເຄື່ອງເອເລັກໂຕຣນິກລົດຍົນ, ແລະຄວາມສາມາດຂອງອຸປະກອນ GaN ເພື່ອຮັກສາປະສິດທິພາບໃນອຸນຫະພູມສູງຍັງຊີ້ໃຫ້ເຫັນທ່າແຮງຂອງເຂົາເຈົ້າສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ.

ອັນທີສອງ, bandgap ຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງ GaN (3.4eV ທຽບກັບ 1.1eV) ອະນຸຍາດໃຫ້ນໍາໃຊ້ໃນແຮງດັນທີ່ສູງຂຶ້ນກ່ອນທີ່ຈະແຍກ dielectric. ດັ່ງນັ້ນ, GaN ບໍ່ພຽງແຕ່ສາມາດສົ່ງພະລັງງານໄດ້ຫຼາຍ, ແຕ່ສາມາດເຮັດໄດ້ດ້ວຍແຮງດັນທີ່ສູງຂຶ້ນໃນຂະນະທີ່ຮັກສາປະສິດທິພາບທີ່ສູງຂຶ້ນ.

ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກສູງຍັງອະນຸຍາດໃຫ້ໃຊ້ GaN ໃນຄວາມຖີ່ທີ່ສູງຂຶ້ນ. ປັດໄຈນີ້ເຮັດໃຫ້ GaN ສໍາຄັນສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກພະລັງງານ RF ທີ່ເຮັດວຽກໄດ້ດີເຫນືອລະດັບ GHz (ບາງສິ່ງບາງຢ່າງທີ່ຊິລິໂຄນຕໍ່ສູ້ກັບ).

ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຊິລິໂຄນແມ່ນດີກ່ວາ GaN ເລັກນ້ອຍໃນດ້ານການນໍາຄວາມຮ້ອນ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າອຸປະກອນ GaN ມີຄວາມຕ້ອງການຄວາມຮ້ອນຫຼາຍກ່ວາອຸປະກອນຊິລິໂຄນ. ດັ່ງນັ້ນ, ການຂາດການນໍາຄວາມຮ້ອນໄດ້ຈໍາກັດຄວາມສາມາດໃນການຫົດຕົວອຸປະກອນ GaN ເມື່ອເຮັດວຽກຢູ່ໃນພະລັງງານສູງ (ເນື່ອງຈາກວ່າອຸປະກອນຂະຫນາດໃຫຍ່ແມ່ນຈໍາເປັນເພື່ອ dissipate ຄວາມຮ້ອນ).

ກາ's Achilles Heel - ບໍ່ມີ P-Type

ມັນເປັນການດີທີ່ຈະມີ semiconductors ທີ່ສາມາດປະຕິບັດການດ້ວຍພະລັງງານສູງໃນຄວາມຖີ່ສູງ, ແຕ່ສໍາລັບຂໍ້ໄດ້ປຽບທັງຫມົດທີ່ GaN ສະເຫນີ, ມີຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ສໍາຄັນອັນຫນຶ່ງທີ່ຂັດຂວາງຄວາມສາມາດຂອງຕົນໃນການທົດແທນຊິລິໂຄນໃນຫຼາຍຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ: ການຂາດ P-types.

ແນ່ນອນວ່າ, ຫນຶ່ງໃນຈຸດປະສົງຕົ້ນຕໍຂອງວັດສະດຸທີ່ຄົ້ນພົບໃຫມ່ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນການເພີ່ມປະສິດທິພາບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍແລະສະຫນັບສະຫນູນພະລັງງານແລະແຮງດັນທີ່ສູງຂຶ້ນ, ແລະບໍ່ມີຄວາມສົງໃສວ່າ transistors GaN ໃນປະຈຸບັນສາມາດບັນລຸໄດ້. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນຂະນະທີ່ transistors GaN ສ່ວນບຸກຄົນສະເຫນີຄຸນສົມບັດທີ່ຫນ້າປະທັບໃຈບາງຢ່າງ, ຄວາມຈິງທີ່ວ່າອຸປະກອນ GaN ການຄ້າໃນປະຈຸບັນທັງຫມົດແມ່ນ N-type compromises ຄວາມສາມາດຂອງເຂົາເຈົ້າປະສິດທິພາບທີ່ສຸດ.

ເພື່ອເຂົ້າໃຈວ່າເປັນຫຍັງນີ້ແມ່ນກໍລະນີ, ພວກເຮົາຈໍາເປັນຕ້ອງເບິ່ງວິທີການ NMOS ແລະ CMOS logic ເຮັດວຽກ. ເຫດຜົນ NMOS ເປັນເທກໂນໂລຍີທີ່ນິຍົມຫຼາຍໃນຊຸມປີ 1970 ແລະ 1980 ເນື່ອງຈາກຂະບວນການຜະລິດ ແລະການອອກແບບທີ່ງ່າຍດາຍຂອງມັນ. ໂດຍການນໍາໃຊ້ຕົວຕ້ານທານດຽວທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງການສະຫນອງພະລັງງານແລະການລະບາຍຂອງ transistor MOS N-type, ປະຕູຂອງ transistor ນັ້ນສາມາດຄວບຄຸມແຮງດັນຢູ່ທີ່ທໍ່ລະບາຍຂອງ transistor MOS, ປະຕິບັດຢ່າງມີປະສິດທິພາບທີ່ບໍ່ແມ່ນປະຕູ. ເມື່ອລວມກັບ transistors NMOS ອື່ນໆ, ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະສ້າງອົງປະກອບຂອງເຫດຜົນທັງຫມົດ, ລວມທັງ AND, OR, XOR ແລະ latches.

ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເຖິງແມ່ນວ່າເຕັກນິກນີ້ແມ່ນງ່າຍດາຍ, ມັນໃຊ້ຕົວຕ້ານທານເພື່ອສະຫນອງພະລັງງານ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າພະລັງງານຫຼາຍແມ່ນເສຍໄປກັບຕົວຕ້ານທານໃນເວລາທີ່ transistors NMOS ເປີດ. ສໍາລັບປະຕູດຽວ, ການສູນເສຍພະລັງງານນີ້ແມ່ນຫນ້ອຍ, ແຕ່ສາມາດເພີ່ມຂຶ້ນເມື່ອຂະຫນາດໄປຫາ CPU 8-bit ຂະຫນາດນ້ອຍ, ເຊິ່ງສາມາດເຮັດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນຂອງອຸປະກອນແລະຈໍາກັດຈໍານວນອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ໃນຊິບດຽວ.