ပထမမျိုးဆက် ဒုတိယမျိုးဆက် တတိယမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းပစ္စည်းများသည် ပြောင်းလဲမှုမျိုးဆက်သုံးဆက်မှတစ်ဆင့် တိုးတက်ပြောင်းလဲလာခဲ့သည်-

ပထမမျိုးဆက် (Si/Ge) သည် ခေတ်မီအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ၏ အုတ်မြစ်ကို ချမှတ်ခဲ့သည်။

ဒုတိယမျိုးဆက် (GaAs/InP) သည် သတင်းအချက်အလက်တော်လှန်ရေးကို စွမ်းအားပေးရန်အတွက် optoelectronic နှင့် high frequency အတားအဆီးများကို ချိုးဖျက်ခဲ့သည်။

တတိယမျိုးဆက် (SiC/GaN) သည် ယခုအခါ စွမ်းအင်နှင့် အလွန်အမင်းပတ်ဝန်းကျင်ဆိုင်ရာစိန်ခေါ်မှုများကို ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းပေးပြီး ကာဗွန်ထုတ်လွှတ်မှုကင်းစင်ရေးနှင့် 6G ခေတ်ကို ဖန်တီးပေးပါသည်။

ဤတိုးတက်မှုသည် စွယ်စုံရမှုမှ ပစ္စည်းသိပ္ပံတွင် အထူးပြုခြင်းသို့ စံပြပြောင်းလဲမှုကို ဖော်ပြသည်။

၁။ ပထမမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ- ဆီလီကွန် (Si) နှင့် ဂျာမေနီယမ် (Ge)

သမိုင်းနောက်ခံ

၁၉၄၇ ခုနှစ်တွင် Bell Labs သည် semiconductor ခေတ်၏ အစပြုခြင်းကို အမှတ်အသားပြုသည့် germanium transistor ကို တီထွင်ခဲ့သည်။ ၁၉၅၀ ပြည့်လွန်နှစ်များရောက်သောအခါ၊ ၎င်း၏ တည်ငြိမ်သော အောက်ဆိုဒ်အလွှာ (SiO₂) နှင့် ပေါများသော သဘာဝအရင်းအမြစ်များကြောင့် ဆီလီကွန်သည် integrated circuits (ICs) များ၏ အခြေခံအဖြစ် germanium ကို တဖြည်းဖြည်း အစားထိုးခဲ့သည်။

ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများ

၁bandgap:

ဂျာမေနီယမ်: 0.67 eV (bandgap ကျဉ်းမြောင်းခြင်း၊ လျှပ်စီးကြောင်းယိုစိမ့်ခြင်း၊ အပူချိန်မြင့်စွမ်းဆောင်ရည်ညံ့ဖျင်းခြင်း)။

ဆီလီကွန်: 1.12 eV (သွယ်ဝိုက် bandgap၊ ယုတ္တိဗေဒဆားကစ်များအတွက် သင့်လျော်သော်လည်း အလင်းထုတ်လွှတ်မှုကို မလုပ်ဆောင်နိုင်ပါ)။

ဒုတိယ၊ဆီလီကွန်၏ အားသာချက်များ-

MOSFET ထုတ်လုပ်မှုကို ဖြစ်စေသည့် အရည်အသွေးမြင့် အောက်ဆိုဒ် (SiO₂) ကို သဘာဝအတိုင်း ဖြစ်ပေါ်စေသည်။

ကုန်ကျစရိတ်နည်းပြီး မြေကြီးပေါများသည် (အပေါ်ယံလွှာဖွဲ့စည်းမှု၏ ~၂၈%)။

၃။ကန့်သတ်ချက်များ-

အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု နိမ့်ကျခြင်း (1500 cm²/(V·s) သာ)၊ မြင့်မားသော ကြိမ်နှုန်း စွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။

ဗို့အား/အပူချိန် ခံနိုင်ရည် အားနည်းခြင်း (အများဆုံး လည်ပတ်မှု အပူချိန် ~150°C)။

အဓိကအသုံးချမှုများ

၁၊ပေါင်းစပ်ပတ်လမ်းများ (ICs):

CPU များ၊ မှတ်ဉာဏ်ချစ်ပ်များ (ဥပမာ DRAM၊ NAND) သည် မြင့်မားသော ပေါင်းစပ်သိပ်သည်းဆအတွက် ဆီလီကွန်အပေါ် မှီခိုအားထားရသည်။

ဥပမာ- ပထမဆုံး စီးပွားဖြစ် မိုက်ခရိုပရိုဆက်ဆာဖြစ်သော Intel ၏ 4004 (1971) သည် 10μm ဆီလီကွန်နည်းပညာကို အသုံးပြုခဲ့သည်။

ဒုတိယ၊ပါဝါကိရိယာများ-

အစောပိုင်း သိုင်းရစ္စတာများနှင့် ဗို့အားနည်း MOSFETs (ဥပမာ၊ PC ပါဝါထောက်ပံ့မှုများ) သည် ဆီလီကွန်ကို အခြေခံထားသည်။

စိန်ခေါ်မှုများနှင့် ခေတ်မမီတော့ခြင်း

ယိုစိမ့်မှုနှင့် အပူချိန်မတည်ငြိမ်မှုကြောင့် ဂျာမေနီယမ်ကို အဆင့်လိုက် ရပ်ဆိုင်းခဲ့သည်။ သို့သော် optoelectronics နှင့် မြင့်မားသောပါဝါအသုံးချမှုများတွင် ဆီလီကွန်၏ ကန့်သတ်ချက်များသည် နောက်မျိုးဆက် semiconductors များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို လှုံ့ဆော်ပေးခဲ့သည်။

ဒုတိယမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ- ဂယ်လီယမ် အာဆင်းနိုက် (GaAs) နှင့် အင်ဒီယမ် ဖော့စဖိုက် (InP)

ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေးနောက်ခံ

၁၉၇၀-၁၉၈၀ ပြည့်လွန်နှစ်များအတွင်း မိုဘိုင်းဆက်သွယ်ရေး၊ အော့ပ်တစ်ဖိုက်ဘာကွန်ရက်များနှင့် ဂြိုလ်တုနည်းပညာကဲ့သို့သော ထွန်းသစ်စနယ်ပယ်များသည် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းနှင့် ထိရောက်သော အော်ပတိုအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများအတွက် အရေးတကြီးဝယ်လိုအားကို ဖန်တီးပေးခဲ့သည်။ ၎င်းသည် GaAs နှင့် InP ကဲ့သို့သော direct bandgap semiconductors များ တိုးတက်မှုကို မောင်းနှင်ခဲ့သည်။

ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများ

Bandgap နှင့် Optoelectronic စွမ်းဆောင်ရည်-

GaAs: 1.42 eV (တိုက်ရိုက် bandgap၊ အလင်းထုတ်လွှတ်မှုကို ဖြစ်စေသည်—လေဆာ/LED များအတွက် အသင့်တော်ဆုံး)။

InP: 1.34 eV (လှိုင်းအလျားရှည်အသုံးချမှုများ၊ ဥပမာ 1550nm ဖိုက်ဘာအော့ပတစ်ဆက်သွယ်ရေးများအတွက် ပိုမိုသင့်လျော်သည်)။

အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု-

GaAs သည် 8500 cm²/(V·s) ကို ရရှိပြီး ဆီလီကွန် (1500 cm²/(V·s)) ထက် များစွာသာလွန်ကာ GHz-range signal processing အတွက် အကောင်းဆုံးဖြစ်စေသည်။

အားနည်းချက်များ

လီကြွပ်ဆတ်သော အောက်ခံများ- ဆီလီကွန်ထက် ထုတ်လုပ်ရန် ပိုမိုခက်ခဲသည်။ GaAs ဝေဖာများသည် ၁၀ ဆ ပိုစျေးကြီးသည်။

လီမူလအောက်ဆိုဒ် မပါဝင်ပါ- ဆီလီကွန်၏ SiO₂ နှင့်မတူဘဲ၊ GaAs/InP တွင် တည်ငြိမ်သောအောက်ဆိုဒ်များ မရှိသောကြောင့် မြင့်မားသောသိပ်သည်းဆ IC ထုတ်လုပ်မှုတွင် အဟန့်အတားဖြစ်စေသည်။

အဓိကအသုံးချမှုများ

လီRF ရှေ့ပိုင်းများ-

မိုဘိုင်းပါဝါချဲ့စက်များ (PAs)၊ ဂြိုလ်တုထုတ်လွှင့်စက်များ (ဥပမာ၊ GaAs-အခြေခံ HEMT ထရန်စစ္စတာများ)။

လီအော့ပတိုအီလက်ထရွန်းနစ်ပညာ-

လေဆာဒိုင်အိုဒက်များ (CD/DVD ဒရိုက်များ)၊ LED များ (အနီရောင်/အနီအောက်ရောင်ခြည်)၊ ဖိုက်ဘာအော့ပတစ်မော်ဂျူးများ (InP လေဆာများ)။

လီအာကာသ ဆိုလာဆဲလ်များ-

GaAs ဆဲလ်များသည် ၃၀% ထိရောက်မှုရရှိပြီး (ဆီလီကွန်အတွက် ~၂၀% )၊ ဂြိုဟ်တုများအတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။ 

လီနည်းပညာဆိုင်ရာ အတားအဆီးများ

မြင့်မားသောကုန်ကျစရိတ်များသည် GaAs/InP ကို ​​အထူးပြုအဆင့်မြင့်အပလီကေးရှင်းများအတွက်သာ ကန့်သတ်ထားပြီး ယုတ္တိဗေဒချစ်ပ်များတွင် ဆီလီကွန်၏လွှမ်းမိုးမှုကို အစားထိုးခြင်းမှ တားဆီးထားသည်။

တတိယမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ (Wide-Bandgap တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ): ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (SiC) နှင့် ဂယ်လီယမ်နိုက်ထရိုက် (GaN)

နည်းပညာမောင်းနှင်သူများ

စွမ်းအင်တော်လှန်ရေး- လျှပ်စစ်ယာဉ်များနှင့် ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်ကွန်ရက်ပေါင်းစပ်မှုသည် ပိုမိုထိရောက်သော စွမ်းအင်ကိရိယာများကို လိုအပ်ပါသည်။

မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းလိုအပ်ချက်များ- 5G ဆက်သွယ်ရေးနှင့် ရေဒါစနစ်များသည် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းနှင့် ပါဝါသိပ်သည်းဆလိုအပ်သည်။

အလွန်အမင်းပတ်ဝန်းကျင်များ- အာကာသနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး မော်တာအသုံးချမှုများသည် 200°C ထက်ကျော်လွန်သော အပူချိန်ကို ခံနိုင်ရည်ရှိသော ပစ္စည်းများ လိုအပ်ပါသည်။

ပစ္စည်းဝိသေသလက္ခဏာများ

ကျယ်ပြန့်သော Bandgap အားသာချက်များ-

လီSiC: Bandgap 3.26 eV၊ ပြိုကွဲလျှပ်စစ်စက်ကွင်းအား ဆီလီကွန်ထက် 10 ဆ ပိုများပြီး 10kV ကျော် ဗို့အားများကို ခံနိုင်ရည်ရှိသည်။

လီGaN: Bandgap 3.4 eV၊ အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု 2200 cm²/(V·s)၊ မြင့်မားသော ကြိမ်နှုန်းစွမ်းဆောင်ရည်တွင် အထူးကောင်းမွန်သည်။

အပူစီမံခန့်ခွဲမှု:

SiC ၏ အပူစီးကူးနိုင်စွမ်းသည် 4.9 W/(cm·K) အထိ ရောက်ရှိပြီး ဆီလီကွန်ထက် သုံးဆ ပိုကောင်းသောကြောင့် ပါဝါမြင့် အသုံးချမှုများအတွက် အသင့်တော်ဆုံးဖြစ်သည်။

ပစ္စည်းဆိုင်ရာစိန်ခေါ်မှုများ

SiC: တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲ နှေးကွေးစွာ ကြီးထွားရန်အတွက် ၂၀၀၀°C အထက် အပူချိန် လိုအပ်ပြီး ဝေဖာ ချို့ယွင်းချက်များနှင့် ကုန်ကျစရိတ်များ ဖြစ်ပေါ်စေသည် (၆ လက်မ SiC ဝေဖာသည် ဆီလီကွန်ထက် ၂၀ ဆ ပိုစျေးကြီးသည်)။

GaN: သဘာဝအလွှာ မရှိခြင်း၊ sapphire၊ SiC သို့မဟုတ် silicon အလွှာများတွင် heteroepitaxy လိုအပ်ခြင်း၊ lattice mismatch ပြဿနာများ ဖြစ်ပေါ်စေခြင်း။

အဓိကအသုံးချမှုများ

ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ-

EV အင်ဗာတာများ (ဥပမာ၊ Tesla Model 3 သည် SiC MOSFETs များကို အသုံးပြုပြီး စွမ်းဆောင်ရည်ကို 5–10% မြှင့်တင်ပေးသည်။

အမြန်အားသွင်းစခန်းများ/အဒက်တာများ (GaN စက်ပစ္စည်းများသည် အရွယ်အစားကို ၅၀% လျှော့ချပေးစဉ် 100W+ အမြန်အားသွင်းနိုင်စေပါသည်။

RF ကိရိယာများ-

5G အခြေစိုက်စခန်း ပါဝါချဲ့စက်များ (GaN-on-SiC PA များသည် mmWave ကြိမ်နှုန်းများကို ပံ့ပိုးပေးသည်)။

စစ်ဘက်ရေဒါ (GaN သည် GaAs ၏ ပါဝါသိပ်သည်းဆ ၅ ဆ ပေးစွမ်းသည်)။

အော့ပတိုအီလက်ထရွန်းနစ်ပညာ-

UV LED များ (ပိုးသတ်ခြင်းနှင့် ရေအရည်အသွေး ထောက်လှမ်းခြင်းတွင် အသုံးပြုသော AlGaN ပစ္စည်းများ)။

စက်မှုလုပ်ငန်းအခြေအနေနှင့် အနာဂတ်အလားအလာ

SiC သည် မြင့်မားသောပါဝါဈေးကွက်ကို လွှမ်းမိုးထားပြီး မော်တော်ကားအဆင့် မော်ဂျူးများကို အစုလိုက်အပြုံလိုက် ထုတ်လုပ်နေပြီဖြစ်သော်လည်း ကုန်ကျစရိတ်များသည် အတားအဆီးတစ်ခုအဖြစ် ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။

GaN သည် စားသုံးသူအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ (အမြန်အားသွင်းခြင်း) နှင့် RF အသုံးချမှုများတွင် အလျင်အမြန်တိုးချဲ့နေပြီး ၈ လက်မဝေဖာများဆီသို့ ကူးပြောင်းနေပါသည်။

ဂယ်လီယမ်အောက်ဆိုဒ် (Ga₂O₃၊ bandgap 4.8eV) နှင့် စိန် (5.5eV) ကဲ့သို့သော ပေါ်ထွက်လာသော ပစ္စည်းများသည် ဗို့အားကန့်သတ်ချက်များကို 20kV ထက်ကျော်လွန်၍ တွန်းအားပေးသည့် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ၏ “စတုတ္ထမျိုးဆက်” ကို ဖွဲ့စည်းနိုင်သည်။

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း မျိုးဆက်များ၏ အတူယှဉ်တွဲတည်ရှိမှုနှင့် ပေါင်းစပ်လုပ်ဆောင်မှု

အစားထိုးခြင်းမဟုတ်ဘဲ ဖြည့်စွက်ခြင်း-

ဆီလီကွန်သည် ယုတ္တိဗေဒချစ်ပ်များနှင့် စားသုံးသူအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ (ကမ္ဘာ့တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းဈေးကွက်၏ 95%) တွင် လွှမ်းမိုးထားဆဲဖြစ်သည်။

GaAs နှင့် InP တို့သည် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းနှင့် optoelectronic နယ်ပယ်များတွင် အထူးပြုကြသည်။

SiC/GaN များသည် စွမ်းအင်နှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ အသုံးချမှုများတွင် မရှိမဖြစ် အစားထိုး၍မရပါ။

နည်းပညာပေါင်းစည်းမှု ဥပမာများ-

GaN-on-Si: မြန်ဆန်သောအားသွင်းခြင်းနှင့် RF အသုံးချမှုများအတွက် GaN ကို ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော ဆီလီကွန်အောက်ခံများနှင့် ပေါင်းစပ်ထားသည်။

SiC-IGBT hybrid မော်ဂျူးများ- grid conversion စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပါ။

အနာဂတ်ခေတ်ရေစီးကြောင်းများ-

မတူညီသောပေါင်းစပ်မှု- စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ကုန်ကျစရိတ်ကို ဟန်ချက်ညီစေရန်အတွက် တစ်ခုတည်းသောချစ်ပ်ပေါ်တွင် ပစ္စည်းများ (ဥပမာ Si + GaN) ကို ပေါင်းစပ်ခြင်း။

အလွန်ကျယ်ပြန့်သော bandgap ပစ္စည်းများ (ဥပမာ Ga₂O₃၊ စိန်) သည် အလွန်မြင့်မားသောဗို့အား (>20kV) နှင့် ကွမ်တမ်ကွန်ပျူတာအပလီကေးရှင်းများကို လုပ်ဆောင်နိုင်စေပါသည်။

ဆက်စပ်ထုတ်လုပ်မှု

GaAs လေဆာ epitaxial wafer ၄ လက်မ ၆ လက်မ

၁၂ လက်မ SIC အောက်ခံ ဆီလီကွန်ကာဗိုက် အဓိကအဆင့် အချင်း ၃၀၀ မီလီမီတာ၊ အရွယ်အစားကြီး 4H-N၊ ပါဝါမြင့် စက်ပစ္စည်း အပူပျံ့နှံ့စေရန်အတွက် သင့်လျော်သည်