ပထမမျိုးဆက် ဒုတိယမျိုးဆက် တတိယမျိုးဆက် ဆီမီးကွန်ဒတ်တာ ပစ္စည်းများ

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း ပစ္စည်းများသည် အသွင်ပြောင်းသော မျိုးဆက်သုံးဆင့်ဖြင့် ပြောင်းလဲတိုးတက်ခဲ့သည်။

1st Gen (Si/Ge) သည် ခေတ်မီအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ၏ အုတ်မြစ်ကို ချပေးခဲ့သည်။

2nd Gen (GaAs/InP) သည် သတင်းအချက်အလက်တော်လှန်ရေးကို အားကောင်းစေရန် optoelectronic နှင့် high-frequency အတားအဆီးများကို ကျော်ဖြတ်ခဲ့သည်။

3rd Gen (SiC/GaN) သည် ယခုအခါ စွမ်းအင်နှင့် လွန်ကဲသော ပတ်ဝန်းကျင်ဆိုင်ရာ စိန်ခေါ်မှုများကို ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းနေပြီဖြစ်ပြီး ကာဗွန်ကြားနေမှုနှင့် 6G ခေတ်ကို အသုံးပြုနိုင်ပြီဖြစ်သည်။

ဤတိုးတက်မှုသည် ဘက်စုံကျွမ်းကျင်မှုမှ ရုပ်ဝတ္ထုသိပ္ပံတွင် အထူးပြုခြင်းသို့ ပါရာဒိုင်းပြောင်းခြင်းကို ထင်ရှားစေသည်။

1. ပထမမျိုးဆက် Semiconductors- ဆီလီကွန် (Si) နှင့် Germanium (Ge)

သမိုင်းနောက်ခံ

1947 ခုနှစ်တွင် Bell Labs သည် semiconductor ခေတ်၏အရုဏ်ဦးကိုအမှတ်အသားပြုသောဂျာမီယမ်ထရန်စစ္စတာကိုတီထွင်ခဲ့သည်။ 1950 ခုနှစ်များတွင် ဆီလီကွန်သည် ၎င်း၏ တည်ငြိမ်သော အောက်ဆိုဒ်အလွှာ (SiO₂) နှင့် ပေါများသော သဘာဝ အရန်များ ကြောင့် ပေါင်းစပ်ဆားကစ်များ (ICs) ၏ အခြေခံအုတ်မြစ်အဖြစ် ဂျာမနီယမ်ကို တဖြည်းဖြည်း အစားထိုးခဲ့သည်။

ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများ

ⅠBandgap-

ဂျာမီယမ်- 0.67eV (ကျဉ်းမြောင်းသော ကြိုးဝိုင်းကွာဟမှု၊ ယိုစိမ့်မှုဖြစ်နိုင်ခြေရှိသော၊ အပူချိန်မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်)။

ဆီလီကွန်- 1.12eV (ယုတ္တိဗေဒပတ်လမ်းများအတွက် သင့်လျော်သော်လည်း သွယ်ဝိုက်သော ပတ်တီးဝိုင်းကွာဟမှု)။

Ⅱ၊Silicon ၏အားသာချက်များ

သဘာဝအတိုင်း အရည်အသွေးမြင့် အောက်ဆိုဒ် (SiO₂) သည် MOSFET ကို ဖန်တီးထုတ်လုပ်နိုင်သည် ။

ကုန်ကျစရိတ်သက်သာပြီး မြေကြီးပေါများခြင်း (အပေါ်ယံလွှာဖွဲ့စည်းမှု၏ ~ 28%)။

Ⅲ၊ကန့်သတ်ချက်များ-

နိမ့်သောအီလက်ထရွန်ရွေ့လျားနိုင်မှု (1500 cm²/(V·s) သာ)၊ ကြိမ်နှုန်းမြင့်စွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။

အားနည်းသော ဗို့အား/အပူချိန် ခံနိုင်ရည်ရှိမှု (အမြင့်ဆုံး လည်ပတ်မှုအပူချိန် ~150°C)။

အဓိက အသုံးချမှုများ

Ⅰ၊Integrated Circuits (IC များ)-

CPU များ၊ မန်မိုရီချစ်ပ်များ (ဥပမာ၊ DRAM၊ NAND) သည် မြင့်မားသောပေါင်းစပ်သိပ်သည်းဆအတွက် ဆီလီကွန်ကို အားကိုးသည်။

ဥပမာ- Intel ၏ 4004 (1971)၊ ပထမဆုံး စီးပွားရေးလုပ်ငန်းသုံး မိုက်ခရိုပရိုဆက်ဆာသည် 10μm ဆီလီကွန်နည်းပညာကို အသုံးပြုခဲ့သည်။

Ⅱ၊ပါဝါစက်များ-

အစောပိုင်း thyristors နှင့် low-voltage MOSFETs (ဥပမာ၊ PC power supply) များသည် ဆီလီကွန်အခြေခံထားသည်။

စိန်ခေါ်မှုများ နှင့် Obsolescence

ယိုစိမ့်မှု နှင့် အပူမတည်ငြိမ်မှုကြောင့် ဂျာမီယမ်သည် ရပ်တန့်သွားခဲ့သည်။ သို့သော်၊ optoelectronics နှင့် high-power applications များတွင် ဆီလီကွန်၏ ကန့်သတ်ချက်များသည် နောက်မျိုးဆက် semiconductors များ၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို လှုံ့ဆော်ပေးသည်။

2 ဒုတိယမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း- Gallium Arsenide (GaAs) နှင့် Indium Phosphide (InP)

ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနောက်ခံ

1970 မှ 1980 ခုနှစ်များအတွင်း မိုဘိုင်းဆက်သွယ်ရေး၊ optical fiber ကွန်ရက်များနှင့် ဂြိုလ်တုနည်းပညာကဲ့သို့သော ထွန်းသစ်စနယ်ပယ်များသည် ကြိမ်နှုန်းမြင့်ပြီး ထိရောက်သော optoelectronic ပစ္စည်းများအတွက် အလျင်အမြန် လိုအပ်ချက်ကို ဖန်တီးပေးခဲ့သည်။ ၎င်းသည် GaAs နှင့် InP ကဲ့သို့သော တိုက်ရိုက် bandgap semiconductors များ၏တိုးတက်မှုကို တွန်းအားပေးခဲ့သည်။

ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများ

Bandgap နှင့် Optoelectronic စွမ်းဆောင်ရည်-

GaAs- 1.42eV (တိုက်ရိုက် ပတ်တီးဝိုင်းကွာဟမှု၊ အလင်းထုတ်လွှတ်မှုကို လုပ်ဆောင်ပေးသည်—လေဆာ/LED များအတွက် စံပြ)။

InP: 1.34eV (လှိုင်းအလျားရှည်သော အသုံးချပရိုဂရမ်များအတွက် ပိုမိုကောင်းမွန်သော၊ ဥပမာ၊ 1550nm ဖိုက်ဘာအော်ပတစ် ဆက်သွယ်ရေး)။

အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု-

GaAs သည် 8500 cm²/(V·s)၊ ဆီလီကွန် (1500 cm²/(V·s)) ကို ကျော်လွန်၍ GHz အကွာအဝေး အချက်ပြလုပ်ဆောင်ခြင်းအတွက် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ထားသည်။

အားနည်းချက်များ

ဌကြွပ်ဆတ်သော အလွှာများ- ဆီလီကွန်ထက် ထုတ်လုပ်ရန် ပိုမိုခက်ခဲသည်။ GaAs wafer များသည် 10× ပိုကုန်ကျသည်။

ဌမူရင်းအောက်ဆိုဒ်မရှိပါ- ဆီလီကွန်၏ SiO₂ နှင့်မတူဘဲ GaAs/InP သည် တည်ငြိမ်သောအောက်ဆိုဒ်များမရှိ၍ သိပ်သည်းဆမြင့်သော IC ထုတ်လုပ်မှုကို ဟန့်တားသည်။

အဓိက အသုံးချမှုများ

ဌRF ရှေ့-စွန်းများ-

မိုဘိုင်းပါဝါအသံချဲ့စက်များ (PAs)၊ ဂြိုလ်တုအသံဖမ်းစက်များ (ဥပမာ၊ GaAs အခြေပြု HEMT ထရန်စစ္စတာများ)။

ဌOptoelectronics-

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

ဌအာကာသ ဆိုလာဆဲလ်များ

GaA ဆဲလ်များသည် 30% ထိရောက်မှုရရှိသည် (ဆီလီကွန်အတွက် ~ 20%)၊ ဂြိုလ်တုများအတွက် အရေးကြီးသည်။ 

ဌနည်းပညာဆိုင်ရာ ပိတ်ဆို့မှုများ

ကုန်ကျစရိတ်များသော GaAs/InP သည် လော့ဂျစ်ချစ်ပ်များတွင် ဆီလီကွန်၏လွှမ်းမိုးမှုကို ဖယ်ရှားခြင်းမှကာကွယ်ပေးသည့် ထိပ်တန်းအဆင့်မြင့်အက်ပ်လီကေးရှင်းများအဖြစ် ကန့်သတ်ထားသည်။

တတိယမျိုးဆက် Semiconductors (Wide-Bandgap Semiconductors)- Silicon Carbide (SiC) နှင့် Gallium Nitride (GaN)

နည်းပညာ ယာဉ်မောင်းများ

စွမ်းအင်တော်လှန်ရေး- လျှပ်စစ်ကားများနှင့် ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်လိုင်း ပေါင်းစပ်မှုသည် ပိုမိုထိရောက်သော ပါဝါစက်ပစ္စည်းများကို တောင်းဆိုပါသည်။

ကြိမ်နှုန်းမြင့်သော လိုအပ်ချက်များ- 5G ဆက်သွယ်ရေးနှင့် ရေဒါစနစ်များသည် ပိုမိုမြင့်မားသော ကြိမ်နှုန်းများနှင့် ပါဝါသိပ်သည်းဆ လိုအပ်ပါသည်။

လွန်ကဲသောပတ်ဝန်းကျင်များ- အာကာသယာဉ်နှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး မော်တာအသုံးချပရိုဂရမ်များသည် အပူချိန် 200°C ထက်ကျော်လွန်သော အပူချိန်ကို ခံနိုင်ရည်ရှိရန် လိုအပ်ပါသည်။

ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာလက္ခဏာများ

ကျယ်ပြန့်သော Bandgap အားသာချက်များ

ဌSiC- 3.26eV ၏ Bandgap၊ ဆီလီကွန်၏ 10× လျှပ်စစ်စက်ကွင်းအား ဖြိုခွဲနိုင်သည်၊ ဗို့အား 10kV အထက်ခံနိုင်ရည်ရှိသည်။

ဌGaN- 3.4eV ၏ Bandgap၊ အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု 2200 cm²/(V·s)၊ ကြိမ်နှုန်းမြင့်သော စွမ်းဆောင်ရည်တွင် ထူးချွန်သည်။

အပူပိုင်းစီမံခန့်ခွဲမှု-

SiC ၏ thermal conductivity သည် 4.9 W/(cm·K) သို့ရောက်ရှိပြီး ဆီလီကွန်ထက် သုံးဆပိုကောင်းသောကြောင့် ပါဝါမြင့်သော application များအတွက် အကောင်းဆုံးဖြစ်သည်။

ပစ္စည်းစိန်ခေါ်မှုများ

SiC- ဖန်သားပြင်တစ်ခုတည်း ကြီးထွားမှုနှေးကွေးခြင်းသည် အပူချိန် 2000°C အထက်တွင် လိုအပ်ပြီး wafer ချို့ယွင်းချက်များနှင့် ကုန်ကျစရိတ်မြင့်မားခြင်း (၆လက်မ SiC wafer သည် ဆီလီကွန်ထက် 20× ပိုစျေးကြီးသည်)။

GaN- မကြာခဏဆိုသလို နီလာ၊ SiC သို့မဟုတ် ဆီလီကွန် အလွှာများတွင် ရောနှောရန် လိုအပ်သော သဘာဝအလွှာတစ်ခု ချို့တဲ့သဖြင့် ရာဇမတ်ကွက်များ မညီမညွတ် ပြဿနာများ ဖြစ်ပေါ်စေသည်။

အဓိက အသုံးချမှုများ

ပါဝါအီလက်ထရောနစ်

EV အင်ဗာတာများ (ဥပမာ၊ Tesla Model 3 သည် SiC MOSFETs ကို အသုံးပြု၍ စွမ်းဆောင်ရည် 5-10%) တိုးတက်စေသည်။

အမြန်အားသွင်းစခန်းများ/အဒက်ပတာများ (GaN ကိရိယာများသည် အရွယ်အစားကို 50%) လျှော့ချစေပြီး 100W+ အမြန်အားသွင်းမှုကို ဖွင့်ပေးသည်။

RF စက်များ-

5G အခြေစိုက်စခန်းပါဝါအမ်ပလီယာများ (GaN-on-SiC PAs များသည် mmWave ကြိမ်နှုန်းများကို ပံ့ပိုးသည်)။

စစ်ရေဒါ (GaN သည် GaAs ၏ ပါဝါသိပ်သည်းဆ 5× ကို ပေးသည်)။

Optoelectronics-

UV LED များ (ပိုးသတ်ခြင်းနှင့် ရေအရည်အသွေးသိရှိခြင်းတွင် အသုံးပြုသော AlGaN ပစ္စည်းများ)။

လုပ်ငန်းအခြေအနေနှင့် အနာဂတ်အလားအလာ

SiC သည် ကုန်ကျစရိတ် အတားအဆီးတစ်ခုအဖြစ် ရှိနေသော်လည်း မော်တော်ကားအဆင့်ရှိ မော်တော်ကားများ အမြောက်အမြား ထုတ်လုပ်ထားပြီးဖြစ်သည့် ပါဝါမြင့်မားသော စျေးကွက်ကို လွှမ်းမိုးထားသည်။

GaN သည် လူသုံးအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ (အမြန်အားသွင်းခြင်း) နှင့် RF အပလီကေးရှင်းများတွင် လျင်မြန်စွာ တိုးချဲ့နေပြီး 8 လက်မ wafers များဆီသို့ ကူးပြောင်းနေသည်။

ဂယ်လီယမ်အောက်ဆိုဒ် (Ga₂O₃၊ bandgap 4.8eV) နှင့် စိန် (5.5eV) ကဲ့သို့သော ထွန်းသစ်စပစ္စည်းများသည် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ “စတုတ္ထမျိုးဆက်” အဖြစ် ဖြစ်ပေါ်လာနိုင်ပြီး ဗို့အားကန့်သတ်ချက် 20kV ကိုကျော်လွန်သွားပါသည်။

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း မျိုးဆက်များ၏ ပေါင်းစပ်တည်ရှိမှုနှင့် ပေါင်းစပ်မှု

ဖြည့်စွက်မှု ၊ အစားထိုးခြင်းမဟုတ်

ဆီလီကွန်သည် လော့ဂျစ်ချစ်ပ်များနှင့် လူသုံးအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ (ကမ္ဘာ့တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းဈေးကွက်၏ 95%) တွင် လွှမ်းမိုးထားသည်။

GaAs နှင့် InP သည် ကြိမ်နှုန်းမြင့်ပြီး optoelectronic niches များတွင် အထူးပြုပါသည်။

SiC/GaN သည် စွမ်းအင်နှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းသုံးများတွင် အစားထိုး၍မရပါ။

နည်းပညာပေါင်းစည်းမှု ဥပမာများ-

GaN-on-Si- GaN အား အမြန်အားသွင်းခြင်းနှင့် RF အပလီကေးရှင်းများအတွက် ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော ဆီလီကွန်အလွှာများနှင့် ပေါင်းစပ်ထားသည်။

SiC-IGBT ပေါင်းစပ် မော်ဂျူးများ- ဇယားကွက်ပြောင်းလဲခြင်း စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပါ။

အနာဂတ်ရေစီးကြောင်းများ-

ကွဲပြားသောပေါင်းစပ်မှု- စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ကုန်ကျစရိတ်ကို ဟန်ချက်ညီစေရန် ချစ်ပ်တစ်ခုတည်းတွင် ပစ္စည်းများ (ဥပမာ Si + GaN) ပေါင်းစပ်ခြင်း။

အလွန်ကျယ်ပြန့်သော bandgap ပစ္စည်းများ (ဥပမာ၊ Ga₂O₃၊ စိန်) သည် အလွန်ဗို့အားမြင့် (>20kV) နှင့် ကွမ်တမ် ကွန်ပြူတာအက်ပ်များကို ဖွင့်ပေးနိုင်ပါသည်။

ဆက်စပ်ထုတ်လုပ်မှု

GaAs လေဆာ epitaxial wafer 4 လက်မ 6 လက်မ

12 လက်မ SIC အလွှာ စီလီကွန်ကာဘိုင် အချင်း 300 မီလီမီတာ အရွယ်အစား ကြီးမားသော 4H-N ပါဝါ မြင့်မားသော ကိရိယာ အပူကို စွန့်ထုတ်ရန် သင့်လျော်သည်။