بعد قانون مور، تصل تكنولوجيا مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث إلى ذروتها  
     
منذ بداية القرن الحادي والعشرين، أدى ظهور تطبيقات جديدة كالذكاء الاصطناعي، وشبكات الجيل الخامس، والقيادة الذاتية، إلى رفع متطلبات أداء الرقائق الإلكترونية. كما حفز هذا التطور الابتكار المستمر في عمليات تصنيع أشباه الموصلات والمواد الجديدة. وباعتبارها الجيل الثالث من تقنيات مواد أشباه الموصلات التي قد تتجاوز قانون مور، فقد بلغت هذه التقنيات ذروتها.

تُعرف مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، أو أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة، بأنها مواد تتميز بفجوة نطاق كبيرة (Eg ≥ ​​2.3 eV). ويُعدّ كلٌّ من كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) من المواد الشائعة، بالإضافة إلى أكسيد الزنك (ZnO) والماس ونيتريد الألومنيوم (AlN) من المواد غير الشائعة، من أبرز ممثلي تكنولوجيا أشباه الموصلات من الجيل الثالث. وبالمقارنة مع مواد أشباه الموصلات من الجيلين الأول والثاني، تتميز أشباه موصلات الجيل الثالث، إلى جانب فجوة الطاقة الأوسع، بقوة مجال انهيار ممتازة، وموصلية حرارية عالية، ومعدل تشبع إلكتروني مرتفع، ومقاومة عالية للإشعاع. وتتمتع هذه المواد بمزايا في تصنيع الأجهزة عالية الحرارة والتردد ومقاومة الإشعاع وعالية الطاقة، مما يُلبي الحاجة المُلحة لأنظمة تحويل طاقة أكثر كفاءة. وفقًا لتقرير أومديا "2020 SiC و GaN Power Semiconductor Report"، من المتوقع أن تصل إيرادات المبيعات العالمية لأشباه موصلات الطاقة SiC و GaN إلى 854 مليون دولار أمريكي بحلول نهاية عام 2020. وستحقق معدلات نمو سنوية مكونة من رقمين على مدى السنوات العشر القادمة وستتجاوز 5 مليارات دولار أمريكي بحلول عام 2029.

أتاحت العديد من التطبيقات الجديدة، مثل المركبات الكهربائية وشبكات الجيل الخامس والبيانات الضخمة، فرصًا واعدة لتطوير مواد أشباه الموصلات. ففي تطبيقات مثل مراكز البيانات التي تستهلك كميات هائلة من الطاقة، وأجهزة الشحن المختلفة، ومحولات محركات الجر للمركبات الكهربائية التي ستحل محل محركات الاحتراق الداخلي، ستساهم التحسينات في كفاءة الطاقة في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن استهلاك الطاقة التقليدي، كالنفط والفحم. كما تُعزز المواد الجديدة التوسع في استخدام الطاقة المتجددة. فعلى سبيل المثال، يمكن لأشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة أن تزيد من كفاءة توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

 

من جهة أخرى، مع انتشار وتطبيق إنترنت الأشياء (IoT) القائم على تقنية الجيل الخامس (5G)، بات مفهوم إنترنت كل شيء شائعًا على نطاق واسع، حيث بات بإمكان مليارات المستخدمين والآلات والأجهزة تبادل كميات هائلة من البيانات والصور عالية الدقة ومقاطع الفيديو عالية الوضوح في الوقت الفعلي. وستتحول الجراحة عن بُعد والسيارات ذاتية القيادة وتوصيل الطرود بواسطة الطائرات المسيّرة، وغيرها من التطبيقات الطموحة، من مجرد أفكار إلى واقع ملموس. وإلى جانب الاستفادة من الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، فإن هذه التطورات لا تنفصل أيضًا عن المواد الجديدة ذات الأداء العالي في المعالجة وعرض النطاق الترددي الأوسع وزمن الاستجابة الأقصر.

تُعد شركة ST رائدة في مجال الابتكار، حيث تقوم بنشاط بنشر تطبيقات تكنولوجيا أشباه الموصلات من الجيل الثالث.  
     
في أوائل التسعينيات، بدأت شركة ST بتطوير وإطلاق ترانزستورات وثنائيات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) انطلاقًا من رقائق السيليكون بحجم بوصتين. وبعد سنوات من الاستثمار طويل الأجل، حصلت ST على براءات اختراع رئيسية لعمليات التصنيع الأساسية ذات الصلة. وسواء تعلق الأمر بالطبقات فوق المحورية، أو تصميم إنهاء الحواف، أو طبقات أكسيد البوابة، فقد لعبت خبرة ST في تصنيع الترانزستورات والثنائيات عالية الجهد دورًا هامًا في مساعدة الشركة على الريادة في تطوير كربيد السيليكون بنجاح.استغلت شركة ST هذا الزخم لتصبح مورداً رئيسياً لمادة كربيد السيليكون في صناعة السيارات الكهربائية الناشئة.تُستخدم منتجات كربيد السيليكون (SiC) من شركة ST بشكل أساسي في شحن المركبات الكهربائية، والمحولات الرئيسية، ومحولات التيار المستمر، والمحركات الصناعية، والخلايا الكهروضوئية، وغيرها من التطبيقات. وفي الوقت نفسه، تلتزم ST بتطوير أجهزة نيتريد الغاليوم (GaN) لتطبيقات مثل محطات الجيل الخامس (5G) وأبراج الاتصالات، ومفاتيح الطاقة، والإلكترونيات الاستهلاكية، والشواحن الصناعية، ومحولات الطاقة. ويجري حاليًا تصميم منتجات الترددات اللاسلكية المصنوعة من نيتريد الغاليوم على السيليكون (GaN-on-silicon RF)، مما سيمكن ST من توسيع نطاق منتجاتها.  
فيما يتعلق بترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، تعمل شركة ST على إنشاء سلسلة توريد مستقرة: فقد أدى الاستحواذ الناجح على شركة Norstel AB السويدية إلى إتمام التكامل الرأسي الكامل لسلسلة التوريد، وتوقيع اتفاقيات طويلة الأجل لتوريد الرقائق مع شركتي Cree وSiCrystal، بالإضافة إلى مواصلة توسيع طاقتها الإنتاجية.تستفيد شركة ST من نجاحها في مجال كربيد السيليكون (SiC).استمر في مجال GaN، وتنفيذ سلسلة من التعاون مع الجهات الفاعلة في سلسلة الصناعة: الاستحواذ على حصة أغلبية في شركة Exagan المبتكرة في مجال نتريد الغاليوم، واعتماد عملية تصنيع نتريد الغاليوم الرائدة في الصناعة من TSMC، والتعاون مع Leti لتطوير تقنية تحويل الطاقة القائمة على نتريد الغاليوم باستخدام السيليكون، والعمل مع MACOM لزيادة قدرة إنتاج نتريد الغاليوم القائم على السيليكون، وما إلى ذلك.          إطلاق منصة ST masterGaN®: بداية عصر شحن GaN أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأسرع  
     
يستمر اتجاه تصغير مصادر الطاقة منذ عقود، ومن المتوقع أن يستمر في تمكين تطبيقات سوقية جديدة. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ رفع كثافة الطاقة عاملاً أساسياً لتحسين كفاءة الطاقة، وهو أيضاً معيارٌ يُوليه المصممون أهميةً بالغة. مع ذلك، لا تزال هناك قيود تقنية كبيرة تعيق الوصول إلى حلول طاقة أكثر كفاءةً وصغراً.  
تُحدث تقنية ترانزستورات GaN عالية الحركة الإلكترونية ثورةً في عالم هندسة الطاقة، باعتبارها موجةً جديدةً من الابتكار. إذ تتجاوز ترانزستورات GaN ذات التأثير الحقلي (FET) قيود الأداء التي تفرضها حلول الطاقة التقليدية القائمة على السيليكون، مما يتيح سرعةً وكفاءةً وكثافة طاقة أعلى لم تحققها ترانزستورات MOSFET القائمة على السيليكون من قبل، ويفتح آفاقًا جديدةً لأسواق التطبيقات. وبصفتها شركةً رائدةً في سوق تحويل الطاقة لعقود، تستفيد ST من خبرتها التقنية الفريدة ومعرفتها العميقة بالأنظمة لمواكبة هذه الموجة الجديدة من الابتكار، وتواصل إطلاق منتجات وحلول جديدة لتغطية نطاق أوسع من تطبيقات السوق.  
أطلقت شركة ST مؤخرًا أول منصة منتجات في العالم باسم masterGaN®، والتي تدمج شريحة تشغيل نصف جسر مصنوعة من السيليكون مع زوج من ترانزستورات GaN. سيساهم هذا الحل المتكامل في تسريع تطوير الجيل القادم من أجهزة الشحن ومحولات الطاقة خفيفة الوزن والموفرة للطاقة بقدرة أقل من 400 واط، والمخصصة للإلكترونيات الاستهلاكية والتطبيقات الصناعية.  
   
تتيح تقنية GaN للأجهزة الإلكترونية معالجةمزيد من الطاقةبينما يصبح الجهاز نفسهأصغر حجماً، وأخف وزناً، وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، ستؤدي هذه التحسينات إلى تحويل أجهزة الشحن فائقة السرعة وأجهزة الشحن اللاسلكية للهواتف الذكية، ومحولات USB-PD المدمجة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية ووحدات التحكم في الألعاب، بالإضافة إلى التطبيقات الصناعية مثل أنظمة تخزين الطاقة الشمسية، ووحدات تزويد الطاقة غير المنقطعة، أو أجهزة تلفزيون OLED المتطورة وخوادم الحوسبة السحابية.   
في سوق تقنية نيتريد الغاليوم (GaN) اليوم، تُستخدم ترانزستورات الطاقة المنفصلة ودوائر القيادة المتكاملة بشكل شائع، مما يتطلب من المصممين تعلم كيفية دمجها معًا لتحقيق الأداء الأمثل. يتجاوز حل masterGaN من STMicroelectronics هذا التحدي، مما يُسرّع طرح المنتج في السوق ويحقق الأداء المتوقع مع تصغير حجم العبوة وتبسيطها، باستخدام عدد أقل من مكونات الدائرة وزيادة موثوقية النظام. وبفضل الاستفادة من مزايا تقنية نيتريد الغاليوم ومنتجات STMicroelectronics المتكاملة، تُعدّ أجهزة الشحن والمحولات التي تستخدم هذه المنتجات الجديدة أكثر كفاءة من الحلول التقليدية القائمة على السيليكون.تقليل الحجم بنسبة 80%، وتقليل الوزن بنسبة 70%، وزيادة سرعة الشحن بمقدار الضعف.  
   
      المزايا الفريدة لمنصة منتجات ماستر غان  
     
قال ماتيو لو بريستي، نائب الرئيس التنفيذي والمدير العام لقسم المنتجات التناظرية في شركة STMicroelectronics: "تعتمد منصة منتجات masterGaN الفريدة من نوعها لشركة ST على خبرتنا المثبتة في السوق وقدراتنا التصميمية، حيث تدمج عملية BCD الذكية عالية الجهد وتقنية GaN، مما يمكن أن يسرع من تطوير المنتجات الموفرة للمساحة والموفرة للطاقة والصديقة للبيئة."
 

يُعدّ masterGaN1 أول منتج من منصة masterGaN التابعة لشركة STMicroelectronics، حيث يدمج ترانزستورين طاقة من نوع GaN بتكوين نصف جسر، بالإضافة إلى رقائق تشغيل عالية ومنخفضة الجهد. يأتي masterGaN1 في عبوة GQFN بحجم 9 مم × 9 مم وسماكة 1 مم فقط، وهو الآن قيد الإنتاج بكميات كبيرة. إضافةً إلى ذلك، توفر STMicroelectronics لوحة تقييم للمنتج لمساعدة العملاء على البدء السريع في مشاريع منتجات الطاقة.

تنويه: هذه المقالة مُعاد نشرها من "STMicroelectronics China". لا تُمثل هذه المقالة سوى وجهة نظر الكاتب الشخصية، ولا تُمثل آراء شركة Sacco Micro أو قطاع الصناعة. يُقصد بإعادة نشرها ومشاركتها دعمًا لحماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والكاتب عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن