فراتر از قانون مور، فناوری مواد نیمه‌هادی نسل سوم به اوج خود می‌رسد  
     
از آغاز قرن بیست و یکم، ظهور کاربردهای جدید مانند هوش مصنوعی، 5G و رانندگی خودکار، الزامات بالاتری را برای عملکرد تراشه مطرح کرده است. همچنین نوآوری مداوم در فرآیندهای تولید نیمه‌هادی و مواد جدید را ارتقا داده است. به عنوان نسل سوم فناوری‌های مواد نیمه‌هادی که ممکن است از قانون مور پیشی بگیرند، آنها به نقطه عطف خود رسیده‌اند.

مواد نیمه‌هادی نسل سوم، که با نام نیمه‌هادی‌های با شکاف باند وسیع نیز شناخته می‌شوند، آن دسته از مواد نیمه‌هادی با پهنای شکاف باند بزرگ (Eg≥2.3 eV) هستند. کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیوم (GaN) رایج و همچنین اکسید روی (ZnO)، الماس و نیترید آلومینیوم (AlN) غیر رایج، نمایندگان اصلی فناوری نیمه‌هادی نسل سوم هستند. در مقایسه با مواد نیمه‌هادی نسل اول و دوم، علاوه بر شکاف انرژی وسیع‌تر، نیمه‌هادی‌های نسل سوم همچنین دارای قدرت میدان شکست عالی، رسانایی حرارتی، نرخ اشباع الکترونی و مقاومت در برابر تابش هستند. آنها در ساخت دستگاه‌های دما بالا، فرکانس بالا، مقاوم در برابر تابش و توان بالا مزایایی دارند و می‌توانند نیاز فوری به سیستم‌های تبدیل انرژی با راندمان انرژی بالاتر را برآورده کنند. طبق «گزارش نیمه‌رسانای قدرت SiC و GaN در سال ۲۰۲۰» که توسط Omdia منتشر شده است، انتظار می‌رود درآمد فروش جهانی نیمه‌رساناهای قدرت SiC و GaN تا پایان سال ۲۰۲۰ به ۸۵۴ میلیون دلار آمریکا برسد. این رقم طی ده سال آینده به نرخ رشد سالانه دو رقمی دست خواهد یافت و تا سال ۲۰۲۹ از ۵ میلیارد دلار آمریکا فراتر خواهد رفت.

بسیاری از کاربردهای جدید مانند وسایل نقلیه الکتریکی، 5G و کلان‌داده، فرصت‌های توسعه‌ای را برای مواد نیمه‌رسانا به ارمغان آورده‌اند. در کاربردهایی مانند مراکز داده پرمصرف، شارژرهای مختلف و اینورترهای موتور کششی برای وسایل نقلیه الکتریکی که در شرف جایگزینی موتورهای احتراق داخلی هستند، بهبود در بهره‌وری انرژی، دی‌اکسید کربن تولید شده توسط مصرف انرژی سنتی مانند نفت و زغال سنگ را کاهش می‌دهد. مواد جدید همچنین کاربرد گسترده انرژی‌های تجدیدپذیر را ارتقا می‌دهند. به عنوان مثال، نیمه‌رساناهای قدرت با شکاف باند وسیع می‌توانند تولید انرژی خورشیدی و بادی را کارآمدتر کنند.

 

از سوی دیگر، با استقرار و کاربرد اینترنت اشیا (IoT) مبتنی بر 5G، اینترنت همه چیز در مقیاس وسیع محبوب می‌شود و میلیاردها کاربر، ماشین و دستگاه می‌توانند حجم زیادی از داده‌ها، تصاویر با وضوح بالا و جریان‌های ویدیویی با کیفیت بالا را به صورت بلادرنگ به اشتراک بگذارند. جراحی از راه دور، خودروهای خودران، تحویل با پهپاد و بسیاری از کاربردهای چالش‌برانگیز دیگر، از مفهوم تا واقعیت به واقعیت تبدیل خواهند شد. این پیشرفت‌ها علاوه بر بهره‌مندی از هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی، از مواد جدید با عملکرد پردازشی بالاتر، پهنای باند بالاتر و تأخیر کوتاه نیز جدایی‌ناپذیر هستند.

ST با رهبری نوآوری، به طور فعال از کاربردهای فناوری نیمه‌هادی نسل سوم استفاده می‌کند.  
     
در اوایل دهه 1990، ST ترانزیستورها و دیودهای SiC MOSFET را از ویفرهای 2 اینچی توسعه و عرضه کرده است. پس از سال‌ها سرمایه‌گذاری بلندمدت، ST حق ثبت اختراعات کلیدی را برای فرآیندهای تولید هسته مرتبط به دست آورده است. چه لایه‌های اپیتاکسیال، طراحی لبه انتهایی یا لایه‌های اکسید گیت باشد، تخصص ST در تولید ترانزیستور و دیود ولتاژ بالا نقش مهمی در کمک به ST برای رهبری موفقیت‌آمیز در توسعه SiC داشته است. اکنونشرکت ST با بهره‌گیری از این موقعیت، به یکی از تأمین‌کنندگان کلیدی SiC در صنعت نوظهور خودروهای الکتریکی (EV) تبدیل شده است.محصولات SiC شرکت ST عمدتاً در شارژ داخلی خودروهای الکتریکی، اینورترهای اصلی، مبدل‌های DC-DC، درایوهای صنعتی، فتوولتائیک‌ها و سایر کاربردها استفاده می‌شوند. در عین حال، ST همچنان متعهد به توسعه دستگاه‌های GaN برای کاربردهایی مانند ایستگاه‌های پایه 5G و دکل‌های ارتباطی، سوئیچ‌های برق، لوازم الکترونیکی مصرفی و شارژرها و آداپتورهای برق صنعتی است. محصولات RF GaN-on-silicon در حال حاضر در حال طراحی هستند که ST را قادر می‌سازد تا سبد محصولات خود را به حداکثر برساند.  
در زمینه SiC MOSFET، ST در حال ایجاد یک زنجیره تأمین پایدار است: خرید موفقیت‌آمیز Norstel AB سوئد، یکپارچه‌سازی کامل زنجیره تأمین عمودی را تکمیل کرد، قراردادهای تأمین ویفر بلندمدت را با Cree و SiCrystal امضا کرد و همچنین به گسترش ظرفیت تولید خود ادامه داد. اکنون،ST بر اساس موفقیت SiC خود در حال پیشرفت استادامه به میدان GaNو به طور فعال مجموعه‌ای از همکاری‌ها را با بخش‌های بالادستی و پایین‌دستی زنجیره صنعت انجام می‌دهد: خرید سهام اکثریت در شرکت نوآور گالیوم نیترید اگزاگان، اتخاذ فرآیند تولید GaN پیشرو در صنعت TSMC، همکاری با لتی برای توسعه فناوری تبدیل انرژی گالیوم نیترید مبتنی بر سیلیکون، همکاری با MACOM برای افزایش ظرفیت تولید GaN مبتنی بر سیلیکون و غیره.          راه‌اندازی پلتفرم ST masterGaN®: آغاز دوران شارژ GaN کوچک‌تر، سبک‌تر و سریع‌تر  
     
روند کوچک‌سازی منابع تغذیه دهه‌هاست که ادامه دارد و انتظار می‌رود که برای فعال کردن کاربردهای جدید در بازار ادامه یابد. علاوه بر این، افزایش چگالی توان، کلید بهبود بهره‌وری انرژی است و همچنین پارامتری است که طراحان به آن اهمیت زیادی می‌دهند. با این حال، هنوز محدودیت‌های فنی عمده‌ای در چگونگی دستیابی به راه‌حل‌های برق فشرده‌تر و کارآمدتر وجود دارد.  
فناوری ترانزیستورهای GaN با تحرک الکترونی بالا، به عنوان موج جدیدی از نوآوری، دنیای مهندسی برق را متحول می‌کند. ترانزیستورهای GaN Power FET محدودیت‌های عملکرد راه‌حل‌های برق مبتنی بر سیلیکون معمولی را از بین می‌برند و سرعت بالا، راندمان بالا و چگالی توان بالاتری را که MOSFETهای مبتنی بر سیلیکون هرگز به آن دست نیافته‌اند، ممکن می‌سازند و بازارهای کاربردی جدیدی را توانمند می‌سازند. ST به عنوان یک رهبر و پیشگام در بازار تبدیل برق برای دهه‌ها، از تجربه فنی بی‌نظیر و تخصص سیستمی خود برای سوار شدن بر این موج جدید نوآوری و عرضه مداوم محصولات و راه‌حل‌های جدید برای پوشش طیف وسیع‌تری از کاربردهای بازار استفاده می‌کند.  
اخیراً، ST اولین پلتفرم محصول جهان masterGaN® را عرضه کرده است که یک تراشه درایور نیم پل مبتنی بر سیلیکون و یک جفت ترانزیستور GaN را در خود جای داده است. این راهکار یکپارچه به تسریع توسعه نسل بعدی شارژرها و آداپتورهای برق سبک و کم‌مصرف زیر ۴۰۰ وات برای لوازم الکترونیکی مصرفی و کاربردهای صنعتی کمک خواهد کرد.  
   
فناوری GaN دستگاه‌های الکترونیکی را قادر می‌سازد تا پردازشقدرت بیشتر، در حالی که خود دستگاه تبدیل می‌شودکوچک‌تر، سبک‌تر و با بهره‌وری انرژی بیشتراین پیشرفت‌ها، شارژرهای فوق سریع و شارژرهای بی‌سیم برای گوشی‌های هوشمند، آداپتورهای جمع‌وجور USB-PD برای رایانه‌های شخصی و کنسول‌های بازی و همچنین کاربردهای صنعتی مانند سیستم‌های ذخیره انرژی خورشیدی، منابع تغذیه بدون وقفه یا تلویزیون‌های OLED رده بالا و سرورهای ابری را متحول خواهند کرد.   
در بازار امروزی GaN، اغلب از ترانزیستورهای قدرت مجزا و آی‌سی‌های درایور استفاده می‌شود که مستلزم آن است که طراحان یاد بگیرند چگونه آنها را برای دستیابی به عملکرد بهینه با هم کار کنند. راهکار masterGaN شرکت STMicroelectronics این چالش را دور می‌زند، زمان عرضه به بازار را کوتاه می‌کند و به عملکرد مورد انتظار دست می‌یابد، در حالی که بسته را کوچک‌تر و ساده‌تر می‌کند، با اجزای مدار کمتر و قابلیت اطمینان سیستم بالاتر. با بهره‌گیری از مزایای فناوری GaN و محصولات یکپارچه STMicroelectronics، شارژرها و آداپتورهایی که از محصولات جدید استفاده می‌کنند، نسبت به راهکارهای مبتنی بر سیلیکون معمولی کارآمدتر هستند.کاهش اندازه تا ۸۰٪، کاهش وزن تا ۷۰٪ و افزایش سرعت شارژ تا ۲ برابر.  
   
      مزایای منحصر به فرد پلتفرم محصول masterGaN  
     
ماتئو لو پرستی، معاون اجرایی رئیس و مدیر کل بخش محصولات آنالوگ شرکت STMicroelectronics، گفت: «پلتفرم منحصر به فرد محصول masterGaN شرکت ST مبتنی بر تخصص و قابلیت‌های طراحی اثبات‌شده ما در بازار است که فرآیند BCD هوشمند ولتاژ بالا و فناوری GaN را ادغام می‌کند و می‌تواند توسعه محصولات کم‌مصرف، کم‌مصرف و سازگار با محیط زیست را تسریع کند.»
 

masterGaN1 اولین محصول پلتفرم masterGaN شرکت STMicroelectronics است که دو ترانزیستور قدرت GaN با پیکربندی نیم پل و تراشه‌های درایور سمت بالا و پایین را در خود جای داده است. masterGaN1 در یک بسته GQFN با ابعاد 9 میلی‌متر در 9 میلی‌متر و ضخامت تنها 1 میلی‌متر بسته‌بندی شده و اکنون در حال تولید انبوه است. علاوه بر این، STMicroelectronics یک برد ارزیابی محصول نیز ارائه می‌دهد تا به مشتریان در شروع سریع پروژه‌های محصولات قدرت کمک کند.

سلب مسئولیت: این مقاله از "STMicroelectronics China" بازنشر شده است. این مقاله فقط بیانگر دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و بیانگر دیدگاه‌های Sacco Micro و صنعت نیست. این مقاله فقط برای چاپ مجدد و به اشتراک گذاری جهت حمایت از حفاظت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً منبع اصلی و نویسنده را برای چاپ مجدد ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن