मूर के नियम से परे, तीसरी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री प्रौद्योगिकी अपने चरम पर पहुंच गई है।  
     
21वीं सदी की शुरुआत से ही, कृत्रिम बुद्धिमत्ता, 5G और स्वायत्त ड्राइविंग जैसे नए अनुप्रयोगों के उदय ने चिप प्रदर्शन के लिए उच्चतर आवश्यकताएँ उत्पन्न की हैं। इसने अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाओं और नई सामग्रियों में निरंतर नवाचार को भी बढ़ावा दिया है। अर्धचालक सामग्री प्रौद्योगिकियों की तीसरी पीढ़ी, जो मूर के नियम को पार कर सकती है, अपने चरम पर पहुँच चुकी है।

तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थ, जिन्हें वाइड बैंडगैप अर्धचालक भी कहा जाता है, वे अर्धचालक पदार्थ हैं जिनका बैंडगैप चौड़ाई (Eg≥2.3 eV) बहुत अधिक होती है। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) जैसे प्रमुख पदार्थ, साथ ही जिंक ऑक्साइड (ZnO), हीरा और एल्युमीनियम नाइट्राइड (AlN) तीसरी पीढ़ी की अर्धचालक तकनीक के मुख्य प्रतिनिधि हैं। पहली और दूसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थों की तुलना में, व्यापक ऊर्जा अंतराल के अलावा, तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों में उत्कृष्ट ब्रेकडाउन फील्ड स्ट्रेंथ, थर्मल कंडक्टिविटी, इलेक्ट्रॉन संतृप्ति दर और विकिरण प्रतिरोध भी होता है। उच्च तापमान, उच्च आवृत्ति, विकिरण प्रतिरोधी और उच्च शक्ति वाले उपकरणों के निर्माण में इनके कई लाभ हैं, और ये अधिक ऊर्जा-कुशल ऊर्जा रूपांतरण प्रणालियों की तत्काल आवश्यकता को पूरा कर सकते हैं। ओम्डिया की "2020 SiC और GaN पावर सेमीकंडक्टर रिपोर्ट" के अनुसार, SiC और GaN पावर सेमीकंडक्टरों का वैश्विक बिक्री राजस्व 2020 के अंत तक 854 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचने की उम्मीद है। यह अगले दस वर्षों में दोहरे अंकों की वार्षिक वृद्धि दर हासिल करेगा और 2029 तक 5 बिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक हो जाएगा।

इलेक्ट्रिक वाहन, 5G और बिग डेटा जैसे कई नए अनुप्रयोगों ने अर्धचालक सामग्रियों के विकास के अवसर प्रदान किए हैं। बिजली की अधिक खपत करने वाले डेटा सेंटर, विभिन्न चार्जर और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए ट्रैक्शन मोटर इनवर्टर जैसे अनुप्रयोगों में, जो आंतरिक दहन इंजनों की जगह लेने वाले हैं, ऊर्जा दक्षता में सुधार से तेल और कोयले जैसे पारंपरिक ऊर्जा खपत से उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड में कमी आएगी। नई सामग्रियां नवीकरणीय ऊर्जा के व्यापक अनुप्रयोग को भी बढ़ावा देती हैं। उदाहरण के लिए, वाइड बैंडगैप पावर अर्धचालक सौर और पवन ऊर्जा उत्पादन को अधिक कुशल बना सकते हैं।

 

दूसरी ओर, 5G पर आधारित इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) के विकास और उपयोग से इंटरनेट ऑफ एवरीथिंग बड़े पैमाने पर लोकप्रिय हो रहा है, और अरबों उपयोगकर्ता, मशीनें और उपकरण वास्तविक समय में बड़ी मात्रा में डेटा, उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियां और हाई-डेफिनिशन वीडियो स्ट्रीम साझा कर सकते हैं। रिमोट सर्जरी, सेल्फ-ड्राइविंग कारें, ड्रोन डिलीवरी और कई अन्य चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोग अवधारणा से वास्तविकता में तब्दील हो जाएंगे। कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) और मशीन लर्निंग से लाभ उठाने के अलावा, ये विकास उच्च प्रसंस्करण क्षमता, उच्च बैंडविड्थ और कम विलंबता वाले नए पदार्थों से भी अविभाज्य रूप से जुड़े हुए हैं।

नवाचार में अग्रणी, एसटी सक्रिय रूप से तीसरी पीढ़ी की सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों को तैनात कर रहा है।  
     
1990 के दशक की शुरुआत में, एसटी ने 2-इंच वेफर्स से शुरू करके SiC MOSFET ट्रांजिस्टर और डायोड विकसित और लॉन्च किए। वर्षों के दीर्घकालिक निवेश के बाद, एसटी ने संबंधित कोर निर्माण प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण पेटेंट प्राप्त किए। चाहे वह एपिटैक्सियल परतें हों, एज टर्मिनेशन डिज़ाइन हो, या गेट ऑक्साइड परतें हों, एसटी की उच्च-वोल्टेज ट्रांजिस्टर और डायोड निर्माण विशेषज्ञता ने एसटी को SiC के सफल विकास में अग्रणी बनने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।एसटी ने इस गति का लाभ उठाते हुए उभरते इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) उद्योग में एक प्रमुख SiC आपूर्तिकर्ता के रूप में अपनी पहचान बनाई है।ST के SiC उत्पाद मुख्य रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों की ऑन-बोर्ड चार्जिंग, मेन इनवर्टर, DC-DC कन्वर्टर, औद्योगिक ड्राइव, फोटोवोल्टिक्स और अन्य अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं। साथ ही, ST 5G बेस स्टेशन और संचार टावर, पावर स्विच, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और औद्योगिक चार्जर और पावर एडेप्टर जैसे अनुप्रयोगों के लिए GaN उपकरणों के विकास के लिए प्रतिबद्ध है। GaN-ऑन-सिलिकॉन RF उत्पादों को वर्तमान में डिज़ाइन किया जा रहा है, जिससे ST अपने उत्पाद पोर्टफोलियो को अधिकतम कर सकेगा।  
SiC MOSFET के संदर्भ में, ST एक स्थिर आपूर्ति श्रृंखला स्थापित कर रहा है: स्वीडन की Norstel AB के सफल अधिग्रहण ने पूर्ण ऊर्ध्वाधर आपूर्ति श्रृंखला एकीकरण को पूरा किया, Cree और SiCrystal के साथ दीर्घकालिक वेफर आपूर्ति समझौतों पर हस्ताक्षर किए, और साथ ही अपनी उत्पादन क्षमता का विस्तार भी जारी रखा। अब,ST अपनी SiC सफलता को आगे बढ़ा रहा है।GaN क्षेत्र में जारी रखेंउद्योग श्रृंखला के शीर्ष और निचले स्तरों के साथ सक्रिय रूप से सहयोग की एक श्रृंखला को अंजाम दे रहा है: गैलियम नाइट्राइड नवप्रवर्तक एक्सगन में बहुमत हिस्सेदारी का अधिग्रहण करना, टीएसएमसी की उद्योग-अग्रणी GaN निर्माण प्रक्रिया को अपनाना, सिलिकॉन-आधारित गैलियम नाइट्राइड विद्युत रूपांतरण प्रौद्योगिकी विकसित करने के लिए लेटी के साथ सहयोग करना, सिलिकॉन-आधारित GaN उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए एमएकॉम के साथ काम करना आदि।          ST masterGaN® प्लेटफॉर्म का शुभारंभ: छोटे, हल्के और तेज़ GaN चार्जिंग के युग का द्वार खोलना  
     
बिजली आपूर्ति के आकार को छोटा करने का चलन दशकों से जारी है और उम्मीद है कि यह नए बाज़ार अनुप्रयोगों को सक्षम बनाते हुए आगे भी जारी रहेगा। इसके अलावा, ऊर्जा दक्षता में सुधार के लिए बिजली घनत्व बढ़ाना महत्वपूर्ण है और यह एक ऐसा पैरामीटर भी है जिसे डिज़ाइनर बहुत महत्व देते हैं। हालांकि, अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल बिजली समाधान प्राप्त करने में अभी भी कई बड़ी तकनीकी सीमाएं हैं।  
GaN हाई इलेक्ट्रॉन मोबिलिटी ट्रांजिस्टर तकनीक एक नई क्रांति ला रही है और पावर इंजीनियरिंग के क्षेत्र में क्रांतिकारी बदलाव ला रही है। GaN पावर FET ट्रांजिस्टर साधारण सिलिकॉन-आधारित पावर समाधानों की प्रदर्शन सीमाओं को तोड़ते हुए उच्च गति, उच्च दक्षता और उच्चतर पावर घनत्व प्रदान करते हैं, जो सिलिकॉन-आधारित MOSFETs ने कभी हासिल नहीं किया है, और नए अनुप्रयोग बाजारों को सशक्त बनाते हैं। दशकों से पावर कन्वर्जन बाजार में अग्रणी और पथप्रदर्शक के रूप में, ST अपने अद्वितीय तकनीकी अनुभव और सिस्टम विशेषज्ञता का लाभ उठाते हुए इस नई क्रांति का लाभ उठा रहा है और बाजार अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर करने के लिए लगातार नए उत्पाद और समाधान लॉन्च कर रहा है।  
हाल ही में, ST ने दुनिया का पहला उत्पाद प्लेटफॉर्म masterGaN® लॉन्च किया है, जिसमें सिलिकॉन-आधारित हाफ-ब्रिज ड्राइवर चिप और दो GaN ट्रांजिस्टर एकीकृत हैं। यह एकीकृत समाधान उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए 400W से कम क्षमता वाले, ऊर्जा-बचत करने वाले अगली पीढ़ी के चार्जर और पावर एडेप्टर के विकास को गति देने में मदद करेगा।  
   
GaN तकनीक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को संसाधित करने में सक्षम बनाती हैज्यादा ताकतजबकि उपकरण स्वयं बन जाता हैछोटा, हल्का और अधिक ऊर्जा कुशलइन सुधारों से स्मार्टफोन के लिए अल्ट्रा-फास्ट चार्जर और वायरलेस चार्जर, पीसी और गेम कंसोल के लिए यूएसबी-पीडी कॉम्पैक्ट एडेप्टर, साथ ही सौर ऊर्जा भंडारण प्रणाली, निर्बाध बिजली आपूर्ति, या हाई-एंड ओएलईडी टीवी और क्लाउड सर्वर जैसे औद्योगिक अनुप्रयोगों में बदलाव आएगा।   
आज के GaN बाज़ार में, अलग-अलग पावर ट्रांजिस्टर और ड्राइवर IC का उपयोग अक्सर किया जाता है, जिसके लिए डिज़ाइनरों को इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए उन्हें एक साथ काम करने का तरीका सीखना पड़ता है। STMicroelectronics का masterGaN समाधान इस चुनौती को दूर करता है, जिससे उत्पाद को बाज़ार में लाने का समय कम हो जाता है और अपेक्षित प्रदर्शन प्राप्त होता है, साथ ही पैकेज छोटा और सरल हो जाता है, सर्किट घटकों की संख्या कम हो जाती है और सिस्टम की विश्वसनीयता बढ़ जाती है। GaN तकनीक और STMicroelectronics के एकीकृत उत्पादों के लाभों का उपयोग करते हुए, नए उत्पादों का उपयोग करने वाले चार्जर और एडेप्टर पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित समाधानों की तुलना में अधिक कुशल हैं।आकार में 80% की कमी, वजन में 70% की कमी और चार्जिंग गति में 2 गुना वृद्धि।.  
   
      मास्टरGaN उत्पाद प्लेटफॉर्म के अद्वितीय लाभ  
     
एसटी माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के एनालॉग प्रोडक्ट्स डिवीजन के कार्यकारी उपाध्यक्ष और महाप्रबंधक मैटियो लो प्रेस्टी ने कहा: "एसटी का अद्वितीय मास्टरजीएएन उत्पाद प्लेटफॉर्म हमारी बाजार-सिद्ध विशेषज्ञता और डिजाइन क्षमताओं पर आधारित है, जो उच्च-वोल्टेज स्मार्ट पावर बीसीडी प्रक्रिया और जीएएन प्रौद्योगिकी को एकीकृत करता है, जो स्थान-बचत, ऊर्जा-कुशल और पर्यावरण के अनुकूल उत्पादों के विकास को गति दे सकता है।"
 

मास्टरGaN1, STMicroelectronics के मास्टरGaN प्लेटफॉर्म का पहला उत्पाद है, जिसमें दो हाफ-ब्रिज कॉन्फ़िगरेशन वाले GaN पावर ट्रांजिस्टर और हाई-साइड और लो-साइड ड्राइवर चिप्स एकीकृत हैं। मास्टरGaN1 को 9mm x 9mm के GQFN पैकेज में पैक किया गया है, जिसकी मोटाई केवल 1mm है और इसका बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू हो चुका है। इसके अलावा, STMicroelectronics ग्राहकों को पावर प्रोडक्ट प्रोजेक्ट्स को शीघ्रता से शुरू करने में मदद करने के लिए एक उत्पाद मूल्यांकन बोर्ड भी प्रदान करता है।

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