Oltre la legge di Moore, la tecnologia dei materiali semiconduttori di terza generazione raggiunge il suo apice.  
     
Dall'inizio del XXI secolo, l'avvento di nuove applicazioni come l'intelligenza artificiale, il 5G e la guida autonoma ha imposto requisiti sempre più elevati per le prestazioni dei chip. Ha inoltre promosso una continua innovazione nei processi di produzione dei semiconduttori e nello sviluppo di nuovi materiali. La terza generazione di tecnologie per materiali semiconduttori, potenzialmente in grado di superare la Legge di Moore, sta vivendo il suo momento di massimo splendore.

I materiali semiconduttori di terza generazione, noti anche come semiconduttori a banda proibita ampia (Wide Bandgap Semiconductors, WB), sono quei materiali semiconduttori con un'ampia banda proibita (Eg≥2.3 eV). Il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN), materiali di uso comune, così come l'ossido di zinco (ZnO), il diamante e il nitruro di alluminio (AlN), materiali meno diffusi, sono i principali rappresentanti della tecnologia dei semiconduttori di terza generazione. Rispetto ai materiali semiconduttori di prima e seconda generazione, oltre a una banda proibita più ampia, i semiconduttori di terza generazione presentano anche un'eccellente rigidità dielettrica, conduttività termica, velocità di saturazione elettronica e resistenza alle radiazioni. Offrono vantaggi nella produzione di dispositivi ad alta temperatura, alta frequenza, resistenti alle radiazioni e ad alta potenza, e possono soddisfare l'urgente necessità di sistemi di conversione energetica più efficienti. Secondo il "Rapporto sui semiconduttori di potenza SiC e GaN 2020" di Omdia, si prevede che il fatturato globale dei semiconduttori di potenza SiC e GaN raggiungerà gli 854 milioni di dollari entro la fine del 2020. Nei prossimi dieci anni registrerà tassi di crescita annui a doppia cifra e supererà i 5 miliardi di dollari entro il 2029.

Molte nuove applicazioni, come i veicoli elettrici, il 5G e i big data, hanno aperto nuove opportunità di sviluppo per i materiali semiconduttori. In applicazioni quali i data center ad alto consumo energetico, i vari caricabatterie e gli inverter per i motori di trazione dei veicoli elettrici, destinati a sostituire i motori a combustione interna, i miglioramenti in termini di efficienza energetica ridurranno le emissioni di anidride carbonica prodotte dal consumo di energia tradizionale, come petrolio e carbone. I nuovi materiali promuovono inoltre l'applicazione su larga scala delle energie rinnovabili. Ad esempio, i semiconduttori di potenza a banda larga possono rendere più efficiente la produzione di energia solare ed eolica.

 

D'altro canto, con la diffusione e l'applicazione dell'Internet delle cose (IoT) basato sul 5G, l'Internet di tutto si sta diffondendo su larga scala, consentendo a miliardi di utenti, macchine e dispositivi di condividere grandi quantità di dati, immagini ad alta risoluzione e flussi video ad alta definizione in tempo reale. Chirurgia a distanza, auto a guida autonoma, consegne tramite droni e molte altre applicazioni innovative diventeranno realtà. Oltre a beneficiare dell'intelligenza artificiale (IA) e dell'apprendimento automatico, questi sviluppi sono inscindibili da nuovi materiali con prestazioni di elaborazione superiori, maggiore larghezza di banda e bassa latenza.

ST, azienda all'avanguardia nell'innovazione, implementa attivamente applicazioni basate sulla tecnologia dei semiconduttori di terza generazione.  
     
Agli inizi degli anni '1990, ST ha sviluppato e lanciato transistor e diodi MOSFET in SiC partendo da wafer da 2 pollici. Dopo anni di investimenti a lungo termine, ST ha ottenuto brevetti chiave per i relativi processi di produzione fondamentali. Che si tratti di strati epitassiali, design di terminazione dei bordi o strati di ossido di gate, l'esperienza di ST nella produzione di transistor e diodi ad alta tensione ha giocato un ruolo importante nell'aiutare ST ad assumere la leadership nello sviluppo del SiC.ST ha sfruttato questo slancio per diventare un fornitore chiave di SiC nel settore emergente dei veicoli elettrici (EV).I prodotti SiC di ST sono utilizzati principalmente nella ricarica a bordo dei veicoli elettrici, negli inverter principali, nei convertitori DC-DC, negli azionamenti industriali, nel fotovoltaico e in altre applicazioni. Allo stesso tempo, ST continua a impegnarsi nello sviluppo di dispositivi GaN per applicazioni quali stazioni base 5G e torri di comunicazione, interruttori di potenza, elettronica di consumo, caricabatterie e adattatori di potenza industriali. Sono attualmente in fase di progettazione prodotti RF GaN su silicio, che consentiranno a ST di massimizzare il proprio portafoglio prodotti.  
Per quanto riguarda i MOSFET SiC, ST sta creando una catena di fornitura stabile: l'acquisizione di successo della svedese Norstel AB ha completato una completa integrazione verticale della catena di fornitura, ha firmato accordi di fornitura di wafer a lungo termine con Cree e SiCrystal e ha continuato ad espandere la propria capacità produttiva. Ora,ST sta capitalizzando sul successo ottenuto con il SiC.Proseguire verso il campo GaN, portando avanti attivamente una serie di collaborazioni con la fase a monte e a valle della catena industriale: acquisizione di una quota di maggioranza nell'innovatore del nitruro di gallio Exagan, adozione del processo di produzione di GaN leader del settore di TSMC, collaborazione con Leti per sviluppare la tecnologia di conversione di potenza del nitruro di gallio a base di silicio, collaborazione con MACOM per aumentare la capacità produttiva di GaN a base di silicio, ecc.          Il lancio della piattaforma ST masterGaN®: si apre l'era della ricarica GaN più piccola, leggera e veloce.  
     
La tendenza alla miniaturizzazione degli alimentatori è in atto da decenni e si prevede che continuerà, aprendo la strada a nuove applicazioni di mercato. Inoltre, l'aumento della densità di potenza è fondamentale per migliorare l'efficienza energetica ed è un parametro a cui i progettisti attribuiscono grande importanza. Tuttavia, permangono importanti limitazioni tecniche per realizzare soluzioni di alimentazione più compatte ed efficienti.  
La tecnologia dei transistor ad alta mobilità elettronica (HEM) GaN, una nuova ondata di innovazione, sta rivoluzionando il mondo dell'ingegneria energetica. I transistor di potenza FET GaN superano i limiti prestazionali delle tradizionali soluzioni di potenza basate sul silicio, consentendo velocità, efficienza e densità di potenza elevate, mai raggiunte dai MOSFET basati sul silicio, e aprendo la strada a nuovi mercati applicativi. Da decenni leader e pioniere nel mercato della conversione di potenza, ST sfrutta la sua impareggiabile esperienza tecnica e la sua competenza di sistema per cavalcare questa nuova ondata di innovazione e lanciare continuamente nuovi prodotti e soluzioni per coprire una gamma più ampia di applicazioni di mercato.  
Di recente, ST ha lanciato masterGaN®, la prima piattaforma di prodotti al mondo che integra un chip driver half-bridge a base di silicio e una coppia di transistor GaN. Questa soluzione integrata contribuirà ad accelerare lo sviluppo della prossima generazione di caricabatterie e alimentatori leggeri e a basso consumo energetico, con potenza inferiore a 400 W, per applicazioni di elettronica di consumo e industriali.  
   
La tecnologia GaN consente ai dispositivi elettronici di elaborarePiù potenza, mentre il dispositivo stesso diventaPiù piccolo, più leggero e più efficiente dal punto di vista energetico.Questi miglioramenti trasformeranno i caricabatterie ultraveloci e i caricabatterie wireless per smartphone, gli adattatori compatti USB-PD per PC e console di gioco, nonché le applicazioni industriali come i sistemi di accumulo di energia solare, i gruppi di continuità o i televisori OLED di fascia alta e i server cloud.   
Nell'attuale mercato del GaN, vengono spesso utilizzati transistor di potenza e circuiti integrati driver discreti, il che richiede ai progettisti di imparare a farli funzionare insieme per ottenere prestazioni ottimali. La soluzione masterGaN di STMicroelectronics supera questa difficoltà, riducendo i tempi di commercializzazione e raggiungendo le prestazioni attese, rendendo al contempo il package più piccolo e semplice, con un minor numero di componenti circuitali e una maggiore affidabilità del sistema. Sfruttando i vantaggi della tecnologia GaN e dei prodotti integrati di STMicroelectronics, i caricabatterie e gli adattatori che utilizzano i nuovi prodotti sono più efficienti rispetto alle soluzioni convenzionali basate sul silicio.Ridurre le dimensioni dell'80%, il peso del 70% e raddoppiare la velocità di ricarica..  
   
      I vantaggi esclusivi della piattaforma di prodotti masterGaN  
     
Matteo Lo Presti, vicepresidente esecutivo e direttore generale della divisione Analog Products di STMicroelectronics, ha dichiarato: "L'esclusiva piattaforma di prodotti masterGaN di ST si basa sulla nostra comprovata esperienza di mercato e sulle nostre capacità di progettazione, integrando il processo BCD di potenza intelligente ad alta tensione e la tecnologia GaN, che possono accelerare lo sviluppo di prodotti compatti, efficienti dal punto di vista energetico e rispettosi dell'ambiente."
 

masterGaN1 è il primo prodotto della piattaforma masterGaN di STMicroelectronics, che integra due transistor di potenza GaN in configurazione half-bridge e chip driver high-side e low-side. masterGaN1 è disponibile in un package GQFN da 9 mm x 9 mm con uno spessore di solo 1 mm ed è ora in produzione di massa. Inoltre, STMicroelectronics fornisce anche una scheda di valutazione del prodotto per aiutare i clienti ad avviare rapidamente progetti di prodotti di potenza.

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