Technologia materiałów półprzewodnikowych trzeciej generacji, wykraczająca poza prawo Moore’a, osiąga swój szczytowy moment  
     
Od początku XXI wieku rozwój nowych aplikacji, takich jak sztuczna inteligencja, 5G i autonomiczna jazda, postawił wyższe wymagania dotyczące wydajności układów scalonych. Promował również ciągłe innowacje w procesach produkcji półprzewodników i nowych materiałach. Jako trzecia generacja technologii materiałów półprzewodnikowych, która może przewyższyć prawo Moore'a, zapoczątkowały one swój przełomowy moment.

Materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji, znane również jako półprzewodniki szerokopasmowe, to materiały półprzewodnikowe o dużej szerokości przerwy energetycznej (Eg ≥ ​​2.3 eV). Głównymi przedstawicielami technologii półprzewodnikowej trzeciej generacji są węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN), a także mniej popularne tlenek cynku (ZnO), diament i azotek glinu (AlN). W porównaniu z materiałami półprzewodnikowymi pierwszej i drugiej generacji, oprócz szerszej przerwy energetycznej, półprzewodniki trzeciej generacji charakteryzują się również doskonałą wytrzymałością na pole przebicia, przewodnością cieplną, szybkością nasycenia elektronów i odpornością na promieniowanie. Mają one zalety w produkcji urządzeń wysokotemperaturowych, wysokoczęstotliwościowych, odpornych na promieniowanie i dużej mocy, a także mogą zaspokoić pilne zapotrzebowanie na bardziej energooszczędne systemy przetwarzania energii. Według raportu Omdia „2020 SiC and GaN Power Semiconductor Report”, globalne przychody ze sprzedaży półprzewodników mocy SiC i GaN mają osiągnąć 854 mln USD do końca 2020 roku. W ciągu najbliższych dziesięciu lat będą one osiągać dwucyfrowe roczne wskaźniki wzrostu i do 2029 roku przekroczą 5 mld USD.

Wiele nowych zastosowań, takich jak pojazdy elektryczne, 5G i duże zbiory danych, otworzyło nowe możliwości rozwoju materiałów półprzewodnikowych. W zastosowaniach takich jak energochłonne centra danych, różnego rodzaju ładowarki i falowniki silników trakcyjnych w pojazdach elektrycznych, które wkrótce zastąpią silniki spalinowe, poprawa efektywności energetycznej zmniejszy emisję dwutlenku węgla wytwarzanego przez tradycyjne źródła energii, takie jak ropa naftowa i węgiel. Nowe materiały sprzyjają również szerokiemu wykorzystaniu energii odnawialnej. Na przykład, półprzewodniki mocy o szerokiej przerwie energetycznej mogą zwiększyć wydajność wytwarzania energii słonecznej i wiatrowej.

 

Z drugiej strony, wraz z wdrożeniem i zastosowaniem Internetu Rzeczy (IoT) opartego na technologii 5G, Internet Wszechrzeczy zyskuje na popularności na szeroką skalę, a miliardy użytkowników, maszyn i urządzeń mogą udostępniać ogromne ilości danych, obrazów o wysokiej rozdzielczości i strumieni wideo HD w czasie rzeczywistym. Zdalna chirurgia, autonomiczne samochody, dostawy za pomocą dronów i wiele innych wymagających aplikacji staną się rzeczywistością od koncepcji do realizacji. Oprócz korzyści płynących ze sztucznej inteligencji (AI) i uczenia maszynowego, rozwój ten jest również nierozerwalnie związany z nowymi materiałami o wyższej wydajności przetwarzania, większej przepustowości i krótkich opóźnieniach.

Jako lider innowacji, ST aktywnie wdraża aplikacje technologii półprzewodnikowej trzeciej generacji  
     
Na początku lat 1990. firma ST rozwijała i wprowadzała na rynek tranzystory MOSFET i diody SiC, zaczynając od płytek 2-calowych. Po latach długoterminowych inwestycji, ST uzyskało kluczowe patenty na powiązane procesy produkcji rdzeni. Niezależnie od tego, czy chodzi o warstwy epitaksjalne, projektowanie zakończeń krawędziowych, czy warstwy tlenkowe bramek, doświadczenie ST w produkcji tranzystorów i diod wysokiego napięcia odegrało istotną rolę w objęciu przez ST pozycji lidera w pomyślnym rozwoju SiC.Firma ST wykorzystała tę dynamikę, aby stać się kluczowym dostawcą SiC w rozwijającej się branży pojazdów elektrycznych (EV)Produkty SiC firmy ST są wykorzystywane głównie do ładowania pojazdów elektrycznych na pokładzie, w falownikach głównych, przetwornicach DC-DC, napędach przemysłowych, fotowoltaice i innych zastosowaniach. Jednocześnie ST nadal angażuje się w rozwój urządzeń GaN do zastosowań takich jak stacje bazowe i wieże telekomunikacyjne 5G, przełączniki zasilania, elektronika użytkowa oraz przemysłowe ładowarki i zasilacze. Obecnie opracowywane są produkty RF GaN-on-silicon, co pozwoli ST zmaksymalizować portfolio produktów.  
W zakresie MOSFET-ów SiC firma ST buduje stabilny łańcuch dostaw: udane przejęcie szwedzkiej firmy Norstel AB zakończyło całkowitą integrację pionowego łańcucha dostaw, podpisało długoterminowe umowy na dostawę płytek z firmami Cree i SiCrystal, a także kontynuowało rozbudowę własnych mocy produkcyjnych.ST buduje na swoim sukcesie SiCPrzejdź do pola GaNaktywnie realizując szereg działań współpracy z górnym i dolnym ogniwem łańcucha przemysłowego: nabywając większościowy udział w firmie Exagan, innowacyjnej w dziedzinie azotku galu, wdrażając wiodący w branży proces produkcyjny GaN firmy TSMC, współpracując z Leti w celu opracowania technologii konwersji energii na bazie azotku galu na bazie krzemu, współpracując z MACOM w celu zwiększenia zdolności produkcyjnych GaN na bazie krzemu itp.          Wprowadzenie na rynek platformy ST masterGaN®: początek ery mniejszych, lżejszych i szybszych ładowarek GaN  
     
Trend miniaturyzacji zasilaczy utrzymuje się od dziesięcioleci i oczekuje się, że będzie nadal umożliwiał nowe zastosowania rynkowe. Ponadto, zwiększenie gęstości mocy jest kluczem do poprawy efektywności energetycznej i jest parametrem, do którego projektanci przywiązują dużą wagę. Nadal jednak istnieją poważne ograniczenia techniczne w zakresie tworzenia bardziej kompaktowych i wydajnych rozwiązań energetycznych.  
Technologia tranzystorów GaN o wysokiej ruchliwości elektronów, będąca nową falą innowacji, rewolucjonizuje świat inżynierii energetycznej. Tranzystory mocy FET GaN przełamują ograniczenia wydajnościowe tradycyjnych rozwiązań opartych na krzemie, umożliwiając osiągnięcie wysokiej prędkości, sprawności i gęstości mocy, jakiej nigdy wcześniej nie osiągały tranzystory MOSFET oparte na krzemie, a także otwierając nowe rynki zastosowań. Jako lider i pionier na rynku konwersji energii od dziesięcioleci, ST wykorzystuje swoje niezrównane doświadczenie techniczne i specjalistyczną wiedzę systemową, aby wykorzystać tę nową falę innowacji i stale wprowadzać na rynek nowe produkty i rozwiązania, obejmujące szerszy zakres zastosowań rynkowych.  
Firma ST wprowadziła niedawno na rynek pierwszą na świecie platformę produktową masterGaN®, która integruje krzemowy układ sterujący typu half-bridge oraz parę tranzystorów GaN. To zintegrowane rozwiązanie pomoże przyspieszyć rozwój kolejnej generacji lekkich, energooszczędnych ładowarek i zasilaczy o mocy poniżej 400 W do zastosowań w elektronice użytkowej i przemyśle.  
   
Technologia GaN umożliwia przetwarzanie urządzeń elektronicznychWięcej mocy, podczas gdy samo urządzenie staje sięMniejsze, lżejsze i bardziej energooszczędneUdoskonalenia te zmienią ultraszybkie ładowarki i ładowarki bezprzewodowe do smartfonów, kompaktowe adaptery USB-PD do komputerów i konsol do gier, a także zastosowania przemysłowe, takie jak systemy magazynowania energii słonecznej, zasilacze UPS lub zaawansowane telewizory OLED i serwery w chmurze.   
Na dzisiejszym rynku GaN często stosuje się dyskretne tranzystory mocy i układy scalone sterowników, co wymaga od projektantów nauczenia się, jak sprawić, by współdziałały one ze sobą w celu osiągnięcia optymalnej wydajności. Rozwiązanie masterGaN firmy STMicroelectronics omija to wyzwanie, skracając czas wprowadzania produktów na rynek i osiągając oczekiwaną wydajność, a jednocześnie zmniejszając i upraszczając obudowę, z mniejszą liczbą elementów obwodowych i wyższą niezawodnością systemu. Wykorzystując zalety technologii GaN i zintegrowanych produktów STMicroelectronics, ładowarki i adaptery wykorzystujące nowe produkty są bardziej wydajne niż konwencjonalne rozwiązania oparte na krzemie.Zmniejsz rozmiar o 80%, zmniejsz wagę o 70% i zwiększ prędkość ładowania dwukrotnie.  
   
      Unikalne zalety platformy produktowej masterGaN  
     
Matteo Lo Presti, wiceprezes wykonawczy i dyrektor generalny działu produktów analogowych firmy STMicroelectronics, powiedział: „Unikalna platforma produktów masterGaN firmy ST opiera się na naszym sprawdzonym na rynku doświadczeniu i możliwościach projektowych, integrując proces inteligentnego zasilania wysokiego napięcia BCD i technologię GaN, co może przyspieszyć opracowywanie produktów oszczędzających miejsce, energooszczędnych i przyjaznych dla środowiska”.
 

masterGaN1 to pierwszy produkt platformy masterGaN firmy STMicroelectronics, integrujący dwa tranzystory mocy GaN w konfiguracji półmostkowej oraz układy sterujące po stronie wysokiej i niskiej. Układ masterGaN1 jest zamknięty w obudowie GQFN o wymiarach 9 x 9 mm i grubości zaledwie 1 mm, która jest obecnie produkowana masowo. Ponadto STMicroelectronics dostarcza również płytkę ewaluacyjną, która ułatwia klientom szybkie rozpoczęcie projektów układów mocy.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł został przedrukowany z „STMicroelectronics China”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przeznaczony wyłącznie do przedruku i udostępniania w celu ochrony praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen