เทคโนโลยีวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามก้าวข้ามกฎของมัวร์ไปสู่จุดสูงสุด  
     
นับตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 21 การเกิดขึ้นของแอปพลิเคชันใหม่ๆ เช่น ปัญญาประดิษฐ์ (AI), 5G และการขับขี่อัตโนมัติ ได้สร้างความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับประสิทธิภาพของชิป นอกจากนี้ยังกระตุ้นให้เกิดนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และวัสดุใหม่ๆ โดยเฉพาะเทคโนโลยีวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามที่อาจก้าวข้ามกฎของมัวร์ (Moore's Law) และกำลังก้าวเข้าสู่ช่วงเวลาที่โดดเด่นที่สุด

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม หรือที่รู้จักกันในชื่อเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแถบพลังงานกว้าง (Wide Bandgap Semiconductors) คือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแถบพลังงานกว้าง (Eg≥2.3 eV) ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ซึ่งเป็นวัสดุหลักในกลุ่มนี้ รวมถึงซิงค์ออกไซด์ (ZnO) เพชร และอะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่เป็นที่นิยม ล้วนเป็นตัวแทนหลักของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นแรกและรุ่นที่สอง นอกจากจะมีแถบพลังงานที่กว้างกว่าแล้ว เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามยังมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมในด้านความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัว การนำความร้อน อัตราการอิ่มตัวของอิเล็กตรอน และความต้านทานต่อรังสี จึงมีข้อดีในการผลิตอุปกรณ์ที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง ความถี่สูง ทนต่อรังสี และกำลังสูง และสามารถตอบสนองความต้องการเร่งด่วนสำหรับระบบแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้นได้ จากรายงาน "2020 SiC and GaN Power Semiconductor Report" ของ Omdia คาดการณ์ว่ารายได้จากการขายเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า SiC และ GaN ทั่วโลกจะแตะระดับ 854 ล้านดอลลาร์สหรัฐภายในสิ้นปี 2020 และจะเติบโตในอัตราเลขสองหลักต่อปีในช่วงสิบปีข้างหน้า โดยจะทะลุ 5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2029

การใช้งานใหม่ๆ มากมาย เช่น รถยนต์ไฟฟ้า 5G และบิ๊กดาต้า ได้สร้างโอกาสในการพัฒนาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ในการใช้งานต่างๆ เช่น ศูนย์ข้อมูลที่ใช้พลังงานสูง เครื่องชาร์จต่างๆ และอินเวอร์เตอร์มอเตอร์ขับเคลื่อนสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่กำลังจะเข้ามาแทนที่เครื่องยนต์สันดาปภายใน การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะช่วยลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการใช้พลังงานแบบดั้งเดิม เช่น น้ำมันและถ่านหิน วัสดุใหม่ๆ ยังส่งเสริมการประยุกต์ใช้พลังงานหมุนเวียนในวงกว้าง ตัวอย่างเช่น เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าแบบแบนด์แกปกว้างสามารถทำให้การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมีประสิทธิภาพมากขึ้น

 

ในทางกลับกัน ด้วยการใช้งานและการประยุกต์ใช้ Internet of Things (IoT) บนพื้นฐานของ 5G ทำให้ Internet of Everything กลายเป็นที่นิยมในวงกว้าง และผู้ใช้ เครื่องจักร และอุปกรณ์หลายพันล้านชิ้นสามารถแบ่งปันข้อมูลจำนวนมาก ภาพความละเอียดสูง และสตรีมวิดีโอความละเอียดสูงแบบเรียลไทม์ได้ การผ่าตัดทางไกล รถยนต์ไร้คนขับ การจัดส่งสินค้าด้วยโดรน และแอปพลิเคชันที่ท้าทายอื่นๆ อีกมากมายจะกลายเป็นความจริงจากแนวคิดสู่ความเป็นจริง นอกจากจะได้รับประโยชน์จากปัญญาประดิษฐ์ (AI) และการเรียนรู้ของเครื่องแล้ว การพัฒนาเหล่านี้ยังแยกไม่ออกจากการใช้วัสดุใหม่ที่มีประสิทธิภาพการประมวลผลสูงขึ้น แบนด์วิดท์สูงขึ้น และความหน่วงต่ำอีกด้วย

ด้วยความเป็นผู้นำด้านนวัตกรรม ST จึงนำเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามมาประยุกต์ใช้อย่างแข็งขัน  
     
ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ST ได้พัฒนาและเปิดตัวทรานซิสเตอร์และไดโอด SiC MOSFET โดยเริ่มต้นจากเวเฟอร์ขนาด 2 นิ้ว หลังจากลงทุนระยะยาวมาหลายปี ST ได้รับสิทธิบัตรสำคัญสำหรับกระบวนการผลิตหลักที่เกี่ยวข้อง ไม่ว่าจะเป็นชั้นเอพิแทกเซียล การออกแบบการสิ้นสุดขอบ หรือชั้นออกไซด์ของเกต ความเชี่ยวชาญด้านการผลิตทรานซิสเตอร์และไดโอดแรงดันสูงของ ST มีบทบาทสำคัญในการช่วยให้ ST ก้าวขึ้นเป็นผู้นำในการพัฒนา SiC ได้สำเร็จST ได้ใช้ประโยชน์จากแรงผลักดันนี้เพื่อก้าวขึ้นเป็นซัพพลายเออร์ SiC รายสำคัญในอุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ที่กำลังเติบโตผลิตภัณฑ์ SiC ของ ST ส่วนใหญ่ใช้ในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์หลัก ตัวแปลง DC-DC ไดรฟ์อุตสาหกรรม โซลาร์เซลล์ และการใช้งานอื่นๆ ในขณะเดียวกัน ST ยังคงมุ่งมั่นที่จะพัฒนาอุปกรณ์ GaN สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น สถานีฐาน 5G และเสาสื่อสาร สวิตช์ไฟ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค และเครื่องชาร์จและอะแดปเตอร์ไฟฟ้าสำหรับอุตสาหกรรม ปัจจุบัน ST กำลังออกแบบผลิตภัณฑ์ RF แบบ GaN บนซิลิคอน ซึ่งจะช่วยให้ ST สามารถเพิ่มพอร์ตโฟลิโอผลิตภัณฑ์ของตนให้สูงสุดได้  
ในส่วนของ SiC MOSFET นั้น ST กำลังสร้างห่วงโซ่อุปทานที่มั่นคง โดยการเข้าซื้อกิจการ Norstel AB ของสวีเดนที่ประสบความสำเร็จได้ทำให้การบูรณาการห่วงโซ่อุปทานแบบครบวงจรเสร็จสมบูรณ์ นอกจากนี้ยังได้ลงนามในข้อตกลงจัดหาเวเฟอร์ระยะยาวกับ Cree และ SiCrystal และยังคงขยายกำลังการผลิตของตนเองอย่างต่อเนื่องST กำลังต่อยอดความสำเร็จจาก SiCดำเนินการต่อที่สนาม GaNโดยดำเนินความร่วมมืออย่างแข็งขันกับต้นน้ำและปลายน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง เช่น การเข้าซื้อหุ้นส่วนใหญ่ใน Exagan ผู้คิดค้นนวัตกรรมแกลเลียมไนไตรด์ การนำกระบวนการผลิต GaN ชั้นนำของอุตสาหกรรมจาก TSMC มาใช้ การร่วมมือกับ Leti ในการพัฒนาเทคโนโลยีการแปลงพลังงานแกลเลียมไนไตรด์บนพื้นฐานซิลิคอน การทำงานร่วมกับ MACOM เพื่อเพิ่มกำลังการผลิต GaN บนพื้นฐานซิลิคอน เป็นต้น          การเปิดตัวแพลตฟอร์ม ST masterGaN®: เปิดศักราชใหม่ของการชาร์จ GaN ที่เล็กกว่า เบากว่า และเร็วกว่า  
     
แนวโน้มการลดขนาดของแหล่งจ่ายไฟเกิดขึ้นมานานหลายทศวรรษแล้ว และคาดว่าจะยังคงดำเนินต่อไปเพื่อเปิดโอกาสให้เกิดการใช้งานในตลาดใหม่ๆ นอกจากนี้ การเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และเป็นพารามิเตอร์ที่นักออกแบบให้ความสำคัญอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ยังคงมีข้อจำกัดทางเทคนิคที่สำคัญในการสร้างโซลูชันด้านพลังงานที่กะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น  
เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ความคล่องตัวสูงของอิเล็กตรอน GaN (GaN High Electron Mobility Transistor: FET) กำลังปฏิวัติวงการวิศวกรรมพลังงานด้วยนวัตกรรมใหม่ล่าสุด ทรานซิสเตอร์ GaN Power FET ก้าวข้ามข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของโซลูชันพลังงานซิลิคอนแบบเดิม ทำให้ได้ความเร็วสูง ประสิทธิภาพสูง และความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าสูงกว่าที่ MOSFET ซิลิคอนเคยทำได้ และเปิดตลาดการใช้งานใหม่ๆ ในฐานะผู้นำและผู้บุกเบิกในตลาดการแปลงพลังงานมานานหลายทศวรรษ ST ใช้ประโยชน์จากประสบการณ์ทางเทคนิคและความเชี่ยวชาญด้านระบบที่ไม่มีใครเทียบได้ เพื่อก้าวไปพร้อมกับคลื่นแห่งนวัตกรรมใหม่นี้ และเปิดตัวผลิตภัณฑ์และโซลูชันใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง เพื่อครอบคลุมการใช้งานในตลาดที่กว้างขึ้น  
เมื่อเร็วๆ นี้ ST ได้เปิดตัวแพลตฟอร์มผลิตภัณฑ์ masterGaN® รุ่นแรกของโลก ซึ่งผสานรวมชิปขับแบบฮาล์ฟบริดจ์ที่ใช้ซิลิคอนและทรานซิสเตอร์ GaN สองตัว โซลูชันแบบบูรณาการนี้จะช่วยเร่งการพัฒนาเครื่องชาร์จและอะแดปเตอร์แปลงไฟรุ่นใหม่ที่มีน้ำหนักเบาและประหยัดพลังงาน กำลังไฟต่ำกว่า 400 วัตต์ สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและการใช้งานในอุตสาหกรรม  
   
เทคโนโลยี GaN ช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถประมวลผลได้พลังงานมากขึ้นในขณะที่ตัวอุปกรณ์เองก็กลายเป็นเล็กกว่า เบากว่า และประหยัดพลังงานมากกว่าการปรับปรุงเหล่านี้จะพลิกโฉมเครื่องชาร์จเร็วพิเศษและเครื่องชาร์จไร้สายสำหรับสมาร์ทโฟน อะแดปเตอร์ USB-PD ขนาดกะทัดรัดสำหรับพีซีและเครื่องเล่นเกม รวมถึงการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม เช่น ระบบจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ เครื่องสำรองไฟ หรือทีวี OLED ระดับไฮเอนด์และเซิร์ฟเวอร์คลาวด์   
ในตลาด GaN ปัจจุบัน มักใช้ทรานซิสเตอร์กำลังและไอซีไดรเวอร์แบบแยกชิ้น ซึ่งทำให้นักออกแบบต้องเรียนรู้วิธีการทำให้ชิ้นส่วนเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด โซลูชัน masterGaN ของ STMicroelectronics ช่วยแก้ปัญหานี้ได้ ช่วยลดระยะเวลาในการออกสู่ตลาด และให้ประสิทธิภาพตามที่คาดหวัง ในขณะเดียวกันก็ทำให้แพ็กเกจมีขนาดเล็กลงและเรียบง่ายขึ้น มีส่วนประกอบวงจรน้อยลง และมีความน่าเชื่อถือของระบบสูงขึ้น การใช้ประโยชน์จากข้อดีของเทคโนโลยี GaN และผลิตภัณฑ์แบบบูรณาการของ STMicroelectronics ทำให้เครื่องชาร์จและอะแดปเตอร์ที่ใช้ผลิตภัณฑ์ใหม่นี้มีประสิทธิภาพมากกว่าโซลูชันที่ใช้ซิลิคอนแบบดั้งเดิมลดขนาดลง 80% ลดน้ำหนักลง 70% และเพิ่มความเร็วในการชาร์จเป็น 2 เท่า.  
   
      ข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ของแพลตฟอร์มผลิตภัณฑ์ masterGaN  
     
Matteo Lo Presti รองประธานบริหารและผู้จัดการทั่วไปฝ่ายผลิตภัณฑ์อนาล็อกของ STMicroelectronics กล่าวว่า "แพลตฟอร์มผลิตภัณฑ์ masterGaN ที่เป็นเอกลักษณ์ของ ST นั้นสร้างขึ้นจากความเชี่ยวชาญและความสามารถในการออกแบบที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในตลาด โดยผสานรวมกระบวนการ BCD พลังงานอัจฉริยะแรงดันสูงและเทคโนโลยี GaN ซึ่งสามารถเร่งการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ประหยัดพื้นที่ ประหยัดพลังงาน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม"
 

masterGaN1 เป็นผลิตภัณฑ์แรกของแพลตฟอร์ม masterGaN จาก STMicroelectronics ซึ่งรวมเอาทรานซิสเตอร์กำลัง GaN สองตัวแบบฮาล์ฟบริดจ์ และชิปไดรเวอร์ด้านสูงและด้านต่ำเข้าไว้ด้วยกัน masterGaN1 บรรจุอยู่ในแพ็คเกจ GQFN ขนาด 9 มม. x 9 มม. ที่มีความหนาเพียง 1 มม. และขณะนี้กำลังอยู่ในขั้นตอนการผลิตจำนวนมาก นอกจากนี้ STMicroelectronics ยังมีบอร์ดประเมินผลผลิตภัณฑ์เพื่อช่วยให้ลูกค้าเริ่มต้นโครงการผลิตภัณฑ์ด้านพลังงานได้อย่างรวดเร็ว

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้พิมพ์ซ้ำจาก "STMicroelectronics China" บทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ได้แสดงถึงความคิดเห็นของ Sacco Micro และอุตสาหกรรม การพิมพ์ซ้ำและการเผยแพร่มีจุดประสงค์เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาเท่านั้น โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อทำการพิมพ์ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น