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Die Zeit für Galliumnitrid (GaN) ist gekommen! Warum mögen es so viele Menschen? Nachdem Sie es gelesen haben, werden Sie verstehen!

Sep 15, 2020

Die Zeit für Galliumnitrid (GaN) ist gekommen!

Warum mögen es so viele Leute?

Nachdem Sie es gelesen haben, werden Sie verstehen!


Die Halbleiterindustrie steht seit mehr als 50 Jahren im Bann des Gesetzes von Moore&und trägt Wind und Regen mit sich.

Die Beschleunigung des Gesetzes von Moore&über die Halbleiterindustrie hat sich jedoch erheblich verlangsamt, da sich die charakteristische Größe der Halbleitertechnologie der theoretischen Grenze nähert.


Zusätzlich zur weiteren Extraktion des letzten&"Restwert GG"; Nach dem Gesetz von Moore&im Herstellungsprozess wird die Verbesserung der Halbleitertechnologie in der Zukunft auch eine wichtige Richtung sein, um eine neue Generation von anderen Halbleitermaterialien als Silizium (Si) zu finden.

In diesem Prozess ist Galliumnitrid (GaN) in den letzten Jahren als Hochfrequenzbegriff in die Sicht der Menschen gekommen.


GaN und SiC gehören zur dritten Generation von Halbleitermaterialien mit hoher verbotener Bandbreite und haben im Vergleich zur ersten Generation von Si und der zweiten Generation von GaAs und anderen Vorgängern herausragende Vorteile in Bezug auf die Eigenschaften.

Aufgrund der großen Bandlückenbreite und der hohen Wärmeleitfähigkeit können GaN-Bauelemente bei Temperaturen über 200 ° C arbeiten und eine höhere Energiedichte und Zuverlässigkeit aufweisen.

Die größere Bandlückenbreite und das isolationsschädigende elektrische Feld verringern den Ein-Aus-Widerstand des Geräts, was sich positiv auf die Gesamtenergieeffizienz des Geräts auswirkt.

Schnelle Elektronensättigung und hohe Trägermobilität ermöglichen es dem Gerät, mit hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten.


Daher können Menschen Halbleiterbauelemente mit größerer Bandbreite, höherer Verstärkerverstärkung, höherer Energieeffizienz und kleinerer Größe erhalten, indem sie GaN verwenden, was mit der&"Tonalität GG" übereinstimmt. der Halbleiterindustrie.


Im Vergleich zu GaN begann die Anwendungsforschung für SiC, das auch das Halbleitermaterial der dritten Generation ist, früher, und GaN ist in den letzten Jahren aus zwei Hauptgründen auffälliger.


Erstens hat GaN ein stärkeres Potenzial zur Kostensenkung gezeigt.

Aktuelle Hersteller von GaN-Technologie entwickeln Si-basierte GaN-Bauelemente, um das teure SiC-Substrat zu ersetzen.

Einige Analysten sagen voraus, dass die Kosten für GaN-MOSFET bis 2019 ähnlich wie bei herkömmlichen Si-Bauelementen sein werden, wenn ein Marktbeugungspunkt wahrscheinlich ist.

Und die Technologie stellt eine attraktive Marktchance für Lieferanten dar, um ihren Kunden eine Leistung zu bieten, die derzeit mit Halbleiterprozessmaterialien möglicherweise nicht möglich ist.


Zweitens ist das GaN-Bauelement ein planares Bauelement und weist eine starke Kompatibilität mit dem vorhandenen Si-Halbleiterprozess auf, was die Integration mit anderen Halbleiterbauelementen erleichtert.

Beispielsweise haben einige Hersteller die Integration von IC- und GaN-Schaltröhre realisiert, wodurch die Nutzungsschwelle des Benutzers&weiter verringert wird.


Es basiert auf den oben genannten Eigenschaften von GaN, immer mehr Menschen sind optimistisch hinsichtlich seines Entwicklungstrends.

Insbesondere in mehreren Schlüsselmärkten hat GaN eine beträchtliche Durchdringung gezeigt.


1.GaN' s Anwendung in 5G


Die Hochfrequenz-Galliumnitrid-Technologie passt perfekt zu 5G. Basisstationsverstärker verwenden Galliumnitrid.

Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP) sind häufig verwendete Halbleitermaterialien in HF-Anwendungen.


Im Vergleich zu Hochfrequenzprozessen wie Galliumarsenid und Indiumphosphid weisen Galliumnitridvorrichtungen eine höhere Ausgangsleistung auf.

Galliumnitrid weist im Vergleich zu LDCMOS- und SiC-Leistungsprozessen bessere Frequenzeigenschaften auf.

Die höhere momentane Bandbreite von Galliumnitrid-Vorrichtungen ist wichtig, und die Verwendung von Trägeraggregationstechniken und die Bereitschaft, höhere Frequenzen von Trägern zu verwenden, werden alle verwendet, um eine größere Bandbreite zu erreichen.


Galliumnitrid ist schneller als Silizium oder andere Geräte.

GaN kann eine höhere Leistungsdichte erreichen.

Für ein gegebenes Leistungsniveau hat GaN den Vorteil einer geringen Größe.

Mit kleineren Geräten kann die Kapazität des Geräts reduziert werden, was das Entwerfen von Systemen mit höherer Bandbreite erleichtert.

Eine der Schlüsselkomponenten der Hochfrequenzschaltung ist PA.


Aus Sicht der gegenwärtigen Anwendungen bestehen Leistungsverstärker hauptsächlich aus Galliumarsenid-Leistungsverstärkern und komplementären Metalloxid-Halbleiter-Leistungsverstärkern (CMOS PA), unter denen GaAs PA der Hauptstrom ist. Mit der Ankunft von 5G werden Galliumarsenid-Bauelemente jedoch nicht in der Lage sein, eine hohe Integration bei einer so hohen Frequenz aufrechtzuerhalten.


So wird GaN zum nächsten Hot Spot.

Galliumnitrid kann als Halbleiter mit großer Bandlücke einer höheren Arbeitsspannung standhalten, was bedeutet, dass seine Leistungsdichte und Arbeitstemperatur höher sind. Daher hat Galliumnitrid die Eigenschaften einer hohen Leistungsdichte, eines geringen Energieverbrauchs, geeignet für Hochfrequenz, Breitbandunterstützung usw.


Der Präsident von Qualcomm, Cristiano Amon, sagte auf dem Qualcomm 4G / 5G-Gipfel 2018, dass er erwartet, dass die ersten beiden Wellen von 5G-Telefonen in der ersten Hälfte des nächsten Jahres auf den Markt kommen und die Weihnachts- und Neujahrs-GGs mit dem ersten kommerziellen 5G Telefone kommen bald.

Laut dem Bericht soll die 5G-Technologie eine Geschwindigkeit von 10 bis 100 Mal schneller als aktuelle 4G-Netze bieten, bis zu Gigabit pro Sekunde, und gleichzeitig die Latenz effektiver reduzieren.


In MIMO-Anwendungen (Multi-Input Multi-Output) benötigt diese Architektur die Schlüsseltechnologie von 5 g Massive Base Station-Transceiver-Buchstaben unter Verwendung einer großen Anzahl (z. B. 32/64) Antennenarrays, um einen höheren drahtlosen Datenverkehr und eine höhere Verbindungszuverlässigkeit zu erzielen Um einen vollständigen Satz eines entsprechenden HF-Transceiver-Zellen-Arrays zu bilden, so dass die Anzahl der HF-Bauelemente stark zunimmt, ist die Größe des Bauelements der Schlüssel, wobei GaN mit kleiner Größe, hoher Effizienz und Leistungsdichte der Eigenschaften von Big einen hohen Satz realisieren kann Lösungen wie modulares HF-Front-End-Gerät.


In 5G-MMW-Anwendungen können die Eigenschaften der hohen Leistungsdichte von GaN&die Anzahl der Transceiverkanäle und die Größe des Gesamtschemas unter denselben Abdeckungsbedingungen und Benutzerverfolgungsfunktionen effektiv reduzieren.

Erreichen Sie die optimale Kombination von Leistungskosten.

Zusätzlich zu der Hochfrequenz-Transceivereinheit der Basisstation zur Anzeige der erforderlichen Anzahl von HF-Geräten wird die Dichte der Basisstation und der Basisstationsnummer im Vergleich zu 3 g, 4 g im Alter von stark erhöht 5-g-HF-Geräte werden sich Dutzende Male, sogar hundertmal, erhöhen, daher ist die Kostenkontrolle von entscheidender Bedeutung, und Siliziumgalliumnitrid hat einen großen Kostenvorteil, da die ausgereifte Galliumnitridtechnologie auf Siliziumbasis möglich ist den Durchbruch im größten Preisvorteil zu vermarkten.


2. Anwendung von GaN im Schnelllademarkt


Mit dem immer größeren Bildschirm elektronischer Produkte steigt auch die Leistung von Ladegeräten, insbesondere bei Hochleistungs-Schnellladegeräten. Die Verwendung eines herkömmlichen Netzschalters kann die aktuelle Situation von Ladegeräten nicht ändern.


Und die GaN-Technologie kann dies, da sie die schnellsten Leistungsschaltgeräte der Welt ist und im Falle eines Hochgeschwindigkeitsschalters immer noch einen hohen Wirkungsgrad aufweist, in kleineren Bauteilen verwendet werden kann und bei Anwendung effektiv sein kann Das Ladegerät zur Reduzierung der Produktgröße, beispielsweise auf das typische 45-W-Adapterdesign, kann 25 W oder ein kleineres Formdesign verwenden.


Galliumnitrid-Ladegeräte haben weltweite Aufmerksamkeit erregt. Hohe Geschwindigkeit, hohe Frequenz und hoher Wirkungsgrad machen die Hochleistungs-USB-PD-Ladegeräte nicht mehr zu einem großen Baustein, sondern können mit derselben kompakten Größe eine hohe Leistung erzielen, die kleiner und leichter ist als die ursprünglichen 30-W-Ladegeräte von APPLE&# 39 .


Das eingebaute Galliumnitrid-Ladegerät hat eine Leistung von 27 W, während das APPLE USB-C-Ladegerät eine Leistung von 30 W hat. Der Leistungsunterschied zwischen den beiden ist nicht groß, aber die Lautstärke ist völlig unterschiedlich. Das eingebaute Galliumnitrid-Ladegerät ist 40% kleiner als das APPLE-Ladegerät.


Laut unvollständigen Statistiken gibt es zum 23. Oktober 2018 52 Mobiltelefone auf dem Markt, die das Schnellladen von USB PD unterstützen, und fast alle gängigen Mobiltelefonhersteller haben das USB PD-Schnellladeprotokoll in die Ladekonfiguration von Mobiltelefonen integriert. darunter einige erstklassige Hersteller wie Apple, Huawei, Xiaomi und Samsung.


Aufgrund des Layouts verschiedener Mobiltelefonhersteller und Original-Chiphersteller wird das USB-PD-Schnellladen derzeit zum bevorzugten Ladesystem für elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Spielekonsolen und Laptops, und USB Typ C wird auch die einzige Schnittstelle für Strom- und Datenübertragung zwischen elektronischen Geräten im nächsten Jahrzehnt. Das einheitliche USB PD-Schnellladeprotokoll steht vor der Tür.

3. Anwendung von GaN in der fahrerlosen Technologie

LiDAR (Laserradar) verwendet Laserpulse, um schnell dreidimensionale Bilder oder elektronische Karten der Umgebung zu erstellen.

Galliumnitrid-FET schaltet bis zu zehnmal schneller als MOSFET-Bauelemente, wodurch das LiDAR-System die Vorteile einer überlegenen Auflösung und einer schnelleren Reaktionszeit bietet, was aufgrund der überlegenen Schaltung zu einer höheren Genauigkeit führt.


Diese Funktionen steuern eine völlig neue und breitere Palette von LiDAR-Anwendungen, darunter Videospiel-Apps, die Bewegungen in Echtzeit erkennen, Computer, die Gesten zum Fahren von Befehlen verwenden, und selbstfahrende Autos.


Im Zuge der energischen Entwicklung und Förderung der Popularisierung automatisierter Fahrzeuge suchen Automobilhersteller und Technologieunternehmen nach der besten Kombination zwischen Sensoren und Kameras, um die Wahrnehmung und visuelle Fähigkeit der Umgebung unter der Voraussetzung einer effektiven Kostenkontrolle und Massenproduktion zu maximieren .


Galliumnitrid ist in aktuellen Lidar-Anwendungen deutlich schneller, 100- oder sogar 1000-mal schneller als Silizium.

Diese Geschwindigkeit bedeutet Geschwindigkeit, Schärfe und Präzision.


Lassen Sie&die Dinge vor der Straße und Farbwarnungen für Spurwechsel beschreiben.

Lidar kann das Vorhandensein von Hindernissen auf der Straße erkennen.

Mit Lidar erhalten Sie ein vollständigeres Bild der Geländeänderungen, einige der Gebiete, die Sie nicht sehen können.

Kameras oder Radar allein sind der Aufgabe nicht gewachsen, da beide Schwächen und Schwächen aufweisen.


4. Anwendung von GaN in der nationalen Verteidigungsindustrie


Raytheon hat angekündigt, Galliumnitrid (GaN) -Computerchips in seinem neuen Guidance Enhanced Missile-TBM (GEM-T) -Abfangjäger einzusetzen, um die derzeit in Raketenwerfern verwendete Wanderwellenröhre (TWT) zu ersetzen.

Thor hofft, die Zuverlässigkeit und Effizienz des Abfangjägers durch die Verwendung von GaN-Chips zur Aufrüstung des Launchers des GEM-T verbessern zu können.

Darüber hinaus bedeutet der Übergang zu GaN bei neu hergestellten Raketen, dass der Werfer während der Lebensdauer des Abfangjägers nicht ersetzt werden muss.


Die Gem-T-Rakete von Raytheon&ist das Rückgrat des Patriot Air and Missile Defense-Systems der US Army GG, das gegen Flugzeuge sowie taktische ballistische Raketen und Marschflugkörper eingesetzt wird.

In den letzten Jahren hat Raytheon daran gearbeitet, die Leistung und Effizienz von GaN&an höhere Grenzen zu bringen.


Der neue Sender hat die gleiche Form und Funktion wie der alte Sender, benötigt keine zusätzliche Kühlung und kann in wenigen Sekunden mit Strom betrieben werden.

Dies bedeutet, dass das GEM-T mit dem neuen GaN-Emitter unter den anspruchsvollsten Bedingungen weiter betrieben werden kann.


Die Launcher-Technologie könnte auch andere Tests an anderen Raketen sehen.

Die Armee hat Interesse bekundet, das gesamte Inventar durch diese Art von Trägerraketen zu ersetzen, wodurch die Reparaturkosten im Rahmen des Gem-T-Programms um 36 Prozent gesenkt werden könnten.


Derzeit hat Galliumnitrid einen ausreichend großen Anwendungsraum.

Als neue Halbleitertechnologie der dritten Generation ist es auch ein Markt, der von Ländern auf der ganzen Welt konkurriert wird, und es wurden eine Reihe von repräsentativen Kräften für Galliumnitrid auf dem Markt gebildet, zu denen die erste Ebene repräsentative Unternehmen wie z Innoseco, Nano und EPC.

Inosec ist das weltweit erste 8-Zoll-Unternehmen mit verbesserter Galliumnitrid-Epitaxie und Chip-Massenproduktion von GG, gehört aber auch zu den ersten Vertretern der Galliumnitrid-Industrie, die für inländische Halbleiterunternehmen repräsentativ sind.


Was hält derzeit die Entwicklung von Galliumnitrid-Geräten zurück?

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In zwei Worten: Zu teuer!


Rückblickend auf die Entwicklung der beiden vorherigen Halbleitergenerationen steht jede Generation von Halbleitertechnologie vom Labor bis zum Markt vor der Herausforderung der Kommerzialisierung.


Galliumnitrid befindet sich ebenfalls in diesem Stadium. Die Kosten werden sich mit der Marktnachfrage, der Massenproduktion, der Prozessinnovation usw. beschleunigen, und der Endmarkt wird die traditionellen Stromversorgungsgeräte auf Siliziumbasis ersetzen.


Die kommerzielle Massenproduktion von 8-Zoll-Galliumnitrid kann die Kosten erheblich senken.


Das Aufkommen der dritten Halbleitergeneration gibt uns die Möglichkeit, diesen Moment mitzuerleben.

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