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Galliumnitrid (GaN) Zeit ist gekommen! Warum gefällt es so vielen Menschen? Nachdem Sie es gelesen haben, werden Sie verstehen!

Sep 15, 2020

Galliumnitrid (GaN) Zeit ist gekommen!

Warum gefällt es so vielen Menschen?

Nachdem Sie es gelesen haben, werden Sie verstehen!


Die Halbleiterindustrie befindet sich seit mehr als 50 Jahren im Bann von Moores Gesetz und trägt Wind und Regen auf dem Weg.

Die Beschleunigung von Moores Gesetz über die Halbleiterindustrie hat sich jedoch erheblich verlangsamt, da sich die charakteristische Größe der Halbleitertechnologie der theoretischen Grenze nähert.


Neben der weiteren Extraktion des letzten "Restwerts" aus Moores Gesetz im Herstellungsprozess wird die Verbesserung der Halbleitertechnologie in Zukunft auch eine wichtige Richtung sein, um eine neue Generation anderer Halbleitermaterialien als Silizium (Si) zu finden.

Dabei ist Galliumnitrid (GaN) in den letzten Jahren als Hochfrequenzbegriff in saugegezutauchen.


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 Eigenschaftenvorteile.

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

Die größere Bandbreite und das elektrische Feld der Isolierungsschäden reduzieren den Ein-Aus-Widerstand des Geräts, was sich positiv auf die Gesamtenergieeffizienz des Geräts auszahlt.

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 geringerer Größe durch Verwendung von GaN erhalten, was mit der "Tonalität" der Halbleiterindustrie übereinstimmt.


Tatsächlich hat die Anwendungsforschung von SiC, das auch das Halbleitermaterial der dritten Generation ist, im Vergleich zu GaN früher begonnen, und GaN ist in den letzten Jahren aus zwei Hauptgründen auffälliger.


Zunächst einmal hat GaN ein stärkeres Potenzial bei der Kostensenkung gezeigt.

Aktuelle Mainstream-GaN-Technologiehersteller entwickeln Si-basierte GaN-Geräte, um das teure SiC-Substrat zu ersetzen.

Einige Analysten prognostizieren, dass die Kosten für GaN MOSFET bis 2019 denen herkömmlicher Si-Geräte ähneln werden, wenn ein Wendepunkt des Marktes wahrscheinlich ist.

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


Zweitens ist das GaN-Gerät ein planares Gerät und verfügt über eine starke Kompatibilität mit dem bestehenden Si-Halbleiterprozess, der die Integration mit anderen Halbleiterbauelementen erleichtert.

So haben einige Hersteller die Integration von IC- und GaN-Schaltrohr realisiert, wodurch die Nutzungsschwelle des Benutzers weiter reduziert wird.


Es basiert auf den oben genannten Eigenschaften von GaN, immer mehr Menschen sind optimistisch, was seine Entwicklung Trend.

Insbesondere in mehreren Schlüsselmärkten hat GaN eine beachtliche Durchdringung gezeigt.


1.GaN-Anwendung in 5G


Hochfrequenz-Galliumnitrid-Technologie ist eine perfekte Ergänzung für 5G. Basisstationsverstärker verwenden Galliumnitrid.

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


Im Vergleich zu hochfrequenten Prozessen wie Galliumarsenid und Indiumphosphid haben Galliumnitridgeräte eine höhere Ausgangsleistung.

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

Die höhere momentane Bandbreite von Galliumnitrid-Geräten ist wichtig, und der Einsatz von Carrier-Aggregationstechniken 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 bestimmtes Leistungsniveau hat GaN den Vorteil einer kleinen Größe.

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

Eine der Wichtigsten Komponenten des Hochfrequenzkreises ist PA.


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


GaN wird also zum nächsten Hot Spot.

Als Breitband-Spalthalbleiter kann Galliumnitrid höherer Arbeitsspannung standhalten, was bedeutet, dass seine Leistungsdichte und Arbeitstemperatur höher sind. Daher hat Galliumnitrid die Eigenschaften von hoher Leistungsdichte, niedrigem Energieverbrauch, geeignet für hohe Frequenz, Unterstützung Breitband, etc.


Qualcomm-Präsident Cristiano Amon sagte auf dem Qualcomm 4G / 5G Summit 2018, dass er erwartet, dass die ersten beiden Wellen von 5G-Telefonen in der ersten Hälfte des nächsten Jahres und dem Weihnachts- und Neujahrsgeschäft auf den Markt kommen werden, wobei die ersten kommerziellen 5G-Telefone in Kürze auf den Markt kommen werden.

Die 5G-Technologie soll dem Bericht zufolge Geschwindigkeiten bieten, die 10 bis 100 Mal schneller sind als aktuelle 4G-Netze, bis zu Gigabit pro Sekunde, während die Latenz effektiver reduziert wird.


In Multi-Input Multi-Output (MIMO) Anwendungen, die Schlüsseltechnologie von 5 g Massive Basisstation Transceiver Buchstaben auf große Anzahl (wie 32/64) Antennen-Array zu verwenden, um eine größere drahtlose Datenverkehr und Verbindungszuverlässigkeit zu erreichen, Diese Architektur muss einen kompletten Satz von entsprechenden rf Transceiver Zell-Array bilden, so dass die Anzahl der rf-Geräte stark erhöht wird, die Größe des Geräts ist der Schlüssel, mit GaN kleine Größe, hohe Effizienz und Leistungsdichte der Eigenschaften von big kann High-Set-Lösungen realisieren, wie modulare rf Front-End-Gerät.


In 5G-MMW-Anwendungen können die Eigenschaften von GaN mit hoher Leistungsdichte die Anzahl der Transceiver-Kanäle und die Größe des Gesamtschemas unter den gleichen Abdeckungsbedingungen und Benutzerverfolgungsfunktionen effektiv reduzieren.

Erzielen Sie die optimale Kombination von Performance-Kosten.

Zusätzlich zu der Basisstation Radiofrequenz-Transceiver-Einheit, um die erforderliche Anzahl von rf-Geräte stark erhöht anzuzeigen, wird die Dichte der Basisstation und Basisstation Nummer wird auch stark erhöht werden, so im Vergleich zu 3 g, 4 g Ära, im Alter von 5 g rf Geräte wird in der Anzahl der Dutzende von Malen zu erhöhen, sogar hundert mal , so dass die Kostenkontrolle entscheidend ist, und Silizium-Galliumnitrid hat großen Vorteil auf Kosten, mit dem Reifen der Silizium-basierten Galliumnitrid-Technologie, kann es sein, den Durchbruch im größten Preisvorteil zu vermarkten.


2. Anwendung von GaN im Schnelllademarkt


Mit dem größeren und größeren Bildschirm von elektronischen Produkten, erhöht sich auch die Leistung von Ladegeräten, vor allem für Hochleistungs-Schnellladegeräte, kann der Einsatz von traditionellen Stromschaltern die aktuelle Situation der Ladegeräte nicht ändern.


Und die GaN-Technologie kann es tun, denn es ist die weltweit schnellsten Power-Switching-Geräte, und kann im Falle von Hochgeschwindigkeitsschalter immer noch hohe Effizienz, kann in kleineren Komponenten verwendet werden, kann effektiv sein, wenn auf das Ladegerät angewendet werden, um die Produktgröße zu reduzieren, wie auf die typische 45 w Adapter-Design kann 25 w oder ein kleineres Formdesign verwenden.


Galliumnitrid-Ladegeräte haben weltweite Aufmerksamkeit erregt. Hohe Geschwindigkeit, hohe Frequenz und hohe Effizienz machen die Hochleistungs-USB-PD-Ladegeräte nicht mehr zu einem großen Ziegelstein, sondern können eine hohe Leistung bei gleicher kompakter Größe erreichen, die kleiner und leichter ist als die ursprünglichen 30W-Ladegeräte von APPLE.


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


Nach unvollständigen Statistiken, am 23. Oktober 2018 gibt es 52 Mobiltelefone auf dem Markt, die USB PD schnelles Laden unterstützen, und fast alle Mainstream-Handy-Hersteller haben USB PD Schnellladeprotokoll in die Ladekonfiguration von Mobiltelefonen integriert, einschließlich einiger Top-Tier-Hersteller wie Apple, Huawei, Xiaomi und Samsung.


Aus dem Layout verschiedener Handyhersteller und Original-Chipfabriken wird USB PD-Schnellladung derzeit das bevorzugte Ladeschema für elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Spielkonsolen und Laptops werden, und USB Type-C wird auch die einzige Schnittstelle für die Strom- und Datenübertragung zwischen elektronischen Geräten in den nächsten zehn Jahren werden. Das einheitliche USB PD-Schnellladeprotokoll steht vor der Zeit.

3. Anwendung von GaN in fahrerloser Technologie

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

Galliumnitrid fET schaltet bis zu zehnmal schneller als MOSFET-Geräte, was dem LiDAR-System die Vorteile einer überlegenen Auflösung und einer schnelleren Reaktionszeit bietet, die durch überlegene Umschaltungen eine höhere Genauigkeit antreibt.


Diese Funktionen treiben eine ganz neue und breitere Palette von LiDAR-Anwendungen an, darunter Videospiel-Apps, die Echtzeitbewegungen erkennen, Computer, die Gesten zum Fahren von Befehlen verwenden, und selbstfahrende Autos.


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


Galliumnitrid ist deutlich schneller, 100- oder sogar 1.000-mal schneller als Silizium in aktuellen LIDAR-Anwendungen.

Geschwindigkeit bedeutet Geschwindigkeit, Schärfe und Präzision.


Beschreiben wir die Dinge vor der Straße und Farbwarnungen für Spurwechsel.

Lidar kann das Vorhandensein von Hindernissen auf der Straße vor.

Mit LIDAR können Sie ein vollständigeres Bild der Geländeänderungen erhalten, einige der Gelände, die Sie nicht sehen können.

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


4. Anwendung von GaN in der nationalen Verteidigungsindustrie


Raytheon hat angekündigt, dass es mit der Verwendung von Galliumnitrid (GaN) Computerchips in seinem neuen Guidance Enhanced Missile-TBM (GEM-T) Interceptor beginnen wird, um das derzeit in Raketenwerfern verwendete Traveling Wave Tube (TWT) zu ersetzen.

Thor hofft, die Zuverlässigkeit und Effizienz des Abfangjägers zu verbessern, indem er GaN-Chips verwendet, um den Launcher des GEM-T zu aktualisieren.

Darüber hinaus bedeutet der Übergang zu GaN in neu produzierten Raketen, dass die Trägerrakete während der Lebensdauer des Abfangjägers nicht ersetzt werden muss.


Raytheons Gem-T-Rakete ist das Rückgrat des Patriot Air and Missile Defense Systems der US-Armee, das gegen Flugzeuge und taktische ballistische 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.

Damit kann der GEM-T mit dem neuen GaN-Emitter unter den anspruchsvollsten Bedingungen weiterarbeiten.


Die Trägerraketentechnologie könnte auch andere Tests an anderen Raketen sehen.

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


Derzeit verfügt Galliumnitrid über einen ausreichend großen Einsatzraum.

Als neue Halbleitertechnologie der dritten Generation ist sie auch ein Markt, der von Ländern auf der ganzen Welt konkurriert, und es wurden eine Reihe von Galliumnitrid-Repräsentantenkräften auf dem Markt gebildet, darunter repräsentative Unternehmen wie Innoseco, Nano und EPC.

Inosec ist die weltweit erste 8-Zoll-verbesserte Galliumnitrid-Epitaxie und Chip-Massenproduktion von Unternehmen, zählt aber auch zu den ersten Rängen der Galliumnitrid-Industrie, die für heimische Halbleiterunternehmen repräsentativ ist.


Doch was bremst derzeit die Entwicklung von Galliumnitrid-Geräten?

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In zwei Worten: Zu teuer!


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


Galliumnitrid ist auch in diesem Stadium. Die Kosten werden sich mit der Marktnachfrage, der Massenproduktion, der Prozessinnovation usw. beschleunigen, und der Endmarkt wird die traditionellen Silizium-basierten Leistungsgeräte ersetzen.


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


Das Aufkommen der dritten Generation von Halbleitern gibt uns die Chance, diesen Moment mitzuerleben.

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