什么是 GaN半导体技术,它是如何工作的?

作者:admin  来源:本站  发布时间:2023-09-01  访问量:1421

几十年来,电子和技术行业一直依赖硅作为其生产中使用的主要半导体芯片。但最近,这种芯片一直很稀缺,因为它的需求比供应更重要。

许多专家甚至预测,这些行业需要很长时间才能从硅的稀缺中恢复过来。然而,许多公司现在都在使用氮化镓 (GaN)。GaN 比硅更小、更高效、更环保。它也更快更容易制作。

 


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GaN 半导体更适合用于更复杂环境的设备,因为它们可以承受更高的温度。GaN 正在电子和技术领域创造创新的变化和连锁反应。尽管硅芯片是将能量转化为电能的小工具的重要组成部分,但它正在缓慢但肯定地被 GaN 取代。

什么是 GaN 半导体技术,为何如此重要?

GaN由原子序数为31的镓和原子序数为7的氮组成。GaN是一种二元宽带隙半导体。它与具有非常高功率和温度的晶体管更兼容。GaN 还用于激光器、半导体功率器件等。尽管 GaN 自 1990 年代以来一直在使用,但在 2006 年得到了增强,允许在工厂以相同的工艺生产 GaN 晶体管和硅。唯一的区别是 GaN 具有成本效益并且比硅具有更好的性能。

所有半导体都有带隙,但它们总是不同的。带隙决定了半导体的导电能力。例如,GaN 的带隙为 3.4eV,而硅的带隙为 1.2eV。

这种带隙差异意味着 GaN 晶体管可以承载比硅晶体管更高的温度和电压。这也意味着当硅晶体管达到极限时,GaN 晶体管才刚刚起步。这使得 GaN 更适合具有高频率和高功率的设备。

虽然它们的形状比硅晶体管小,但 GaN 晶体管可以方便地处理比硅更广泛的电场,同时具有更快和更好的开关。

GaN 技术正变得越来越流行,因为它们提供了更好的输出和性能。此外,GaN 技术减少了提供输出和性能所需的空间和人力资源。它们也可用于各种产品。

预计到 2030 年,A Silicon 到 GaN 的数据中心升级将使能量损失减少 30% 到 40%。这意味着节省了超过 125 公吨和 100 太瓦时的二氧化碳排放量。这是可能的,因为 GaN 半导体的碳足迹是硅芯片的 10 倍。

此外,随着 GaN 技术的改进,它将变得比硅更具成本效益,并且具有更好的性能。因此,GaN晶体管很有可能在未来取代硅晶体管。

氮化镓半导体技术的优势

与其他对应物硅半导体相比,GaN 半导体具有多个优势。以下是一些优点:

GaN 半导体比硅具有更高的频率和温度。结果,它们冷却得更快,减少了磁性,并迅速从液体冷却转换为空气冷却。

GaN 半导体比硅更具成本效益。它们还降低了能源成本,这意味着更少的材料成本和尺寸。

它们具有更高的开关频率。这是因为 GaN 半导体在其电源电路中使用更小的电容器和电感器。这确保了它们的频率成为电感和电容的 10 倍,从而显着降低了体积、成本和重量。这也意味着它们可以承受更大的电场。

GaN 半导体技术如何工作?

GaN半导体用于集成电路和功率晶体管以实现高效率。在氮化镓 (GaN) 晶体上生长一层薄薄的氮化铝镓。在界面处产生产生 2DEG(二维电子气)的应变。

当引入电场时,这种高导电性 2DEG 可用于有效传导电子。2DEG 具有高导电性,因为电子被限制在界面处的小空间内。

这导致电子的迁移率从大约 1000cm^2/Vs 增加到 1500 到 2000cm^2/Vs 之间。并且由于电子的高迁移率,GaN集成电路和晶体管具有更好的强度、导热性、电阻和更快的开关动量。

GaN RF 器件被用于在笔记本电脑、手机和 Wi-Fi 中实现更好的传输。GaN 还用于适配器和充电器为它们供电。它的半导体也被用于数据服务器中心。它们被广泛用于不同的应用。这表明它们是多么灵活和动态。

最后的想法

GaN是下一代半导体。并且随着氮化镓在集成电路和晶体管中的性能和潜在能力的提高,科技公司应该更加关注它。

GaN 半导体具有更快的开关速度,从而降低了开关损耗。它们也不需要太多功率来驱动电路。与硅芯片相比,它们在更高的温度和频率下工作。毫无疑问,GaN 半导体是技术和电子行业的下一个游戏规则改变者。