Dla rozwoju urządzeń zasilających GaN kluczowe znaczenie ma trakcja popytu rynkowego.Od dziedziny zasilania i PFC (korekcja współczynnika mocy) (które zdominują rynek w 2020 r.), po UPS (zasilanie bezprzerwowe) i napęd silnikowy, wiele dziedzin zastosowań skorzysta z właściwości urządzeń zasilających GaN-on-Si .
Yole Developpement, firma zajmująca się badaniem rynku, uważa, że oprócz tych zastosowań, po 2020 r. nowe materiały i urządzenia zaczną być stosowane w pojazdach czysto elektrycznych (EV) i pojazdach hybrydowych (HEV). rynku urządzeń GaN prawdopodobnie osiągnie około 600 milionów dolarów w 2020 roku. W tym czasie 6-calowa płytka może przetwarzać około 580 000 GaN.Zgodnie z koncepcją EV i HEV przyjmujących GaN od 2018 lub 2019 roku, liczba urządzeń GaN znacznie wzrośnie od 2016 roku i będzie rosła średniorocznie o 80% (CAGR) do 2020 roku.
Wraz ze stopniową dojrzałością technologii 5G i możliwościami, jakie niesie rynek chipów RF Front End, zapotrzebowanie na wzmacniacze mocy RF (RF PA) będzie nadal rosło w przyszłości, w tym na tradycyjne półprzewodniki oksydowane metalicznie (Laterally Diffused metal The Oxide Semiconductor ( LDMOS (LDMOS ma niskie koszty i wysoką moc) jest stopniowo zastępowany przez azotek galu (GaN), zwłaszcza w technologii 5G, która wymaga większej liczby komponentów i wyższych częstotliwości. Ponadto arsenek galu (GaAs) rośnie stosunkowo stabilnie. Wprowadzając nową technologię RF, RF PA zostanie zrealizowany z nową technologią procesową, wśród której RF PA GaN stanie się główną technologią procesową o mocy wyjściowej większej niż 3 W, a udział w rynku LDMOS będzie stopniowo spadał.
Ponieważ technologia 5G obejmuje zastosowania anten o częstotliwości fal milimetrowych i wielkoskalowych MIMO (Multi-Input Multi-Output) w celu osiągnięcia integracji bezprzewodowej 5G i przełomów architektonicznych, jak w przyszłości zaadoptować Massive-MIMO i fale milimetrowe (mmWav na dużą skalę? e) Kluczem do rozwoju będzie system powrotów.Ze względu na wysoką częstotliwość 5G wzrosło zapotrzebowanie na komponenty częstotliwości radiowej o dużej mocy, wysokiej wydajności i dużej gęstości, z których azotek galu (GaN) spełnia swoje warunki, czyli rynek GaN ma więcej potencjalnych możliwości biznesowych.
【Trzy】Co to jest azotek galu (GAN)?
Badania i zastosowanie materiałów GaN to wiodący punkt w światowych badaniach nad półprzewodnikami.Jest to nowy materiał półprzewodnikowy do rozwoju urządzeń mikroelektronicznych i urządzeń optoelektronicznych.Wraz z SIC, diamentem i innymi materiałami półprzewodnikowymi jest znany jako pierwsza generacja materiałów półprzewodnikowych Ge i Si, druga generacja GaAs i InP.Materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji po kompozytowych materiałach półprzewodnikowych.Ma szerokie bezpośrednie pasmo wzbronione, silne wiązania atomowe, wysoką przewodność cieplną, dobrą stabilność chemiczną (prawie nie koroduje żadnym kwasem) i dużą odporność na promieniowanie.Ma szerokie perspektywy zastosowania fotoelektronów, urządzeń wysokotemperaturowych i dużej mocy oraz urządzeń mikrofalowych wysokiej częstotliwości.
Azotek galu (GAN) jest typowym przedstawicielem materiałów półprzewodnikowych trzeciej generacji.Przy T=300K jest głównym składnikiem diod elektroluminescencyjnych w oświetleniu półprzewodnikowym.Azotek galu jest materiałem sztucznym.Warunki do naturalnego powstawania azotku galu są niezwykle trudne.Do syntezy azotku galu z metalicznym galem i azotem potrzeba ponad 2000 stopni wysokich temperatur i prawie 10 000 ciśnienia atmosferycznego, co jest niemożliwe do osiągnięcia w naturze.
Jak wszyscy wiemy, materiałem półprzewodnikowym pierwszej generacji jest krzem, który głównie rozwiązuje problemy przetwarzania i przechowywania danych;półprzewodnik drugiej generacji jest reprezentowany przez arsenek galu, który jest stosowany do komunikacji światłowodowej, głównie rozwiązując problem transmisji danych;półprzewodnik trzeciej generacji jest reprezentowany przez azotek galu, który ma nagłe właściwości konwersji elektrycznej i optycznej.Jest bardziej wydajny w transmisji sygnału mikrofalowego, dzięki czemu może być szeroko stosowany w oświetleniu, wyświetlaniu, komunikacji i innych dziedzinach.W 1998 roku amerykańscy naukowcy opracowali pierwszy tranzystor z azotku galu.
【Cztery】Właściwości azotku galu (GAN)Wysoka wydajność: obejmuje głównie wysoką moc wyjściową, dużą gęstość mocy, dużą przepustowość roboczą, wysoką wydajność, mały rozmiar, niewielką wagę itp. Obecnie moc wyjściowa materiałów półprzewodnikowych pierwszej i drugiej generacji osiągnęła limit, a GaN półprzewodniki mogą z łatwością osiągnąć wysoką szerokość impulsu roboczego i wysoki współczynnik pracy ze względu na zalety w zakresie stabilności termicznej, zwiększając 10-krotnie moc transmisji poziomu jednostki anteny.
Wysoka niezawodność: Żywotność urządzenia zasilającego jest ściśle związana z jego temperaturą.Im wyższa temperatura złącza, tym niższa żywotność.Materiały GaN charakteryzują się wysoką temperaturą złącza i wysoką przewodnością cieplną, co znacznie poprawia adaptowalność i niezawodność urządzeń w różnych temperaturach.Urządzenia GaN mogą być stosowane w sprzęcie wojskowym powyżej 650°C.
Niski koszt: Zastosowanie półprzewodnika GaN może skutecznie poprawić konstrukcję anteny nadawczej, zmniejszyć liczbę elementów emisji i serii wzmacniaczy itp., a także skutecznie obniżyć koszty.Obecnie GaN zaczął zastępować GaA jako materiał elektroniczny modułu T/R (odbiornik/wyłącznik) dla nowych radarów i zakłócaczy.Następna generacja AMDR (solid-state active phased array radar) w armii amerykańskiej wykorzystuje półprzewodniki GaN.Doskonałe właściwości azotku galu z dużą szerokością pasma, wysokim napięciem przebicia, wysoką przewodnością cieplną, dużą prędkością dryfu nasycenia elektronów, dużą odpornością na promieniowanie i dobrą stabilnością chemiczną sprawiają, że jest to system materiałowy o najwyższej jak dotąd wydajności konwersji elektrooptycznej i fotoelektrycznej i może stać się mikroelektroniką o szerokim spektrum, dużej mocy i wysokiej wydajności., kluczowe podstawowe materiały energoelektroniki, optoelektroniki i innych urządzeń.
Szerokie pasmo GaN (3,4 eV) i szafirowe materiały są wykorzystywane jako podłoże, które ma dobre właściwości rozpraszania ciepła, co sprzyja działaniu urządzeń w warunkach dużej mocy.Dzięki ciągłym pogłębiającym się badaniom i rozwojowi materiałów i urządzeń azotkowych grupy III, skomercjalizowano technologie GaInN o ultrawysokim niebieskim świetle i zielonych diodach LED.Teraz duże firmy i instytucje badawcze na całym świecie dużo zainwestowały w rywalizację o rozwój technologii Blu-ray LED.
