Gallium Nitride (GaN) အပလီကေးရှင်းများ၏ အားသာချက်များနှင့် အားနည်းချက်များ

ကမ္ဘာသည် semiconductors များတွင် အခွင့်အလမ်းသစ်များကို ရှာဖွေနေသကဲ့သို့၊ဂါလီယမ်နိုက်ထရိတ်အနာဂတ်ပါဝါနှင့် RF အသုံးချပရိုဂရမ်များအတွက် အလားအလာရှိသော ကိုယ်စားလှယ်လောင်းတစ်ဦးအဖြစ် ဆက်လက်ရပ်တည်နေပါသည်။ သို့သော်လည်း ၎င်းသည် ပေးဆောင်သည့် အကျိုးကျေးဇူးများအားလုံးအတွက်၊ ၎င်းသည် ကြီးမားသောစိန်ခေါ်မှုကို ရင်ဆိုင်ရဆဲဖြစ်သည်။ P-type (P-type) ထုတ်ကုန်များ မရှိပါ။ GaN ကို နောက်လာမည့် အဓိက တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် အဘယ်ကြောင့် ဂုဏ်တင်ရသနည်း၊ P-type GaN ကိရိယာများ မရှိခြင်းသည် အဘယ်ကြောင့် အဓိက အားနည်းချက်ဖြစ်သနည်း၊ ၎င်းသည် အနာဂတ် ဒီဇိုင်းများအတွက် ဘာကိုဆိုလိုသနည်း။

အီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်းဈေးကွက်တွင် ပထမဆုံး အီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်းများ ဈေးကွက်ဝင်ချိန်မှစ၍ အချက်လေးချက် ဆက်လက်တည်ရှိနေပါသည်- ၎င်းတို့သည် တတ်နိုင်သမျှ သေးငယ်ရန်၊ တတ်နိုင်သမျှ စျေးပေါရန်၊ တတ်နိုင်သမျှ ပါဝါပေးနိုင်ရန်နှင့် ပါဝါကို နည်းနိုင်သမျှနည်းအောင် သုံးစွဲရန် လိုအပ်ပါသည်။ ဤလိုအပ်ချက်များသည် တစ်ခုနှင့်တစ်ခု မကြာခဏ ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်တတ်သည်ဟု ယူဆပါက ဤလိုအပ်ချက်လေးရပ်ကို ဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်သည့် ပြီးပြည့်စုံသော အီလက်ထရွန်နစ်ကိရိယာကို ဖန်တီးရန် ကြိုးစားခြင်းသည် စိတ်ကူးယဉ်အိပ်မက်တစ်ခုဖြစ်သော်လည်း အင်ဂျင်နီယာများ တတ်နိုင်သမျှ လုပ်ဆောင်ခြင်းမှ ရပ်တန့်သွားခြင်းမရှိပေ။

အဆိုပါ လမ်းညွှန်မူလေးချက်ကို အသုံးပြု၍ အင်ဂျင်နီယာများသည် မဖြစ်နိုင်ဟုထင်ရသော အလုပ်များကို အမျိုးမျိုး ပြီးမြောက်အောင် လုပ်ဆောင်နိုင်ခဲ့ပြီး ကွန်ပျူတာများသည် အခန်းအရွယ်အစား ကိရိယာများမှ ဆန်စပါးထက် သေးငယ်သော ချစ်ပ်များအထိ ကျဉ်းသွားကာ ကြိုးမဲ့ ဆက်သွယ်မှုနှင့် အင်တာနက် အသုံးပြုခွင့်ကို ခွင့်ပြုသည့် စမတ်ဖုန်းများ၊ နှင့် virtual reality စနစ်များ ဖြင့် အောင်မြင်ခဲ့ကြသည်။ ၎င်းကို host computer နှင့် သီးခြားခွဲ၍ ဝတ်ဆင်အသုံးပြုနိုင်ပြီဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ အင်ဂျင်နီယာများသည် ဆီလီကွန်ကဲ့သို့ အသုံးများသော ပစ္စည်းများ၏ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များနှင့် နီးကပ်လာသည်နှင့်အမျှ စက်ပစ္စည်းများကို သေးငယ်စေရန်နှင့် ပါဝါနည်းအသုံးပြုခြင်းသည် ယခုအခါ မဖြစ်နိုင်တော့ပေ။

ရလဒ်အနေဖြင့်၊ သုတေသီများသည် ထိုကဲ့သို့သော အသုံးများသောပစ္စည်းများကို အစားထိုးနိုင်သည့် ပစ္စည်းအသစ်များကို အဆက်မပြတ်ရှာဖွေနေပြီး ပိုမိုထိရောက်စွာလည်ပတ်နိုင်သော သေးငယ်သောစက်ပစ္စည်းများကို ဆက်လက်ပံ့ပိုးပေးလျက်ရှိသည်။ Gallium nitride (GaN) သည် ထင်ရှားသော အကြောင်းများကြောင့် ဆီလီကွန်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက အာရုံစူးစိုက်မှု အများအပြားရရှိစေသော ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်သည်။

GaN၏ သာလွန်သော စွမ်းဆောင်ရည်

ပထမဦးစွာ GaN သည် ဆီလီကွန်ထက် အဆ 1,000 ပိုသော လျှပ်စစ်ဓာတ်အား သယ်ဆောင်ပြီး ပိုမိုမြင့်မားသော လျှပ်စီးကြောင်းတွင် လည်ပတ်နိုင်စေပါသည်။ ဆိုလိုသည်မှာ GaN စက်ပစ္စည်းများသည် အပူများစွာမထုတ်ဘဲ သိသိသာသာမြင့်မားသောပါဝါဖြင့် လည်ပတ်နိုင်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် ပေးထားသည့်ပါဝါတစ်ခုတည်းအတွက် သေးငယ်သွားနိုင်သည်။

GaN ၏ အပူစီးကူးနိုင်စွမ်းသည် ဆီလီကွန်ထက် အနည်းငယ်နိမ့်သော်လည်း ၎င်း၏ အပူပိုင်းစီမံခန့်ခွဲမှု အားသာချက်များသည် ပါဝါမြင့်သော အီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများအတွက် လမ်းကြောင်းသစ်များ ပွင့်စေသည်။ အာကာသယာဉ်နှင့် မော်တော်ကားအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများကဲ့သို့သော အာကာသကို ပရီမီယံနှင့် အအေးပေးသည့်ဖြေရှင်းနည်းများကို လျှော့ချရန်လိုအပ်သည့် အက်ပ်များအတွက် အထူးအရေးကြီးပြီး GaN စက်ပစ္စည်းများ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် ထိန်းသိမ်းထားနိုင်မှုသည် ကြမ်းတမ်းသောပတ်ဝန်းကျင်အသုံးချပရိုဂရမ်များအတွက် ၎င်းတို့၏အလားအလာကို မီးမောင်းထိုးပြပါသည်။

ဒုတိယအနေဖြင့်၊ GaN ၏ပိုကြီးသော bandgap (3.4eV နှင့် 1.1eV) သည် dielectric ပြိုကွဲခြင်းမပြုမီ ပိုမိုမြင့်မားသောဗို့အားများတွင်အသုံးပြုရန်ခွင့်ပြုသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့် GaN သည် ပါဝါပိုထုတ်နိုင်ရုံသာမက ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်ကို ထိန်းသိမ်းထားစဉ် ဗို့အားပိုမိုမြင့်မားစွာ လုပ်ဆောင်နိုင်သည်။

မြင့်မားသော အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှုသည် GaN ကို ပိုမိုမြင့်မားသော ကြိမ်နှုန်းများတွင် အသုံးပြုနိုင်သည်။ ဤအချက်သည် GHz အကွာအဝေးထက် ကောင်းမွန်စွာလည်ပတ်နိုင်သော RF ပါဝါအက်ပ်လီကေးရှင်းများအတွက် GaN ကို အရေးပါစေသည်။

သို့သော်၊ ဆီလီကွန်သည် GaN ထက် အနည်းငယ်ပိုကောင်းသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ GaN ကိရိယာများသည် ဆီလီကွန်ကိရိယာများထက် အပူပိုင်းလိုအပ်ချက်ပိုများသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့်၊ အပူလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းမရှိခြင်းက GaN စက်ပစ္စည်းများကို ပါဝါမြင့်မားစွာလည်ပတ်သောအခါတွင် ကျုံ့နိုင်မှုကို ကန့်သတ်ထားပါသည် (အပူလွန်ကဲရန်အတွက် ပစ္စည်းအများအပြားလိုအပ်သောကြောင့်)။

GaNAchilles Heel - P-Type မရှိပါ။

မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းများတွင်ပါဝါမြင့်မားစွာလည်ပတ်နိုင်သောတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးကိရိယာများရှိခြင်းသည်ကောင်းမွန်သော်လည်း GaN မှပေးဆောင်သည့်အားသာချက်များအားလုံးအတွက်၊ အပလီကေးရှင်းများစွာတွင်ဆီလီကွန်အစားထိုးနိုင်စွမ်းကိုပြင်းထန်စွာဟန့်တားနိုင်သည့်အဓိကအားနည်းချက်တစ်ခုရှိသည်- P-types မရှိခြင်း။

စောဒကတက်စရာမှာ၊ အသစ်ရှာဖွေတွေ့ရှိထားသည့် ပစ္စည်းများ၏ အဓိကရည်ရွယ်ချက်တစ်ခုမှာ စွမ်းဆောင်ရည်ကို သိသိသာသာတိုးမြှင့်ရန်နှင့် ပိုမိုမြင့်မားသော ပါဝါနှင့် ဗို့အားကို ပံ့ပိုးပေးရန်ဖြစ်ပြီး၊ လက်ရှိ GaN ထရန်စစ္စတာများသည် ယင်းကို အောင်မြင်နိုင်သည်ဆိုသည်ကို သံသယဖြစ်ဖွယ်မရှိပါ။ သို့သော်လည်း၊ GaN ထရန်စစ္စတာတစ်ခုစီသည် အထင်ကြီးလောက်စရာ ဂုဏ်သတ္တိများကို ပေးစွမ်းသော်လည်း လက်ရှိစီးပွားရေးလုပ်ငန်းသုံး GaN စက်များအားလုံးသည် N-type ဖြစ်သောကြောင့် ၎င်းတို့၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို အလွန်အမင်း ထိရောက်မှုကို ထိခိုက်စေပါသည်။

ဘာကြောင့် ဒီလိုဖြစ်ရတာလဲဆိုတာ နားလည်ဖို့အတွက်၊ NMOS နဲ့ CMOS logic အလုပ်လုပ်ပုံကို ကြည့်ဖို့ လိုပါတယ်။ NMOS ယုတ္တိဗေဒသည် ၎င်း၏ရိုးရှင်းသော ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ဒီဇိုင်းကြောင့် 1970 နှင့် 1980 ခုနှစ်များတွင် အလွန်ရေပန်းစားသော နည်းပညာတစ်ခုဖြစ်သည်။ N-type MOS transistor ၏ power supply နှင့် drain ကြားတွင် ချိတ်ဆက်ထားသော single resistor ကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့်၊ ထို transistor ၏ gate သည် non-gate ကို ထိထိရောက်ရောက် အကောင်အထည်ဖော်ကာ MOS transistor ၏ drain ရှိ ဗို့အားကို ထိန်းချုပ်နိုင်မည်ဖြစ်သည်။ အခြား NMOS ထရန်စစ္စတာများနှင့် ပေါင်းစပ်သောအခါ၊ AND၊ OR၊ XOR နှင့် latches များအပါအဝင် လော့ဂျစ်အစိတ်အပိုင်းအားလုံးကို ဖန်တီးနိုင်သည်။

သို့သော်၊ ဤနည်းပညာသည် ရိုးရှင်းသော်လည်း NMOS ထရန်စစ္စတာဖွင့်ထားချိန်တွင် resistors များပေါ်တွင် ပါဝါများစွာကို ဆုံးရှုံးသွားကြောင်း ဆိုလိုသည်မှာ ပါဝါပေးရန်အတွက် resistors ကိုအသုံးပြုသည်။ တံခါးတစ်ခုတည်းအတွက်၊ ဤပါဝါဆုံးရှုံးမှုသည် အနည်းငယ်မျှသာဖြစ်သော်လည်း စက်ပစ္စည်းကို အပူပေးပြီး ချစ်ပ်တစ်ခုတည်းတွင် အသုံးပြုနေသော စက်ပစ္စည်းအရေအတွက်ကို ကန့်သတ်နိုင်သည့် 8-bit CPU အသေးများသို့ ချဲ့ထွင်သည့်အခါတွင် တိုးလာနိုင်သည်။