សម្ភារៈស៊ីមីកុងដុកទ័របានវិវត្តន៍តាមរយៈជំនាន់បំប្លែងបីយ៉ាង៖
ជំនាន់ទី 1 (Si/Ge) បានបង្កើតមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃគ្រឿងអេឡិចត្រូនិចទំនើបៗ
ជំនាន់ទី 2 (GaAs/InP) បានបំបែកឧបសគ្គអុបតូអេឡិចត្រូនិច និងឧបសគ្គប្រេកង់ខ្ពស់ ដើម្បីជំរុញបដិវត្តន៍ព័ត៌មាន។
បន្ទះឈីបជំនាន់ទី 3 (SiC/GaN) ឥឡូវនេះដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមផ្នែកថាមពល និងបរិស្ថានធ្ងន់ធ្ងរ ដោយអាចឱ្យមានអព្យាក្រឹតភាពកាបូន និងយុគសម័យ 6G។
វឌ្ឍនភាពនេះបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរគំរូពីភាពបត់បែនទៅជាជំនាញខាងវិទ្យាសាស្ត្រសម្ភារៈ។
១. ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកជំនាន់ទីមួយ៖ ស៊ីលីកុន (Si) និងហ្សឺម៉ាញ៉ូម (Ge)
ប្រវត្តិសាស្ត្រ
នៅឆ្នាំ 1947 Bell Labs បានបង្កើតត្រង់ស៊ីស្ទ័រ germanium ដែលជាការចាប់ផ្តើមនៃយុគសម័យ semiconductor។ នៅទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1950 ស៊ីលីកុនបានជំនួស germanium បន្តិចម្តងៗជាមូលដ្ឋាននៃសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា (ICs) ដោយសារតែស្រទាប់អុកស៊ីដដែលមានស្ថេរភាព (SiO₂) និងទុនបម្រុងធម្មជាតិដ៏សម្បូរបែបរបស់វា។
លក្ខណៈសម្បត្តិសម្ភារៈ
ទី១គម្លាតកម្រិតបញ្ជូន៖
យេម៉ាញ៉ូម៖ 0.67 eV (គម្លាតកម្រិតតូចចង្អៀត ងាយនឹងលេចធ្លាយចរន្ត និងដំណើរការសីតុណ្ហភាពខ្ពស់មិនល្អ)។
ស៊ីលីកុន៖ 1.12 eV (គម្លាតប្រេកង់ដោយប្រយោល ស័ក្តិសមសម្រាប់សៀគ្វីតក្កវិជ្ជា ប៉ុន្តែមិនអាចបញ្ចេញពន្លឺបាន)។
ទី២គុណសម្បត្តិនៃស៊ីលីកុន៖
បង្កើតជាអុកស៊ីដដែលមានគុណភាពខ្ពស់ (SiO₂) ដោយធម្មជាតិ ដែលអាចឱ្យមានការផលិត MOSFET។
តម្លៃទាប និងសម្បូរទៅដោយផែនដី (ប្រហែល 28% នៃសមាសភាពសំបកផែនដី)។
៣,ដែនកំណត់៖
ចល័តភាពអេឡិចត្រុងទាប (មានត្រឹមតែ 1500 cm²/(V·s)) ដែលរឹតត្បិតដំណើរការប្រេកង់ខ្ពស់។
ការអត់ធ្មត់វ៉ុល/សីតុណ្ហភាពខ្សោយ (សីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការអតិបរមា ~150°C)។
កម្មវិធីសំខាន់ៗ
ទី១សៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា (ICs):
ស៊ីភីយូ បន្ទះឈីបអង្គចងចាំ (ឧ. DRAM, NAND) ពឹងផ្អែកលើស៊ីលីកុនសម្រាប់ដង់ស៊ីតេសមាហរណកម្មខ្ពស់។
ឧទាហរណ៍៖ បន្ទះឈីប Intel's 4004 (1971) ដែលជាមីក្រូប្រូសេសស័រពាណិជ្ជកម្មដំបូងគេ បានប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាស៊ីលីកុន 10μm។
ទី២ឧបករណ៍ថាមពល៖
ធីរីស្ទ័រដំបូងៗ និង MOSFETs វ៉ុលទាប (ឧទាហរណ៍ ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលកុំព្យូទ័រ) គឺមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។
បញ្ហាប្រឈម និង ភាពហួសសម័យ
ជ័រម៉ាញ៉ូមត្រូវបានបញ្ឈប់ជាបណ្តើរៗដោយសារតែការលេចធ្លាយ និងអស្ថិរភាពកម្ដៅ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដែនកំណត់របស់ស៊ីលីកុនក្នុងវិស័យអុបតូអេឡិចត្រូនិច និងកម្មវិធីថាមពលខ្ពស់បានជំរុញការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកជំនាន់ក្រោយ។
2ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកជំនាន់ទីពីរ៖ ហ្គាលីញ៉ូម អាសេនីត (GaAs) និង អ៊ីនដ្យូម ផូស្វ័រ (InP)
ប្រវត្តិនៃការអភិវឌ្ឍន៍
ក្នុងអំឡុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970-1980 វិស័យដែលកំពុងរីកចម្រើនដូចជា ទំនាក់ទំនងចល័ត បណ្តាញខ្សែកាបអុបទិក និងបច្ចេកវិទ្យាផ្កាយរណប បានបង្កើតតម្រូវការបន្ទាន់សម្រាប់សម្ភារៈអុបតូអេឡិចត្រូនិចដែលមានប្រេកង់ខ្ពស់ និងមានប្រសិទ្ធភាព។ នេះបានជំរុញឱ្យមានការរីកចម្រើននៃស៊ីមីកុងដុកទ័រដែលមានចន្លោះប្រេកង់ខ្ពស់ដូចជា GaAs និង InP។
លក្ខណៈសម្បត្តិសម្ភារៈ
ការអនុវត្ត Bandgap និងអុបតូអេឡិចត្រូនិច៖
GaAs: 1.42 eV (bandgap ដោយផ្ទាល់ អនុញ្ញាតឱ្យមានការបញ្ចេញពន្លឺ—ល្អសម្រាប់ឡាស៊ែរ/LED)។
InP: 1.34 eV (ស័ក្តិសមជាងសម្រាប់កម្មវិធីរលកវែង ឧ. ការទំនាក់ទំនងខ្សែកាបអុបទិក 1550nm)។
ចលនាអេឡិចត្រុង៖
GaAs សម្រេចបាន 8500 cm²/(V·s) ដែលលើសពីស៊ីលីកុន (1500 cm²/(V·s)) ដែលធ្វើឱ្យវាល្អបំផុតសម្រាប់ដំណើរការសញ្ញាជួរ GHz។
គុណវិបត្តិ
លីត្រស្រទាប់ខាងក្រោមផុយស្រួយ៖ ពិបាកផលិតជាងស៊ីលីកុន; បន្ទះសៀគ្វី GaAs មានតម្លៃថ្លៃជាង 10 ដង។
លីត្រគ្មានអុកស៊ីដដើម៖ មិនដូច SiO₂ របស់ស៊ីលីកុនទេ GaAs/InP ខ្វះអុកស៊ីដដែលមានស្ថេរភាព ដែលរារាំងដល់ការផលិត IC ដង់ស៊ីតេខ្ពស់។
កម្មវិធីសំខាន់ៗ
លីត្រផ្នែកខាងមុខ RF៖
ឧបករណ៍ពង្រីកថាមពលចល័ត (PAs) ឧបករណ៍បញ្ជូនសញ្ញាផ្កាយរណប (ឧទាហរណ៍ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ HEMT ដែលមានមូលដ្ឋានលើ GaAs)។
លីត្រអុបតូអេឡិចត្រូនិច៖
ឌីយ៉ូតឡាស៊ែរ (ដ្រាយស៊ីឌី/ឌីវីឌី) អំពូល LED (ពណ៌ក្រហម/អ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ) ម៉ូឌុលខ្សែកាបអុបទិក (ឡាស៊ែរ InP)។
លីត្រកោសិកាថាមពលព្រះអាទិត្យអវកាស៖
កោសិកា GaAs សម្រេចបានប្រសិទ្ធភាព 30% (ធៀបនឹង ~20% សម្រាប់ស៊ីលីកុន) ដែលមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ផ្កាយរណប។
លីត្រឧបសគ្គបច្ចេកវិទ្យា
ថ្លៃដើមខ្ពស់កំណត់ GaAs/InP ឱ្យប្រើប្រាស់តែលើកម្មវិធីលំដាប់ខ្ពស់ប៉ុណ្ណោះ ដែលរារាំងពួកគេមិនឱ្យជំនួសឥទ្ធិពលរបស់ស៊ីលីកុននៅក្នុងបន្ទះឈីបឡូជីខល។
ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកជំនាន់ទីបី (ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកកម្រិតធំទូលាយ): ស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ (SiC) និងហ្គាលីញ៉ូមនីទ្រីត (GaN)
កត្តាជំរុញបច្ចេកវិទ្យា
បដិវត្តន៍ថាមពល៖ យានយន្តអគ្គិសនី និងការធ្វើសមាហរណកម្មបណ្តាញថាមពលកកើតឡើងវិញ ទាមទារឱ្យឧបករណ៍ថាមពលកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព។
តម្រូវការប្រេកង់ខ្ពស់៖ ប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនង និងរ៉ាដា 5G តម្រូវឱ្យមានប្រេកង់ និងដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់ជាង។
បរិស្ថានធ្ងន់ធ្ងរ៖ កម្មវិធីម៉ូទ័រអវកាស និងឧស្សាហកម្មត្រូវការសម្ភារៈដែលអាចទ្រាំទ្រនឹងសីតុណ្ហភាពលើសពី 200°C។
លក្ខណៈសម្ភារៈ
គុណសម្បត្តិនៃគម្លាតប្រេកង់ធំទូលាយ៖
លីត្រSiC: គម្លាតប្រេកង់ 3.26 eV កម្លាំងដែនអគ្គិសនីបំបែក 10 ដងនៃដែនអគ្គិសនីស៊ីលីកុន ដែលអាចទ្រាំទ្រនឹងវ៉ុលលើសពី 10kV។
លីត្រGaN: គម្លាតប្រេកង់ 3.4 eV ចល័តភាពអេឡិចត្រុង 2200 cm²/(V·s) ដែលល្អឥតខ្ចោះក្នុងការអនុវត្តប្រេកង់ខ្ពស់។
ការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ៖
ចរន្តកំដៅរបស់ SiC ឈានដល់ 4.9 W/(cm·K) ដែលល្អជាងស៊ីលីកុនបីដង ដែលធ្វើឱ្យវាល្អសម្រាប់កម្មវិធីថាមពលខ្ពស់។
បញ្ហាប្រឈមផ្នែកសម្ភារៈ
SiC៖ ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់តែមួយយឺតតម្រូវឱ្យមានសីតុណ្ហភាពលើសពី 2000°C ដែលបណ្តាលឱ្យមានពិការភាពបន្ទះសៀគ្វី និងថ្លៃដើមខ្ពស់ (បន្ទះសៀគ្វី SiC ទំហំ 6 អ៊ីញមានតម្លៃថ្លៃជាងស៊ីលីកុន 20 ដង)។
GaN: ខ្វះស្រទាប់ខាងក្រោមធម្មជាតិ ដែលជារឿយៗតម្រូវឱ្យមាន heteroepitaxy លើស្រទាប់ខាងក្រោម sapphire, SiC ឬ silicon ដែលនាំឱ្យមានបញ្ហាមិនស៊ីគ្នា។
កម្មវិធីសំខាន់ៗ
គ្រឿងអេឡិចត្រូនិចថាមពល៖
អាំងវឺរទ័រ EV (ឧទាហរណ៍ Tesla Model 3 ប្រើប្រាស់ SiC MOSFETs ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវប្រសិទ្ធភាពពី 5–10%)។
ស្ថានីយ/អាដាប់ទ័រសាកថ្មលឿន (ឧបករណ៍ GaN អាចសាកថ្មលឿន 100W+ ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយទំហំ 50%)។
ឧបករណ៍ RF៖
ឧបករណ៍ពង្រីកថាមពលស្ថានីយ៍មូលដ្ឋាន 5G (GaN-on-SiC PAs គាំទ្រប្រេកង់ mmWave)។
រ៉ាដាយោធា (GaN ផ្តល់ជូនដង់ស៊ីតេថាមពល 5 ដងនៃ GaAs)។
អុបតូអេឡិចត្រូនិច៖
អំពូល LED UV (សម្ភារៈ AlGaN ដែលប្រើក្នុងការសម្លាប់មេរោគ និងការរកឃើញគុណភាពទឹក)។
ស្ថានភាពឧស្សាហកម្ម និងទស្សនវិស័យនាពេលអនាគត
បន្ទះស៊ីលីកុន SiC គ្របដណ្ដប់ទីផ្សារថាមពលខ្ពស់ ដោយម៉ូឌុលកម្រិតរថយន្តកំពុងផលិតទ្រង់ទ្រាយធំរួចហើយ ទោះបីជាតម្លៃនៅតែជាឧបសគ្គក៏ដោយ។
GaN កំពុងពង្រីកខ្លួនយ៉ាងឆាប់រហ័សនៅក្នុងវិស័យអេឡិចត្រូនិចប្រើប្រាស់ (ការសាកថ្មលឿន) និងកម្មវិធី RF ដោយផ្លាស់ប្តូរទៅជាបន្ទះសៀគ្វីទំហំ 8 អ៊ីញ។
សម្ភារៈថ្មីៗដូចជាអុកស៊ីដហ្គាលីញ៉ូម (Ga₂O₃, bandgap 4.8eV) និងពេជ្រ (5.5eV) អាចបង្កើតជា "ជំនាន់ទីបួន" នៃឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក ដែលរុញដែនកំណត់វ៉ុលលើសពី 20kV។
ការរួមរស់ និង កិច្ចសហការនៃជំនាន់ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក
ការបំពេញបន្ថែម មិនមែនការជំនួសទេ៖
ស៊ីលីកុននៅតែលេចធ្លោនៅក្នុងបន្ទះឈីបឡូជីខល និងគ្រឿងអេឡិចត្រូនិចប្រើប្រាស់ (95% នៃទីផ្សារស៊ីមីកុងដុកទ័រសកល)។
GaAs និង InP មានជំនាញខាងទីផ្សារប្រេកង់ខ្ពស់ និងអុបតូអេឡិចត្រូនិច។
SiC/GaN គឺមិនអាចជំនួសបានក្នុងការប្រើប្រាស់ថាមពល និងឧស្សាហកម្ម។
ឧទាហរណ៍នៃការរួមបញ្ចូលបច្ចេកវិទ្យា៖
GaN-on-Si៖ ផ្សំ GaN ជាមួយនឹងស្រទាប់ស៊ីលីកុនដែលមានតម្លៃទាបសម្រាប់ការសាកថ្មលឿន និងកម្មវិធី RF។
ម៉ូឌុលកូនកាត់ SiC-IGBT៖ បង្កើនប្រសិទ្ធភាពបំលែងក្រឡាចត្រង្គ។
និន្នាការនាពេលអនាគត៖
ការរួមបញ្ចូលគ្នាដ៏ខុសប្លែកពីគ្នា៖ ការរួមបញ្ចូលគ្នានូវសម្ភារៈ (ឧទាហរណ៍ Si + GaN) នៅលើបន្ទះឈីបតែមួយ ដើម្បីធ្វើឱ្យដំណើរការមានតុល្យភាព និងថ្លៃដើម។
សម្ភារៈដែលមានចន្លោះប្រេកង់ធំទូលាយខ្លាំង (ឧ. Ga₂O₃ ពេជ្រ) អាចបើកឱ្យមានកម្មវិធីវាស់វ៉ុលខ្ពស់ខ្លាំង (>20kV) និងកុំព្យូទ័រកង់ទិច។
ផលិតកម្មពាក់ព័ន្ធ
បន្ទះឡាស៊ែរ GaAs epitaxial ទំហំ 4 អ៊ីញ 6 អ៊ីញ
ស្រទាប់ស៊ីលីកុនកាប៊ីតកម្រិតល្អ ទំហំ 12 អ៊ីញ SIC មានអង្កត់ផ្ចិត 300 មីលីម៉ែត្រ ទំហំធំ 4H-N ស័ក្តិសមសម្រាប់ការបញ្ចេញកំដៅឧបករណ៍ដែលមានថាមពលខ្ពស់
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ឧសភា-០៧-២០២៥