Tá ábhair leathsheoltóra tar éis teacht chun cinn trí thrí ghlúin chlaochlaitheacha:
Leag an 1ú Glúin (Si/Ge) bunús na leictreonaice nua-aimseartha,
Bhris an 2ú Glúin (GaAs/InP) trí bhacainní optúlaictreonacha agus ardmhinicíochta chun cumhacht a thabhairt don réabhlóid faisnéise,
Tugann an 3ú Glúin (SiC/GaN) aghaidh anois ar dhúshláin fuinnimh agus timpeallachta foircneacha, rud a chuireann neodracht charbóin agus ré 6G ar chumas.
Léiríonn an dul chun cinn seo aistriú paraidíme ó ilúsáideacht go speisialtóireacht san eolaíocht ábhar.
1. Leathsheoltóirí den Chéad Ghlúin: Sileacan (Si) agus Gearmáiniam (Ge)
Cúlra Stairiúil
Sa bhliain 1947, chum Bell Labs an trasraitheoir gearmáiniam, rud a chuir tús le ré na leathsheoltóirí. Faoi na 1950idí, tháinig sileacan de réir a chéile in áit gearmáiniam mar bhunús do chiorcaid chomhtháite (ICanna) mar gheall ar a shraith ocsaíde cobhsaí (SiO₂) agus a chúlchistí nádúrtha flúirseacha.
Airíonna Ábhartha
ⅠBearna banna:
Gearmáiniam: 0.67eV (bearna banna caol, seans maith go sceithfidh sé ó shruth, drochfheidhmíocht ag teocht ard).
Sileacan: 1.12eV (bearna banda indíreach, oiriúnach do chiorcaid loighce ach neamhábalta solais a astú).
Ⅱ,Buntáistí an tSileacain:
Cruthaíonn sé ocsaíd ardchaighdeáin (SiO₂) go nádúrtha, rud a chuireann ar chumas MOSFETanna a mhonarú.
Costas íseal agus flúirseach ar an domhan (~28% de chomhdhéanamh an screamh).
Ⅲ,Teorainneacha:
Soghluaisteacht íseal leictreon (1500 cm²/(V·s) amháin), rud a chuireann srian ar fheidhmíocht ardmhinicíochta.
Caoinfhulaingt lag voltais/teochta (uasteocht oibriúcháin ~150°C).
Feidhmchláir Eochair
Ⅰ,Ciorcaid Chomhtháite (ICanna):
Braitheann LAPanna, sceallóga cuimhne (m.sh., DRAM, NAND) ar sileacan le haghaidh dlús comhtháthaithe ard.
Sampla: Bhain 4004 (1971) Intel, an chéad mhicreaphróiseálaí tráchtála, úsáid as teicneolaíocht sileacain 10μm.
Ⅱ,Gléasanna Cumhachta:
Bhí na luath-thyrastóirí agus na MOSFETanna ísealvoltais (m.sh., soláthairtí cumhachta ríomhaire) bunaithe ar sileacan.
Dúshláin & Díomhaointeas
Cuireadh deireadh de réir a chéile le gearmáiniam mar gheall ar sceitheadh agus éagobhsaíocht theirmeach. Mar sin féin, spreag teorainneacha sileacain in optoelectronics agus in iarratais ardchumhachta forbairt leathsheoltóirí den chéad ghlúin eile.
2. Leathsheoltóirí den Dara Glúin: Arsainíd Ghailliam (GaAs) agus Fosfíd Indiam (InP)
Cúlra Forbartha
I rith na 1970idí agus na 1980idí, chruthaigh réimsí nua cosúil le cumarsáid shoghluaiste, líonraí snáithíní optúla, agus teicneolaíocht satailíte éileamh práinneach ar ábhair optúla leictreonacha ardmhinicíochta agus éifeachtúla. Spreag sé seo dul chun cinn leathsheoltóirí bearna banda dhírigh cosúil le GaAs agus InP.
Airíonna Ábhartha
Feidhmíocht Bandbearna & Optoelectronic:
GaAs: 1.42eV (bearna banda dhíreach, cumasaíonn astaíocht solais—oiriúnach do léasair/LEDanna).
InP: 1.34eV (níos oiriúnaí d'fheidhmchláir tonnfhaid fhada, m.sh., cumarsáid snáthoptaice 1550nm).
Soghluaisteacht Leictreon:
Baintear 8500 cm²/(V·s) amach ag GaAs, rud atá i bhfad níos fearr ná sileacan (1500 cm²/(V·s)), rud a fhágann go bhfuil sé is fearr le haghaidh próiseáil comharthaí raon GHz.
Míbhuntáistí
lFoshraitheanna sobhriste: Níos deacra a mhonarú ná sileacan; cosnaíonn sliseáin GaAs 10 n-uaire níos mó.
lGan ocsaíd dúchasach: Murab ionann agus SiO₂ sileacain, níl ocsaídí cobhsaí ag GaAs/InP, rud a chuireann bac ar mhonarú IC ard-dlúis.
Feidhmchláir Eochair
lTosaigh RF:
Aimplitheoirí cumhachta soghluaiste (PAanna), tarchuradóirí satailíte (m.sh., trasraitheoirí HEMT bunaithe ar GaAs).
lOptoelectronics:
Dé-óidí léasair (tiomántáin CD/DVD), soilse LED (dearg/infridhearg), modúil snáthoptaice (léasair InP).
lCealla Gréine Spáis:
Baintear éifeachtúlacht 30% amach ag cealla GaAs (i gcomparáid le ~20% i gcás sileacain), rud atá ríthábhachtach do shatailítí.
lBacáin Theicneolaíocha
Cuireann costais arda srian ar GaAs/InP i nideoige d'fheidhmchláir ard-deireadh, rud a chuireann cosc orthu ceannas sileacain a dhíláithriú i sceallóga loighce.
Leathsheoltóirí den Tríú Glúin (Leathsheoltóirí Bearna Leathan): Carbaíd Sileacain (SiC) agus Níotráit Gailliam (GaN)
Tiománaithe Teicneolaíochta
Réabhlóid Fuinnimh: Éilíonn feithiclí leictreacha agus comhtháthú eangach fuinnimh in-athnuaite gléasanna cumhachta níos éifeachtaí.
Riachtanais Ard-Minicíochta: Éilíonn córais chumarsáide agus radair 5G minicíochtaí agus dlús cumhachta níos airde.
Timpeallachtaí Foircneacha: Éilíonn feidhmeanna mótair aeraspáis agus tionsclaíocha ábhair atá in ann teochtaí os cionn 200°C a sheasamh.
Saintréithe Ábhartha
Buntáistí Bearna Leathan:
lSiC: Bearna banda de 3.26eV, neart réimse leictrigh miondealú 10 oiread neart sileacain, in ann voltais os cionn 10kV a sheasamh.
lGaN: Bearna banda de 3.4eV, soghluaisteacht leictreon de 2200 cm²/(V·s), ag sárú i bhfeidhmíocht ardmhinicíochta.
Bainistíocht Theirmeach:
Sroicheann seoltacht theirmeach SiC 4.9 W/(cm·K), trí huaire níos fearr ná sileacan, rud a fhágann go bhfuil sé oiriúnach d'fheidhmchláir ardchumhachta.
Dúshláin Ábhartha
SiC: Éilíonn fás mall criostail aonair teochtaí os cionn 2000°C, rud a fhágann lochtanna ar an vaiféar agus costais arda (tá vaiféar SiC 6 orlach 20 uair níos costasaí ná sileacan).
GaN: Easpa foshraithe nádúrtha ann, agus is minic a bhíonn heitreipitaxis ag teastáil ar foshraitheanna saifír, SiC, nó sileacain, rud a fhágann fadhbanna mí-oiriúnaithe laitíse.
Feidhmchláir Eochair
Leictreonaic Chumhachta:
Inbhéirteoirí EV (m.sh., úsáideann Tesla Model 3 MOSFETanna SiC, rud a fheabhsaíonn éifeachtúlacht 5–10%).
Stáisiúin/oiriúnóirí luchtaithe tapa (cuireann gléasanna GaN ar chumas luchtú tapa 100W+ agus an méid á laghdú 50%).
Gléasanna RF:
Aimplitheoirí cumhachta stáisiúin bonn 5G (tacaíonn PAanna GaN-ar-SiC le minicíochtaí mmWave).
Radar míleata (cuireann GaN dlús cumhachta 5 oiread ar fáil i gcomparáid le GaAs).
Optoelectronics:
LEDanna UV (ábhair AlGaN a úsáidtear i steiriliú agus i mbraith cáilíocht uisce).
Stádas an Tionscail agus Ionchas don Todhchaí
Tá SiC i réim sa mhargadh ardchumhachta, agus modúil ghrád feithicleach á dtáirgeadh go mais cheana féin, cé go bhfuil costais fós ina mbacainn.
Tá GaN ag leathnú go mear in leictreonaic tomhaltóra (muirearú tapa) agus feidhmchláir RF, ag aistriú i dtreo sceallóga 8 n-orlach.
D’fhéadfadh ábhair atá ag teacht chun cinn cosúil le hocsaíd ghailliam (Ga₂O₃, bearna banda 4.8eV) agus diamant (5.5eV) “ceathrú glúin” leathsheoltóirí a fhoirmiú, ag brú teorainneacha voltais thar 20kV.
Comhbhaint agus Sinergíocht Glúine Leathsheoltóra
Comhlántacht, ní ionadú:
Tá sileacan fós i gceannas i sceallóga loighce agus i leictreonaic tomhaltóra (95% den mhargadh leathsheoltóra domhanda).
Speisialtóireacht a dhéanann GaAs agus InP i nideoga ardmhinicíochta agus optoelectronic.
Tá SiC/GaN riachtanach in iarratais fuinnimh agus tionsclaíocha.
Samplaí de Chomhtháthú Teicneolaíochta:
GaN-ar-Si: Comhcheanglaíonn sé GaN le foshraitheanna sileacain ar chostas íseal le haghaidh muirir thapa agus feidhmchláir RF.
Modúil hibrideacha SiC-IGBT: Feabhsú éifeachtúlachta comhshó eangaí.
Treochtaí sa Todhchaí:
Comhtháthú héagsúil: Ábhair (m.sh., Si + GaN) a chomhcheangal ar shlis aonair chun feidhmíocht agus costas a chothromú.
D’fhéadfadh ábhair le bearna banda thar a bheith leathan (m.sh., Ga₂O₃, diamant) feidhmeanna ríomhaireachta thar a bheith ardvoltais (>20kV) agus chandamach a chumasú.
Táirgeadh gaolmhar
Sliseog eipitacsach léasair GaAs 4 orlach 6 orlach
Foshraith SIC 12 orlach de charbaíd sileacain, trastomhas príomhghráid 300mm, méid mór 4H-N, oiriúnach le haghaidh diomailt teasa gléasanna ardchumhachta
Am an phoist: 7 Bealtaine 2025