مقارنةً بأجهزة كربيد السيليكون، ستتمتع أجهزة الطاقة المُصنّعة من نيتريد الغاليوم بمزايا أكبر في الحالات التي تتطلب الكفاءة والتردد والحجم وغيرها من الجوانب الشاملة، على سبيل المثال، تم تطبيق الأجهزة القائمة على نيتريد الغاليوم بنجاح في مجال الشحن السريع على نطاق واسع. مع انتشار التطبيقات اللاحقة الجديدة، والتقدم المستمر في تكنولوجيا تحضير ركائز نيتريد الغاليوم، من المتوقع أن يستمر حجم أجهزة نيتريد الغاليوم في الازدياد، وأن تصبح إحدى التقنيات الرئيسية لخفض التكلفة وزيادة الكفاءة والتنمية الخضراء المستدامة.
في الوقت الحاضر، أصبح الجيل الثالث من مواد أشباه الموصلات جزءًا هامًا من الصناعات الاستراتيجية الناشئة، كما أصبح أيضًا نقطة ارتكاز استراتيجية لاغتنام الجيل القادم من تكنولوجيا المعلومات، وترشيد الطاقة وخفض الانبعاثات، وتكنولوجيا أمن الدفاع الوطني. ومن بين هذه المواد، يُعد نتريد الغاليوم (GaN) أحد أبرز مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، كونه مادة أشباه موصلات ذات فجوة نطاق واسعة تبلغ 3.4 إلكترون فولت.
في 3 يوليو، شددت الصين قيود تصدير المنتجات المرتبطة بالغاليوم والجرمانيوم، وهو تعديل مهم في سياساتها، نظرًا لأهمية الغاليوم، وهو معدن نادر، باعتباره "العنصر الجديد في صناعة أشباه الموصلات"، ومزاياه التطبيقية الواسعة في مواد أشباه الموصلات، والطاقة الجديدة، وغيرها من المجالات. في ضوء هذا التغيير في السياسات، ستناقش هذه الورقة وتُحلل نتريد الغاليوم من جوانب تكنولوجيا تحضيره وتحدياته، ونقاط النمو الجديدة في المستقبل، وأنماط المنافسة.
مقدمة موجزة:
نتريد الغاليوم مادة شبه موصلة اصطناعية، تُمثل الجيل الثالث من مواد أشباه الموصلات. بالمقارنة مع مواد السيليكون التقليدية، يتميز نتريد الغاليوم (GaN) بفجوة نطاق واسعة، وحقل كهربائي قوي، ومقاومة منخفضة، وحركة إلكترونية عالية، وكفاءة تحويل عالية، وموصلية حرارية عالية، وخسارة منخفضة.
نترات الغاليوم أحادية البلورة هي الجيل الجديد من المواد شبه الموصلة ذات الأداء الممتاز، والتي يمكن استخدامها على نطاق واسع في الاتصالات، والرادار، والإلكترونيات الاستهلاكية، والإلكترونيات السيارات، وطاقة الطاقة، ومعالجة الليزر الصناعي، والأجهزة وغيرها من المجالات، لذلك فإن تطويرها وإنتاجها الضخم هي محور اهتمام البلدان والصناعات في جميع أنحاء العالم.
تطبيق GaN
1--محطة قاعدة اتصالات 5G
تشكل البنية التحتية للاتصالات اللاسلكية مجال التطبيق الرئيسي لأجهزة RF المصنوعة من نتريد الغاليوم، حيث تمثل 50%.
2--إمدادات الطاقة العالية
تتمتع ميزة "الارتفاع المزدوج" لـ GaN بإمكانيات اختراق كبيرة في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية عالية الأداء، والتي يمكنها تلبية متطلبات سيناريوهات الشحن السريع وحماية الشحن.
3--مركبات الطاقة الجديدة
من وجهة نظر التطبيق العملي، فإن أجهزة أشباه الموصلات الحالية من الجيل الثالث على السيارة هي في الأساس أجهزة كربيد السيليكون، ولكن هناك مواد نتريد الغاليوم المناسبة التي يمكنها اجتياز شهادة تنظيم السيارة لوحدات جهاز الطاقة، أو طرق التعبئة والتغليف المناسبة الأخرى، وسوف تظل مقبولة من قبل المصنع بأكمله ومصنعي المعدات الأصلية.
4--مركز البيانات
تُستخدم أشباه الموصلات GaN بشكل أساسي في وحدات إمداد الطاقة في مراكز البيانات.
باختصار، مع ظهور التطبيقات الجديدة في مجرى النهر والاختراقات المستمرة في تكنولوجيا تحضير ركيزة نتريد الجاليوم، من المتوقع أن تستمر أجهزة GaN في الزيادة في الحجم، وستصبح واحدة من التقنيات الرئيسية لخفض التكاليف والكفاءة والتنمية الخضراء المستدامة.
وقت النشر: ٢٧ يوليو ٢٠٢٣