لزيادة منطقة مراقبة الرادار ، من الضروري زيادة طاقة خرج الترانزستورات المستخدمة في مكبرات الصوت. ولكن في هذه الحالة ، يمكن أن يؤدي تطبيق الجهد العالي إلى إتلاف البلورات التي تشكل الترانزستور. طور علماء فوجيتسو هيكلًا بلوريًا يزيد من التيار والجهد لترانزستورات نيتريد الغاليوم (GaN) عالي الترانزستور المتنقل (HEMT) ، مما يزيد من طاقة خرج الترانزستورات المستخدمة في أجهزة إرسال الموجات الدقيقة ثلاث مرات. سنخبرك بالمزيد حول تطوير التكنولوجيا الجديدة في المقالة.
يمكن استخدام تقنية GaN HEMT كمضخم قدرة لمعدات مثل رادارات الأرصاد الجوية - وفقًا للعلماء ، سيؤدي ذلك إلى زيادة منطقة مراقبة الرادار بمقدار 2.3 مرة للكشف المبكر عن سحابات الرعد التي تسبب هطول أمطار غزيرة. حقق فوجيتسو أعلى كثافة للترانزستور في العالم بقوة 19.9 وات لكل مليمتر عرض بوابة الترانزستور GaN HEMT باستخدام طبقة واقية تعتمد على الإنديوم والألمنيوم ونتريد الغاليوم (InAlGaN).
تطبيقات GaN HEMT
في السنوات الأخيرة ، تم استخدام ترانزستورات GaN HEMT على نطاق واسع كمضخمات طاقة عالية التردد في الرادارات وأنظمة الاتصالات اللاسلكية. من المفترض أنهم سيجدون أيضًا تطبيقًا في رادارات الأرصاد الجوية للكشف الدقيق عن هطول الأمطار المحلي ، وكذلك في أنظمة الاتصالات اللاسلكية ذات الموجات المليمترية لشبكات الجيل الخامس المتنقلة (5G). يمكن زيادة نطاق الموجات الميكروية مقارنة بالموجات المليمترية ، والتي تستخدم في الرادارات وأنظمة الاتصالات اللاسلكية ، عن طريق زيادة طاقة خرج مكبرات الصوت عالية التردد على أساس ترانزستورات GaN HEMT.
تبحث شركة فوجيتسو عن الترانزستورات GaN HEMT منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وتقدم حاليًا الترانزستورات AlGaN HEMT. سيصبحون الجيل التكنولوجي الجديد من ترانزستورات GaN HEMT التي توفر تشغيلًا عالي الجهد من خلال استخدام الإلكترونات عالية الكثافة.
ماذا تقدم التكنولوجيا الجديدة؟
في ترانزستورات InAlGaN HEMT التقليدية ، كان الجهد بين البوابة وأقطاب الصرف في طبقة إمداد الإلكترون ، ويتم إنشاء عدد كبير من الإلكترونات ذات الطاقة الحركية العالية هناك. ونتيجة لذلك ، أتلفت هذه الإلكترونات البنية البلورية للطبقة. ونتيجة لذلك ، كان للترانزستورات حد أقصى لجهد التشغيل.
آلية الضرر البلوري وهيكل بلوري جديدباستخدام طبقة فصل AlGaN الجديدة ، يمكن توزيع الجهد في الترانزستور على طبقة إمداد الإلكترون وطبقة الفصل. من خلال تقليل تركيز الجهد ، يتم كبح الزيادة في الطاقة الحركية للإلكترونات في البنية البلورية ، ولا يحدث تلف في طبقة إمداد الإلكترون ، مما يجعل من الممكن زيادة جهد التشغيل إلى 100 فولت.
هيكل GaN HEMT الترانزستور الجديد ومقارنة إنتاج الطاقة من التكنولوجيا الجديدة والتقليديةالخطط المستقبلية
يمكن إزالة الحرارة المتولدة في الترانزستور بشكل فعال من خلال الركيزة الماسية ، التي طورتها شركة فوجيتسو في عام 2017. عندما تم اختبار الترانزستورات GaN HEMT ذات البنية البلورية في اختبارات حقيقية ، أظهروا قدرة خرج تبلغ 19.9 واط لكل مليمتر من عرض البوابة ، وهو ما يعادل 3 أضعاف طاقة الإخراج للترانزستورات AlGaN / GaN HEMT التقليدية.
تم تقديم معلومات تفصيلية حول التطور الجديد كجزء من الندوة الدولية حول نمو النتريد الثالث (ISGN-7) ، وهو مؤتمر دولي عقد من 5 إلى 10 أغسطس في وارسو ، بولندا. تقوم شركة فوجيتسو بتقييم مقاومة الحرارة وأداء الطاقة لمكبرات الطاقة استنادًا إلى ترانزستورات GaN HEMT باستخدام هذه التكنولوجيا لتسويق مكبرات الصوت لتطبيقات مثل الرادارات والأنظمة اللاسلكية القائمة على شبكات 5G بحلول السنة المالية 2020.
ملاحظات:
- نيتريد الغاليوم (GaN) عبارة عن مادة شبه موصلة ذات جهد انهيار أعلى من مواد أشباه الموصلات التقليدية ، بما في ذلك السيليكون (Si) وزرنييد الغاليوم (GaAs).
- الترانزستورات ذات الحركة الإلكترونية العالية (ترانزستور التنقل الإلكتروني العالي ، HEMT) - ترانزستور القناة ، الذي يعمل على طبقة من الإلكترونات عند الحدود بين مادتين مختلفتين من أشباه الموصلات. لديها سرعة تشغيل أعلى مقارنة بأشباه الموصلات التقليدية.