Im Vergleich zu Siliziumkarbid-Bauelementen bieten Galliumnitrid-Leistungshalbleiter deutliche Vorteile, wenn Effizienz, Frequenz, Größe und weitere umfassende Aspekte gleichzeitig gefordert sind. So werden Galliumnitrid-basierte Bauelemente beispielsweise bereits erfolgreich im Bereich des Schnellladens in großem Maßstab eingesetzt. Mit dem Aufkommen neuer nachgelagerter Anwendungen und den kontinuierlichen Fortschritten in der Substratherstellungstechnologie für Galliumnitrid wird ein weiterer Anstieg der Produktionsmengen von GaN-Bauelementen erwartet. Sie werden sich zu einer Schlüsseltechnologie für Kostensenkung, Effizienzsteigerung und nachhaltige, umweltfreundliche Entwicklung entwickeln.
Die dritte Generation von Halbleitermaterialien hat sich mittlerweile zu einem wichtigen Bestandteil strategischer Zukunftsbranchen entwickelt und ist entscheidend für die Entwicklung der nächsten Generation von Informationstechnologie, Energieeinsparung und Emissionsreduzierung sowie nationaler Verteidigungssicherheitstechnologien. Galliumnitrid (GaN) zählt als Halbleitermaterial mit großer Bandlücke (3,4 eV) zu den repräsentativsten Vertretern dieser dritten Generation.
Am 3. Juli verschärfte China die Exportbestimmungen für Gallium und Germanium. Diese wichtige politische Anpassung basiert auf der Bedeutung von Gallium als „neuem Grundstoff der Halbleiterindustrie“ und seinen vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in Halbleitermaterialien, neuen Energien und anderen Bereichen. Vor diesem Hintergrund werden in diesem Beitrag Galliumnitrid-Produkte hinsichtlich Herstellungstechnologie und damit verbundenen Herausforderungen, zukünftigen Wachstumschancen und Wettbewerbsstrukturen diskutiert und analysiert.
Eine kurze Einführung:
Galliumnitrid ist ein synthetisches Halbleitermaterial und ein typischer Vertreter der dritten Generation von Halbleitermaterialien. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziummaterialien zeichnet sich Galliumnitrid (GaN) durch eine große Bandlücke, eine hohe Durchbruchfeldstärke, einen niedrigen Einschaltwiderstand, eine hohe Elektronenbeweglichkeit, einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und geringe Verluste aus.
Galliumnitrid-Einkristalle sind Halbleitermaterialien der neuen Generation mit hervorragenden Eigenschaften, die in den Bereichen Kommunikation, Radar, Unterhaltungselektronik, Automobilelektronik, Energietechnik, industrielle Laserbearbeitung, Instrumentierung und anderen Gebieten weit verbreitet eingesetzt werden können. Daher stehen ihre Entwicklung und Massenproduktion im Fokus der Aufmerksamkeit von Ländern und Industrien auf der ganzen Welt.
Anwendung von GaN
1 – 5G-Kommunikationsbasisstation
Die drahtlose Kommunikationsinfrastruktur ist das Hauptanwendungsgebiet von Galliumnitrid-HF-Bauelementen und macht 50 % aus.
2 – Hochleistungsnetzteil
Die „doppelte Höhe“ von GaN bietet ein großes Durchdringungspotenzial in leistungsstarken Unterhaltungselektronikgeräten und kann die Anforderungen von Schnelllade- und Ladeschutzszenarien erfüllen.
3 – Neues Energiefahrzeug
Aus praktischer Anwendungssicht handelt es sich bei den derzeit im Auto verbauten Halbleiterbauelementen der dritten Generation hauptsächlich um Siliziumkarbidbauelemente. Es gibt jedoch geeignete Galliumnitrid-Materialien, die die Zertifizierung von Leistungselektronikmodulen gemäß den Automobilvorschriften bestehen, oder andere geeignete Gehäusemethoden, die weiterhin von den Werks- und OEM-Herstellern akzeptiert werden.
4 – Rechenzentrum
GaN-Leistungshalbleiter werden hauptsächlich in Netzteilen in Rechenzentren eingesetzt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit dem Aufkommen neuer nachgelagerter Anwendungen und kontinuierlichen Durchbrüchen in der Galliumnitrid-Substratherstellungstechnologie die Anzahl der GaN-Bauelemente voraussichtlich weiter steigen wird und sie zu einer der Schlüsseltechnologien für Kostensenkung, Effizienzsteigerung und nachhaltige grüne Entwicklung werden.
Veröffentlichungsdatum: 27. Juli 2023