A2C - Consulenza tecnica specialistica News Progettazione In arrivo una nuova era digitale con la sostituzione del Silicio con il Nitruro di Gallio
In arrivo una nuova era digitale con la sostituzione del Silicio con il Nitruro di Gallio
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transistor-146813 640A seguito dell'affinarsi della purezza nei processi di produzione dei cristalli di Nitruro di Gallio, sta per avvenire una rivoluzione tecnologica nell'elettronica con la miniaturizzazione, maggiori voltaggi ammessi, una maggiore frequenza ed un maggiore resistenza al calore. Questo porterà man mano alla sostituzione del silicio nelle apparecchiature a più alto valore aggiunto. E' possibile che il silicio possa in futuro mantenere una nicchia di impiego per le attrezzature di tipo economico.

 

NitrurodiGallio-2Il Nitruro di Gallio (con formula: GaN) è un semiconduttore formato dalla combinazione del Gallio (GA) con l'Azoto (N) ed era utilizzato nei LED (diodi emettitori di luce) fin dagli anni '90. Finora non era stato preso in considerazione nella produzione elettronica poichè i cristalli che si riuscivano a produrre avevano un elevato numero di impurità (dell'ordine del milione per centimetro quadro). Commercialmente, i cristalli di GaN possono essere coltivati sottovuoto ​usando l'epitassia a fascio molecolare o in fase vapore metalloorganica. Questo processo può essere ulteriormente modificato per ridurre le densità di dislocazione. Innanzitutto, un fascio di ioni viene applicato alla superficie di crescita per creare rugosità su scala nanometrica. Quindi, la superficie viene lucidata.

Uno degli utilizzi principali è all'interno dei microtransistor, dove riesce a migliorare tantissimo le prestazioni innanzitutto in termini di resistenza al calore e poi come limite operativo in termini di Volt e Hertz. Inoltre, l'elettronica basata su GaN ha il potenziale per ridurre drasticamente il consumo di energia, non solo nelle applicazioni di consumo ma anche per le utility di trasmissione di potenza.

L'US Army Research Laboratory (ARL) ha fornito la prima misurazione della velocità degli elettroni ad alto campo in GaN nel 1999. Gli scienziati dell'ARL hanno ottenuto sperimentalmente una velocità di picco allo stato stazionario di 1,9 x 10E7 cm/s, con un tempo di transito di 2,5 picosecondi, raggiunto ad un campo elettrico di 225 kV/cm. Con queste informazioni, è stata calcolata la mobilità degli elettroni, fornendo così i dati per la progettazione dei dispositivi GaN.

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Ad esempio un semiconduttore al silicio, all'interno dei transistor, riesce a sopportare mediamente massimo 100°C, dopo di che il meccanismo di blocco della corrente diventa instabile e quindi inservibile.
Invece un semiconduttore al Nitruro di Gallio supporta fino a 500°C di temperatura, prima di dare disservizi in termini di affidabilità. Questa maggiore resistenza al calore permette di allocare gli elementi elettronici più vicini, poichè non è più necessario distanziarli per far evacuare il calore. Di conseguenza ciò conduce ad una miniaturizzazione con un fattore di 5 volte più piccolo.

Poiché i transistor al Nitruro di Gallio (GaN) possono funzionare a temperature molto più elevate e lavorare a tensioni molto più elevate rispetto ai transistor all'arseniuro di gallio (GaAs), costituiscono amplificatori di potenza ideali alle frequenze delle microonde, in sostituzione dei magnetron attualmente utilizzato. Inoltre, GaN offre caratteristiche promettenti per i dispositivi che funzionano a TeraHerz (THz = 1000 GHz) . A causa dell'elevata densità di potenza e dei limiti di interruzione della tensione, GaN sta anche emergendo come un candidato promettente per applicazioni di stazioni base cellulari 5G.

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Anche nella produzione di Radar rappresenta un salto tecnologico importante, ed in particolare nei radar array a scansione elettronica attiva.
Ha tra l'altro una ottima resistenza alle radiazione ionizzanti, per cui a breve sicuramente sostituirà il silicio nei pannelli solari fotovoltaici dei satelliti in orbita.

NitrurodiGallio-1

Ai fini della sicurezza delle persone è bene ricordare che la polvere di GaN è irritante per la pelle, gli occhi e i polmoni. Mentre invece il cristallo GaN è atossico e biocompatibile e pertanto, può essere utilizzato negli elettrodi e nell'elettronica degli impianti negli organismi viventi.Nel 2004 sono stati effettuati studi di monitoraggio sugli aspetti ambientali, sanitari e di sicurezza delle fonti di nitruro di gallio.

 

 

 

 

 

Per approfondimento:

NitrurodiGallio-1

 

 

 

 

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Ultimo aggiornamento Mercoledì 04 Novembre 2020 14:28
 

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