ການນໍາໃຊ້ໂລຫະແກລຽມໃນເຕັກໂນໂລຊີເຄິ່ງຕົວນໍາ

ການນໍາໃຊ້ໂລຫະແກລຽມໃນເຕັກໂນໂລຊີເຄິ່ງຕົວນໍາ

ແກລລຽມເປັນໂລຫະທີ່ອາດຟັງແລ້ວບໍ່ຄຸ້ນເຄີຍສຳລັບບາງຄົນ, ແຕ່ມັນມີບົດບາດສຳຄັນໃນການພັດທະນາເທັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝ. ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງໂທລະສັບສະຫຼາດ, ເຄືອຂ່າຍ 5G, ໄຟ LED, ແຜງໂຊລາເຊວ, ແລະແມ້ກະທັ້ງອຸປະກອນສື່ສານຜ່ານດາວທຽມ, ແກລລຽມເປັນວັດສະດຸສຳຄັນທີ່ຊ່ວຍໃຫ້ອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳເຮັດວຽກໄດ້ໄວຂຶ້ນ, ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ, ແລະທົນທານຕໍ່ສະພາບການສະເພາະຫຼາຍກວ່າວັດສະດຸແບບດັ້ງເດີມ. ບົດຄວາມນີ້ສົນທະນາກ່ຽວກັບການນຳໃຊ້ໂລຫະແກລລຽມໃນເທັກໂນໂລຢີເຄິ່ງຕົວນຳ, ເຫດຜົນທີ່ວັດສະດຸນີ້ມີຄວາມສຳຄັນ, ແລະຕົວຢ່າງຂອງການນຳໃຊ້ຂອງມັນໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຕ່າງໆ.

ຮູ້ຈັກກັບ gallium ແລະຄຸນສົມບັດພື້ນຖານຂອງມັນ

ແກລຽມ (Ga) ເປັນທາດເຄມີທີ່ມີເລກອະຕອມ 31. ຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງແກລຽມແມ່ນໜ້າສົນໃຈຫຼາຍ: ມັນມີຈຸດລະລາຍຕ່ຳ, ປະມານ 29,7°C, ຊ່ວຍໃຫ້ມັນລະລາຍໃນມືທີ່ອຸນຫະພູມຮ່າງກາຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນສະພາບການຂອງເຄິ່ງຕົວນຳ, ສິ່ງທີ່ສຳຄັນທີ່ສຸດບໍ່ແມ່ນຄຸນສົມບັດ "ລະລາຍ" ນີ້, ແຕ່ແມ່ນຄວາມສາມາດໃນການສ້າງສານປະກອບເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີລັກສະນະເອເລັກໂຕຣນິກ ແລະ ທາງດ້ານແສງທີ່ດີກວ່າ.

ແກລຽມເປັນທາດກຸ່ມ 13 (triel), ແລະມັກຖືກລວມເຂົ້າກັບທາດອື່ນໆເຊັ່ນ: ອາເຊນິກ (As), ໄນໂຕຣເຈນ (N), ຟອສຟໍຣັດ (P), ຫຼື ອິນດຽມ (In) ເພື່ອສ້າງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ເອີ້ນວ່າເຄິ່ງຕົວນຳປະສົມ. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ແຕກຕ່າງຈາກຊິລິກອນ, ເຊິ່ງເປັນເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ເປັນທາດ. ເຄິ່ງຕົວນຳປະສົມໃຫ້ຄວາມໄວຂອງເອເລັກຕຣອນສູງກວ່າ, ປະສິດທິພາບການປ່ອຍແສງທີ່ດີກວ່າ, ແລະ ປະສິດທິພາບທີ່ດີທີ່ສຸດທີ່ຄວາມຖີ່ສູງ.

ແກລຽມເປັນສ່ວນປະກອບຫຼັກໃນເຄິ່ງຕົວນຳປະສົມ

ໃນເຕັກໂນໂລຊີເຄິ່ງຕົວນຳ, ແກລຽມບໍ່ຄ່ອຍຖືກນຳໃຊ້ເປັນໂລຫະບໍລິສຸດ. ຄຸນຄ່າຫຼັກຂອງມັນແມ່ນຢູ່ໃນທາດປະສົມທີ່ມັນປະກອບເປັນ, ໂດຍສະເພາະ:

1. ແກລຽມອາເຊໄນ (GaAs)
2. ແກລຽມໄນໄຕຣດ (GaN)
3. ແກລຽມຟອສຟອຍ (GaP)
4. ອິນດຽມແກລຽມໄນໄຕຣດ (InGaN)
5. ອາລູມິນຽມແກລຽມອາເຊໄນ (AlGaAs) ແລະໂລຫະປະສົມທີ່ຄ້າຍຄືກັນ

ແຕ່ລະສານປະກອບມີ "ຂໍ້ໄດ້ປຽບພິເສດ" ສຳລັບການນຳໃຊ້ສະເພາະໃດໜຶ່ງ, ຕັ້ງແຕ່ອຸປະກອນ RF (ຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ), ອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ, ຈົນເຖິງເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ.

1) ກາລຽມອາເຊໄນ (GaAs): ກະດູກສັນຫຼັງຂອງອຸປະກອນ RF ແລະ ການສື່ສານ

ໜຶ່ງໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີທີ່ສຸດຂອງແກລຽມແມ່ນການເປັນອົງປະກອບຫຼັກຂອງ GaAs, ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນສູງ. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນສູງໝາຍຄວາມວ່າຕົວນຳປະຈຸສາມາດເຄື່ອນທີ່ຜ່ານວັດສະດຸໄດ້ໄວຂຶ້ນ, ຊ່ວຍໃຫ້ອຸປະກອນຕ່າງໆສາມາດເຮັດວຽກໃນຄວາມຖີ່ສູງ ແລະ ມີສຽງລົບກວນຕ່ຳກວ່າຊິລິກອນໃນການນຳໃຊ້ສະເພາະ.

ການນຳໃຊ້ GaAs ທົ່ວໄປ:
- ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານ RF ໃນໂທລະສັບມືຖື ແລະ ອຸປະກອນໄຮ້ສາຍ
ໂມດູນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຫຼາຍອັນໃນໂທລະສັບສະຫຼາດລຸ້ນກ່ອນໜ້ານີ້ ແລະ ບາງແອັບພລິເຄຊັນພິເສດໃຊ້ GaAs ເນື່ອງຈາກປະສິດທິພາບຂອງມັນໃນການຂະຫຍາຍສັນຍານວິທະຍຸ.
- ການສື່ສານຜ່ານ radar ແລະດາວທຽມ
ອຸປະກອນຄວາມຖີ່ສູງເຊັ່ນ: ເຣດາ, ວິທະຍຸໄມໂຄເວຟ, ແລະ ລະບົບການສື່ສານຜ່ານດາວທຽມຕ້ອງການວັດສະດຸທີ່ໝັ້ນຄົງ ແລະ ໄວ.
- ອຸປະກອນໄມໂຄເວຟ ແລະ ຄື້ນມິນລິແມັດ
GaAs ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງສຳລັບອົງປະກອບທີ່ເຮັດວຽກໃນລະດັບ GHz ຫາຫຼາຍສິບ GHz, ໂດຍສະເພາະໃນລະບົບການສື່ສານ ແລະ ເຊັນເຊີ.

GaAs ຍັງມີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ສຳຄັນໃນການນຳໃຊ້ທາງດ້ານ optical ບາງຢ່າງ ເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດ bandgap ຂອງມັນທີ່ຮອງຮັບການຫັນປ່ຽນເອເລັກຕຣອນທີ່ມີປະສິດທິພາບເພື່ອຜະລິດ ຫຼື ຈັບແສງຢູ່ທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນສະເພາະ.

2) ກາລຽມໄນໄຕຣດ (GaN): ການປະຕິວັດດ້ານພະລັງງານ ແລະ 5G

ໃນໄລຍະທົດສະວັດທີ່ຜ່ານມາ, GaN ໄດ້ກາຍເປັນໜຶ່ງໃນວັດສະດຸທີ່ມີຍຸດທະສາດທີ່ສຸດໃນອຸດສາຫະກຳເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ທັນສະໄໝ. GaN ມີຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດທີ່ກວ້າງ, ເຮັດໃຫ້ມັນສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ໃນແຮງດັນສູງ, ອຸນຫະພູມສູງ, ແລະ ສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ແຮງກວ່າຊິລິໂຄນ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ GaN ເໝາະສຳລັບເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ ແລະ ອຸປະກອນ RF ພະລັງງານສູງ.

ການນຳໃຊ້ຫຼັກຂອງ GaN:
- ອະແດບເຕີສາກໄຟໄວ ແລະ ສະໜອງພະລັງງານທີ່ມີປະສິດທິພາບ
ເຄື່ອງສາກໄຟທີ່ອີງໃສ່ GaN ສາມາດເຮັດໃຫ້ນ້ອຍລົງ ແລະ ເບົາລົງໄດ້ ເພາະວ່າປະສິດທິພາບສູງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ອະນຸຍາດໃຫ້ອອກແບບດ້ວຍຄວາມຖີ່ສະຫຼັບທີ່ສູງຂຶ້ນ.
- ອິນເວີເຕີ ແລະ ຕົວແປງໄຟຟ້າ
GaN ກຳລັງເລີ່ມຖືກນໍາໃຊ້ໃນການນໍາໃຊ້ລົດຍົນ, ສູນຂໍ້ມູນ, ແລະລະບົບພະລັງງານທົດແທນ, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບການປ່ຽນພະລັງງານ.
- ອຸປະກອນ RF ສຳລັບ 4G/5G
ໃນສະຖານີຖານ 5G, GaN ຖືກເລືອກຢ່າງກວ້າງຂວາງເພາະມັນສາມາດຜະລິດພະລັງງານ RF ສູງດ້ວຍປະສິດທິພາບທີ່ດີ, ເຊິ່ງມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ລະດັບການສົ່ງສັນຍານ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງ.

ເວົ້າງ່າຍໆ, GaN ຊ່ວຍໃຫ້ອຸປະກອນເຮັດວຽກ "ມີພະລັງຫຼາຍຂຶ້ນ" ແຕ່ຍັງຄົງມີປະສິດທິພາບ, ດັ່ງນັ້ນພະລັງງານທີ່ສູນເສຍໄປຍ້ອນຄວາມຮ້ອນຈຶ່ງສາມາດຫຼຸດລົງໄດ້.

3) ກາລຽມໃນໄຟ LED ແລະເຕັກໂນໂລຊີແສງສະຫວ່າງທີ່ທັນສະໄຫມ

ເມື່ອເວົ້າເຖິງໄຟ LED ສີຂາວທີ່ໃຊ້ໃນໄຟເຮືອນ, ຈໍສະແດງຜົນໂທລະສັບມືຖື, ຫຼື ໄຟໜ້າລົດ, ແກລຽມມີບົດບາດສຳຄັນ. ວັດສະດຸເຊັ່ນ InGaN (indium gallium nitride) ແມ່ນກຸນແຈສຳຄັນໃນການຜະລິດແສງສີຟ້າ ແລະ ສີຂຽວທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມສູງ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ແສງສີຟ້າສາມາດລວມເຂົ້າກັບຟອສຟໍເພື່ອຜະລິດໄຟ LED ສີຂາວ.

ຜົນກະທົບຂອງການໃຊ້ແກລຽມໃນໄຟ LED:
- ປະສິດທິພາບພະລັງງານສູງກວ່າຫລອດໄຟ incandescent ຫຼື fluorescent
- ອາຍຸການໃຊ້ງານຍາວນານ ເພາະວ່າໄຟ LED ເປັນອົງປະກອບແບບ solid-state
- ຄຸນນະພາບແສງໄຟ ແລະ ການຄວບຄຸມສີທີ່ດີຂຶ້ນໃນໜ້າຈໍ ແລະ ໄຟຕົກແຕ່ງ

ຖ້າບໍ່ມີເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ອີງໃສ່ແກລຽມ, ການພັດທະນາໄຟ LED ທີ່ທັນສະໄໝຈະຊ້າລົງຫຼາຍ, ແລະປະສິດທິພາບການໃຫ້ແສງສະຫວ່າງໃນປະຈຸບັນອາດຈະບໍ່ສູງເທົ່າທີ່ເປັນຢູ່ໃນປະຈຸບັນ.

4) ກາລຽມສຳລັບແຜງແສງອາທິດປະສິດທິພາບສູງ

ກາລຽມຍັງມີຄວາມສຳຄັນໃນເຕັກໂນໂລຊີຂອງແຜງແສງອາທິດ - ໂດຍສະເພາະແມ່ນແຜງແສງອາທິດປະສິດທິພາບສູງທີ່ໃຊ້ໃນດາວທຽມ ຫຼື ການນຳໃຊ້ພິເສດ. ໜຶ່ງໃນຕົວຢ່າງທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີທີ່ສຸດແມ່ນການນຳໃຊ້ GaAs ແລະ ໂລຫະປະສົມຂອງມັນ, ເຊັ່ນ InGaP/GaAs/Ge, ໃນແຜງແສງອາທິດຫຼາຍຈຸດເຊື່ອມຕໍ່.

ເປັນຫຍັງແກລຽມຈຶ່ງດີຕໍ່ແຜງແສງອາທິດບາງຊະນິດ?
- ປະສິດທິພາບການປ່ຽນແປງສູງ
- ທົນທານຕໍ່ລັງສີ, ສຳຄັນສຳລັບສະພາບແວດລ້ອມໃນອະວະກາດ
- ໝັ້ນຄົງພາຍໃຕ້ສະພາບທີ່ຮຸນແຮງ, ເຊັ່ນ: ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ ແລະ ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງ

ແຜງໂຊລາເຊວຊິລິໂຄນແມ່ນແຜງທີ່ນິຍົມໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງເນື່ອງຈາກຕົ້ນທຶນການຜະລິດຕ່ຳ, ແຕ່ແຜງໂຊລາເຊວທີ່ເຮັດດ້ວຍແກລຽມແມ່ນດີເລີດໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການປະສິດທິພາບສູງສຸດ ເຊັ່ນ: ດາວທຽມ, ຍານອະວະກາດ ແລະ ລະບົບການທະຫານບາງຢ່າງ.

5) ກາລຽມໃນໄດໂອດເລເຊີ ແລະ ການສື່ສານທາງແສງ

ສານປະກອບເຊັ່ນ AlGaAs ແລະ InGaN ຖືກນໍາໃຊ້ໃນໄດໂອດເລເຊີສໍາລັບຄື້ນຄວາມຍາວທີ່ຫຼາກຫຼາຍ. ໄດໂອດເລເຊີແມ່ນອົງປະກອບທີ່ສໍາຄັນໃນ:
– ເຄື່ອງຫຼິ້ນ optical ແລະ ບ່ອນເກັບຂໍ້ມູນ (ໃນເຕັກໂນໂລຊີບາງຢ່າງ)
- ລະບົບການວັດແທກ ແລະ ເຊັນເຊີອຸດສາຫະກຳ
- ການສື່ສານທາງແສງໄລຍະສັ້ນ
– ອຸປະກອນການແພດ ແລະ ເຄື່ອງມືຫ້ອງທົດລອງ

ເລເຊີທີ່ອີງໃສ່ເຊມິຄອນດັກເຕີຕ້ອງການວັດສະດຸທີ່ສາມາດປ່ອຍແສງໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ແລະ ໝັ້ນຄົງ. ແກລຽມມີບົດບາດສຳຄັນເພາະມັນສາມາດສ້າງໂຄງສ້າງ heterojunction ທີ່ສະໜັບສະໜູນການຂະຫຍາຍແສງທີ່ມີປະສິດທິພາບ (lasing).

ເປັນຫຍັງຈຶ່ງບໍ່ແມ່ນແຕ່ຊິລິໂຄນ?

ຊິລິໂຄນຍັງຄົງເປັນກະສັດສຳລັບ IC ດິຈິຕອນເຊັ່ນ: ໂປເຊດເຊີ ແລະ ໜ່ວຍຄວາມຈຳ ເນື່ອງຈາກລະບົບນິເວດການຜະລິດທີ່ເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່, ລາຄາຖືກ ແລະ ການເຊື່ອມໂຍງທີ່ສູງຫຼາຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສຳລັບຄວາມຕ້ອງການບາງຢ່າງ - ເຊັ່ນ: ຄວາມຖີ່ວິທະຍຸສູງ, ການປ່ອຍແສງທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ຫຼື ການສະຫຼັບພະລັງງານແຮງດັນສູງ - ວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ແກລລຽມມັກຈະເປັນທາງເລືອກທີ່ດີເລີດ.

ສະຫຼຸບແລ້ວ:
- GaAs ເກັ່ງໃນດ້ານຄວາມໄວ ແລະ RF
- GaN ໂດດເດັ່ນໃນດ້ານພະລັງງານສູງ, ອຸນຫະພູມສູງ, ແລະ ປະສິດທິພາບການສະຫຼັບ.
- InGaN/GaN ເກັ່ງໃນ LEDs ແລະ optoelectronics ບາງຊະນິດ

ສິ່ງທ້າທາຍຂອງການໃຊ້ແກລຽມໃນອຸດສາຫະກໍາ

ເຖິງວ່າຈະມີປະໂຫຍດ, ກາລຽມຍັງມີສິ່ງທ້າທາຍຄື:
- ການມີຢູ່ ແລະ ລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະໜອງ: ແກລຽມໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນຜະລິດຕະພັນຮ່ວມຂອງການປຸງແຕ່ງບົກຊິດ (ອາລູມິນຽມ) ຫຼື ສັງກະສີ, ສະນັ້ນການສະໜອງຂອງມັນຂຶ້ນກັບອຸດສາຫະກຳອື່ນໆ.
- ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດແຜ່ນເວເຟີ ແລະ ການຜະລິດ: ແຜ່ນເວເຟີ GaAs ຫຼື GaN ມັກຈະມີລາຄາແພງກ່ວາແຜ່ນເວເຟີຊິລິໂຄນ.
- ການເຊື່ອມໂຍງກັບເຕັກໂນໂລຊີຊິລິກອນ: ການລວມອົງປະກອບທີ່ອີງໃສ່ແກລຽມກັບວົງຈອນຊິລິກອນຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີເຕັກນິກການຫຸ້ມຫໍ່ ແລະ ການອອກແບບທີ່ສັບສົນຫຼາຍຂຶ້ນ.

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ທ່າອ່ຽງໃນປະຈຸບັນສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການນໍາໃຊ້ເຄິ່ງຕົວນໍາທີ່ມີແກນ gallium ສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນຍ້ອນວ່າຄວາມຕ້ອງການດ້ານປະສິດທິພາບພະລັງງານແລະປະສິດທິພາບສູງກາຍເປັນສິ່ງສໍາຄັນເພີ່ມຂຶ້ນ, ໂດຍສະເພາະໃນຍຸກຂອງ 5G, ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ, ແລະສູນຂໍ້ມູນ.

ສະຫຼຸບ

ການນຳໃຊ້ໂລຫະແກລລຽມໃນເຕັກໂນໂລຊີເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນກວ້າງຂວາງ ແລະ ມີຍຸດທະສາດ. ຜ່ານສານປະກອບເຊັ່ນ GaAs ແລະ GaN, ແກລລຽມຊ່ວຍໃຫ້ອຸປະກອນ RF ຄວາມຖີ່ສູງ, ໄຟ LED ປະຫຍັດພະລັງງານ, ໄດໂອດເລເຊີ, ແລະ ຕົວແປງພະລັງງານທີ່ທັນສະໄໝມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ. ແກລລຽມຍັງມີບົດບາດໃນແຜງແສງອາທິດປະສິດທິພາບສູງສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນອະວະກາດ ແລະ ສິ່ງແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ. ເຖິງວ່າຈະມີສິ່ງທ້າທາຍດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ ແລະ ລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະໜອງ, ຄວາມຕ້ອງການຂອງອຸດສາຫະກຳສຳລັບວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງເຮັດໃຫ້ແກລລຽມເປັນອົງປະກອບສຳຄັນໃນພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຊີເອເລັກໂຕຣນິກໃນປະຈຸບັນ ແລະ ອະນາຄົດ.

ຖ້າທ່ານຕ້ອງການ, ຂ້ອຍສາມາດດັດແປງບົດຄວາມນີ້ໃຫ້ເປັນແບບວິຊາການ (ພ້ອມດ້ວຍການອ້າງອີງ), ແບບທີ່ນິຍົມສຳລັບບລັອກ, ຫຼື ຮຸ່ນທີ່ຍາວກວ່າທີ່ມີພາກສ່ວນຍ່ອຍສະເພາະກ່ຽວກັບ GaN ສຳລັບເຄື່ອງສາກໄຟໄວ ແລະ 5G.