Комментарии 55
Галлий — аналог алюминия. Вероятно — его окисел достаточно прочен.
http://n-t.ru/ri/ps/pb031.htm
Углерод, кстати, очень похож на кремний. Недаром кремний рассматривают как еще одну основу жизни.
А когда надо клепать миллионы тонн электроники каждый год, сырье должно быть доступным, а не находиться только на китайской территории.
Может быть это зависит от среды? Температуры, давления.
Не скажу конкретно за кремний, но у А. Оганова есть довольно объёмные исследования по поиску и синтезу материалов, невозможных в "обычных" условиях. В двух словах — химические и физические свойства материала могут сильно меняться при других температуре/давлении. К примеру, натрий при давлении порядка 100М атмосфер превращается в полупрозрачный диэлектрик. Поищите на ютубе по ключевым словам "Запрещённая Химия".
EDIT: Всё же вставлю ссылку Артем Оганов. "Запрещённая" химия, или как школьные двоечники оказались правы"
Вот что важно! Материалы много. И многие из них лучше кремния как полупроводники. Но полупроводник, это далеко не все. И даже не самое важное. Маски и изоляторы — вот что важно. Я постоянно читаю, еще с 20-того века кстати, что вот-вот и сделают процессоры на арсениде галлия. И они будут о-го-го как быстры. Ну не сделают.
нелегированную окись на легированную?Эпитаксией скорее всего. А ещё можно попробовать легировать только на глубине, не трогая приповерхностный слой. Селективность не проблема, на то фотолитография есть. В кремниевой технологии достаточно примеров того, как делаются аналогичные операции, и принципиальных технологических ограничений я не вижу.
Насколько я знаю, селективное легирование выполняется следующим образом:
1. кристалл окисляют с поверхности, нагревая в воздухе с добавкой ~5% водяного пара.
2. наносят, экспонируют и проявляют фоторезист.
3. с незащищенных участков стравливают SiO2 при помощи HF
4. проводят легирование. При этом оставшийся SiO2 служит маской
5. стравливают остатки SiO2
Как видите, здесь окись кремния играет ключевую роль. А также то, что кремний стоек к плавиковой кислоте, в отличие от его окиси. А защищать чисто фотолитографическим слоем при легировании вряд ли получится. Температуры высокие, полимер не выдержит. Но, как я уже сказал, здесь слово за технологами.
важнейшим является стабильный политип β-Ga2O3 с шириной запрещённой зоны 4,8 эВ и полем пробоя 8 МВ/см. Однако и другие, менее стабильные политипы, в частности, α-Ga2O3, также заслуживают внимания и изучения, потому что их запрещённая зона ещё больше (5,2 эВ для α-Ga2O3),
А про ширину зоны как бы еще несколько лет назад были исследования.
хотя ещё потребуется провести очень серьёзные дополнительные исследования, чтобы повысить стабильность материалаНе так трудны первые 80% работы, как оставшиеся 80% (с)
Это разве что только для военных, они всё равно деньги не считают. Вот я представляю с десяток таких силовых транзисторов в бюджетном электромобиле. И он сразу начинает стоить, как реактивный истребитель. Это одна проблема для миллиардного рынка. А вторая тоже достаточно банальна, а сырья то хватит на этот миллиардный рынок? Специфика редкоземельных элементов — добычу их невозможно наращивать линейно в зависимости от состояния рынка. Сколько наскребли — столько и будет. А надо больше — просто начнет расти в цене.
VW, Nissan, Renault — уже публично объявляли о подписании контрактов с поставщиками SiC. Зарядки для мобильников на GaN уже на АлиЭкспресс задешево. Кремний в силовой электронике скоро умрет.
В карбид кремния в качестве массового полупроводника — верю. А вот в любые соединения галлия — нет. Главный его поставщик — производство алюминия, где он является побочным выходом. Ну вот не верю я в то, что производство алюминия в ближайшем будущем увеличится в разы. А значит, либо галлия будет катастрофически не хватать, и это будет повод выкатить на него астрономические цены (а он и сейчас недешев), либо он так и останется забавной игрушкой.
В СВЧ технике — да, там его применение скорее всего оправдано, там вес и размеры небольшие. А вот в силовой электронике, где размеры сплошь в сантиметрах и вес в килограммах, и это ещё мягко сказано, все эти прикольные редкоземельные элементы просто не приживутся.
Я не вижу причин, по которым у окисла галлия не может быть объемов производства, сравнимых с нитридом галлия. Особенно с учётом того, что их рыночные ниши пересекаются, а значит часть галлия вместо нитрила может пойти на оксид.
Что-то я устал спорить, жарко на улице, солнышко, пойду лучше искупаюсь.
Что в DC/DC в зарядниках, что СВЧ выходной каскад в БС — это крохотные кристаллы в миллиграммы весом. Сколько силовых транзисторов с кристаллом весом хотя бы по 100-200 грамм можно произвести в мире, если годовое производство чистого галлия в мире не превышает 500 тонн? Задачка для третьеклассника. И нет, нельзя взять, и просто увеличить добычу.
Это я ещё молчу про то, что 80% всего производимого галлия производится в Китае, и обычной тактикой Китая в этом вопросе является сначала сырьевой демпинг для создания емкого рынка и общемировой потребности в сырье, а потом резкое увеличение пошлин и введение экспортных квот. А потом внезапно буквально весь мир начинает зависеть от работы пары заводов в Китае.
Сколько силовых транзисторов с кристаллом весом хотя бы по 100-200 граммНа это вам даны гетероструктуры. Как сейчас GaN делают на подложках из Si и SiC, так и с Ga2O3 наверняка будет сходная история. Кроме того, даже в случае монолитных приборов, одна из главных выгод новых материалов — как раз уменьшение объема материала, необходимого для реализации нужного блокирующего напряжения.
А, я понял. Вы просто не понимаете разницы между транзистором 100Вольт/20Ампер (некоторые почему-то уверены, что это очень "силовой" транзистор" ) и реальными промышленными силовыми транзисторами. Типа 25килоВольт/5000Ампер. Обычный такой транзистор для силовых установок электровоза, или где-нибудь в эскаваторе.
Вся эта движуха затевается ради одного — пробойного напряжения. Очень сложно изготовить обычный кремниевый транзистор, который держит 25 киловольт. Он получается просто громадных размеров. Вот и ищут кремнию замену.
Как нишевые решения для решения какого-то очень узкого класса задач — вполне. Как массовое производство — вряд ли, просто банально не хватит сырья. Это как рутениевые жаропрочные сплавы — на изготовление десятка разгонных блоков космических аппаратов в год его точно хватит, а вот чтобы потеснить традиционные жаропрочные стали в авиации — однозначно нет. Поэтому никто и не пытается.
Типа 25килоВольт/5000АмперА киньте пожалуйста ссылку на такой транзистор. Любопытно посмотреть.
если годовое производство чистого галлия в мире не превышает 500 тонн?Тут важно понимать, что здесь причина, а что — следствие. Возможно, мировое производство ограничено 500 тоннами только потому, что этот металл нигде кроме минимального количества полупроводниковых элементов не используется?
Нет, просто нет в мире "месторождений галлия". Это рассеянный элемент, и наиболее эффективная технология его добычи — как сопутствующий продукт при производстве алюминия. Он очень похож на него по свойствам, поэтому в минералах типа бокситов его проще всего найти и выделить.
А вот используется галлий очень широко — вот прямо сейчас Вы смотрите на свет, производимый кристаллами арсенида галлия. Если, конечно, у Вас не АМOLED монитор или древний TFT с люминесцентной лампой. И львиная доля его добычи уходит на производство светодиодов.
Добыча всех редких и рассеянных элементов ограничена внешним фактором — редкостью и рассеянностью. Рутений или гадолиний (и их сплавы) тоже обладают просто потрясающими свойствами, и будь их побольше, активно использовались бы промышленностью, но при годовой добыче в десяток тонн как-то странно рассматривать возможность массового использования. А цены на них, кстати, вполне сопоставимы с ценой на галлий.
Но на космос хватает, поэтому, к примеру, в космической технике они достаточно широко используются.
Добыча всех редких и рассеянных элементов ограничена внешним фактором — редкостью и рассеянностьюВы же сами говорите, что галлий — сопутствующий продукт производства алюминия. А алюминий — крупнотоннажный продукт. Сколько галлия содержится в алюминиевых рудах?
Обычно 3-5 грамм на тонну. Но есть несколько месторождений бокситов, где содержание галлия доходит до килограмма на тонну. Правда, есть нюанс, сегодня с месторождение пришло тысяча тонн боксита, в котором килограмм на тонну, его извлечение экономически оправдано, а завтра — 100 грамм на тонну, и такую руду никто даже не станет пускать на обогащение, экономически нецелесообразно. Но как алюминиевая руда, и первый боксит, и второй — вполне себе годятся для переработки. Чтобы кратно увеличить производство галлия, потребуется кратно увеличить производство алюминия (ну или "ненужные" бокситы вываливать на свалки, что мне представляется маловероятным)
Поправка — до изобретения светодиодов вообще. Белый он, или нет, на результат не влияет. (смотри уже не знаю куда, АЛ102, светодиод разработки СССР, еле-еле светил красным цветом). Добыча была примерно в пять раз ниже. И что это доказывает? Что Китай (который алюминия производит ровно в 10 раз больше, чем Россия) в состоянии наладить побочное производство галлия даже себе в убыток, чтобы в среднесрочной перспективе выйти в плюс? (пару лет подряд китайцы так и делали) В любом случае перспективы роста объемов производства ограничены. Добыча золота тоже растет, особенно если взять срок в 200-300 лет. Но золотых унитазов так массово и не появилось.
Поправка — до изобретения светодиодов вообщеНет, без поправки, пожалуйста. После изобретения светодиодов вообще, но до вышеуказанного события.
Добыча была примерно в пять раз ниже. И что это доказывает?Это показывает, что если бы эта дискуссия имело место быть двадцать лет назад, вы точно так же отрицали бы возможность использования светодиодного освещения, просто на основании того, что «во всех аптеках города не хватит бензина для заправки автомобилей» (с)
Кстати, да, отличный аргумент. Галлия вот прямо сейчас уже не хватает для более активного использования светодиодов в освещении. Банально не хватает для уже "традиционного" его применения. Только вот один хороший силовой транзистор — это по весу сотни тысяч светодиодов. С другой стороны, частотный преобразователь для электровоза стоит столько, что на недополученную прибыль от светодиодных панелей, которые могли бы быть произведены вместо галлиевой силовой электроники, можно смело наплевать. Если рассматривать вопрос с этой стороны, то да, тут прогресс не остановить :)
Галлия вот прямо сейчас уже не хватает для более активного использования светодиодов в освещении.Как это выглядит? Вы приходите в магазин, а вам говорят что светодиодные лампы закончились, и запись на февраль? Как вы определили, что галлия не хватает?)
но по факту, что то не заметно революции.
Была серьёзная надежда на алмазные п/п, прямо все, завтра кремний заменим полностью… и тишина.
А ещё раз в год случаются прорывы в повышении КПД солнечных батарей.
Не так давно "российские ученые" (с) тоже нашли новый перспективный материал для солнечных панелей на основе иттербиевых стекол, если я ничего не путаю. И тоже подавалось как революция и что скоро мы будем просто завалены СЭС нового типа. Про то, что годовая добыча иттербия не превышает 50 тонн, как-то скромно умалчивалось.
Лучше кремния: ученые получили полупроводниковый материал с более совершенными характеристиками