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半導體雷射缺點 在 PanSci 泛科學 Instagram 的精選貼文
2020-11-02 10:19:57
#科基百科 所謂砷化鎵呢，是由鎵和砷兩種元素所合成的化合物，分子式為「GaAs」。 這種化合物是種很常見的半導體材料，會被用來製作微波積體電路、紅外線發光二極體、半導體雷射器和太陽電池等等元件。 _ 咦？半導體材料？那不是矽 (Si)、鍺 (Ge) 等等元素嗎？ 嘿嘿，除了元素之外，化合物也...
半導體雷射缺點 在 PanSci 科學新聞網 Facebook 的最讚貼文
#科基百科 所謂砷化鎵呢，是由鎵和砷兩種元素所合成的化合物，分子式為「GaAs」。
這種化合物是種很常見的半導體材料，會被用來製作微波積體電路、紅外線發光二極體、半導體雷射器和太陽電池等等元件。
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咦？半導體材料？那不是矽 (Si)、鍺 (Ge) 等等元素嗎？
嘿嘿，除了元素之外，化合物也能做半導體喔！
尤其是現在邁向 5G 的新世代，過去的半導體材料會遇到一些困境。
像是「矽」的導通電阻過大，易造成電能損耗，在電子裡跑得不夠快、不能做高頻，又不耐高電壓，不適合做高功率元件。
面對這種種缺點，製作端便需要不斷開發新的材料來尋找別的可能。
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目前第二代半導體材料便是以砷化鎵為主，在製作技術上較為純熟，同時能用來製作高頻元件，但它不耐高電壓，所以仍有不少優化空間。
你可能很好奇，有了第二代，會有第三代嗎？
還真的有，像是氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC) 目前都是非常熱門的新秀，未來最適合 5G 時代的半導體材料之王會是誰呢？讓我們繼續看下去！
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正確用法：新時代來臨？用砷化鎵迎擊！
錯誤用法：堅持用矽，一百年，不許變！
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參考資料：數位時代《5G帶動半導體新戰場，氮化鎵能當下一個材料寵兒嗎？要先克服兩大挑戰》、維基百科《砷化鎵》
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延伸閱讀：
不再只有0與1：台灣團隊發表新世代記憶體材料「鐵酸鉍」的光控技術
https://pansci.asia/archives/flash/162289
導電但不導熱：夢幻的熱電材料「二氧化釩」——《科學月刊》
https://pansci.asia/archives/119044
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對物理尺寸有限的應用來說，半導體雷射的吸引力顯而易見，但將其用於一般照明的缺點在於其發射腔非常窄…
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【感測器的硬技術】
隨著物聯網 (IoT) 環境的成熟，可與智慧型手機或電腦連接的微型化感測器亦水漲船高。在各種感測器中，電化學因其高靈敏度、快速反應和使用壽命長而具有特殊優勢，但找到可增強標的物的電極材料是挑戰所在。因應微型化需求，感測晶片開始嘗試能兼容多種奈米材料與不同半導體、有機／無機導體的電路，製程亦出現重大演進。相較於傳統矽 (Si) 或氮化鎵 (GaN) 製程，電子印刷更便於製作軟性電路和異質結構，且成本僅需 1/10、乃至 1/100。
除了化學感測器進展神速，物理層面最受矚目的當屬「飛時」(ToF) 雷射感測了，更適用於 1 公里內的近距感測。蘋果 iPhone X 已為 3D 感測打響名號，但內建紅外線測距和光感測器的螢幕「瀏海」設計，卻也因容易遮住應用程式 (APP) 而為人詬病。藉由光波來回時間與光速推算精確距離的 ToF，可補足紅外線精度低、方向性差，有顏色辨識及易受環境光源干擾的缺點；且模組較小，在電路板有限的行動裝置較具優勢。
此外，能源採集 (Energy Harvesting) 搭配充電式電池與超級電容，將太陽能、機械能或射頻能量轉化成電能，已成新興供電途徑。世界首個符合「超低功耗無線通訊」ISO / IEC 國際標準規範的 EnOcean，可收集自然界的微小能量、借助開開動作將動能轉換為電能，免去邊緣節點 (edge node) 更換電池或充電維護的不便，迄今歐美已約有 40 萬棟建築物建置。中國重慶大學亦新研發出由風力驅動、可監測風速和溫度的無線感測器。
麻省理工學院 (MIT) 則藉環境溫度變化開發「熱諧振器」，可從稀薄空氣中採集環境熱能，不須依賴陽光照射、在陰涼處亦可工作。不過，此類「就地取材」的環境能源並非隨時可得，必須善加珍惜使用；此時，感測器的工作模式及參數設定格外重要。另一個須留意的問題是：即使設有超級電容，但它可能因為過度自放電，而浪費辛苦採集到的能量。如何提高轉換效率、盡可能降低晶片本身功耗、極小化啟動電壓並妥善管理採集進來的能量是關鍵所在。
延伸閱讀：
《材料、製程、供電大躍進 感測技術一日千里》
http://compotechasia.com/a/____//2018/0415/38544.html
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