Pagbubukas ng Rebolusyon ng 6G gamit ang Susunod na Henerasyon ng GaN Semiconductors

Ang mga semiconductor ay pundasyon ng mga elektronikong aparato at mga device ng Internet of Things (IoT) pati na rin ng kagamitan sa telekomunikasyon.

Ito ay mga materyales na kumokontrol sa daloy ng kuryente. Ang natatanging katangian nila na may konduktibidad sa pagitan ng konduktor at insulator ay ginagawa silang mahalagang sangkap sa mga device tulad ng diode, transistor, at integrated circuit.

Ang pangangailangan para sa mga semiconductor ay mabilis na tumataas. Ginagamit ang mga ito sa mga smartphone, computer, appliances, medikal na kagamitan, at gaming hardware. Kasabay nito ang lumalawak na popularidad at paggamit ng mga teknolohiyang artificial intelligence (AI), na lalo pang nagpapasigla sa pag-unlad ng mga chip at pagtaas ng produksyon ng semiconductor.

Ang patuloy na pag-usad ng pag-deploy ng 5G ay isa pang salik na nagtutulak ng malusog na trend ng demand para sa mga semiconductor chip.

Ang “ikalimang henerasyon” ng teknolohiyang cellular network, na inilunsad ng mga mobile operator sa buong mundo mula noong 2019, ay nag-aalok ng mas mataas na bilis ng pag-download at mas mababang latency, na nagbibigay-daan sa halos agarang komunikasyon.

Ang napakababang latency at mataas na pagiging maaasahan ng 5G ay napakahalaga para sa mga makabagong teknolohiya. Ang 5G network, sa kabilang banda, ay umaasa sa mga semiconductor upang maibigay ang mga benepisyo nito.

Kinakailangan dito ang mga komponenteng semiconductor upang iproseso ang mga signal na nagdadala ng data. Mula sa mga base station hanggang sa mga smartphone at IoT device, sila ang mga chip na nagpapahintulot ng mabilis na pagproseso ng signal, malawak na radio frequency (RF) transmission, at ligtas na konektibidad.

Habang ang 5G ay nasa yugto pa rin ng deployment, nagsimula na ang mga manlalaro sa industriya na talakayin ang pag-develop ng ikaanim na henerasyon (6G). Gayunpaman, ito ay nangangailangan ng makabuluhang pag-unlad sa teknolohiyang semiconductor na kayang humawak ng napakababang latency, ultra‑mataas na data rate, mataas na enerhiya‑epektibidad, suporta para sa terahertz (THz) frequencies, at siyempre, napakalawak na konektibidad.

Habang ang mga kumpanya at mananaliksik ay nagtatrabaho upang mapabuti ang kakayahan ng mga semiconductor, isang kamakailang breakthrough sa teknolohiya ang nagpapakita ng napakalaking potensyal upang baguhin ang paraan ng ating komunikasyon.

Sa pamamagitan ng pag‑supercharge ng 6G na mobile network upang mag‑alok ng mas mabilis na bilis, mas epektibong komunikasyon, at mas malawak na saklaw kaysa sa kasalukuyang henerasyon (5G), ang pinakabagong pag‑unlad na ito ay nangangako ng isang hinaharap na magpapatupad ng maraming konsepto ng science fiction.

Ang mga futuristic na konsepto tulad ng pakiramdam ng haplos ng iyong mga mahal sa buhay na nasa ibang kontinente o ang agarang diagnosis sa kalusugan nang hindi umaalis sa bahay ay nakasalalay sa kakayahang mag‑komunikasyon at maglipat ng napakalaking dami ng data sa mas mabilis na bilis kaysa sa kayang ibigay ng kasalukuyang mga network.

Natuklasan ng mga pisiko mula sa University of Bristol ang isang bagong paraan upang pabilisin ang proseso upang makamit ito.

“Sa susunod na dekada, ang mga halos hindi maisip na teknolohiya upang baguhin ang malawak na hanay ng karanasan ng tao ay maaaring maging malawakan.”

– Co‑lead author Martin Kuball, Professor of Physics at the University of Bristol.

Sa pagtalakay sa mga posibleng benepisyo, na tinukoy niyang “malawak ang saklaw,” itinuro ni Kuball ang mga pag‑unlad sa pangangalagang pangkalusugan gamit ang remote diagnostics at surgery, virtual classrooms, virtual holiday tourism, industriyal na awtomasyon para sa mas mataas na kahusayan, at advanced driver assistance systems (ADAS) upang mapabuti ang kaligtasan sa kalsada.

“Walang katapusan ang listahan ng posibleng aplikasyon ng 6G, ang tanging limitasyon ay ang imahinasyon ng tao. Kaya ang aming mga makabagong tuklas sa semiconductor ay lubos na kapanapanabik at tutulong na itulak ang mga pag‑unlad na ito nang mabilis at malakihan.”

– Kuball 

Ang kinakailangan ng paglipat sa 6G ay isang radikal na pag‑upgrade ng teknolohiyang semiconductor, mga sistema, circuit, at mga kaugnay na algorithm. 

Ang Pag‑angat ng mga Transistor na Batay sa GaN

Sa mabilis na umuunlad na sektor ng semiconductor, ang Gallium Nitride (GaN) ay ginagamit bilang pangunahing sangkap ng semiconductor.

Ang compound semiconductor na ito ay napakatigas, mekanikal na matatag, at may malawak na bandgap, na ginagawang angkop para sa mga high‑power, high‑frequency na aplikasyon. Pagkatapos ng silicon, ang GaN ay isa sa mga pinaka‑kritikal na semiconductor, at ito ay nakikita nang mas malawak na paggamit sa consumer electronics.

Ang GaN ay kilala sa pagkakaroon ng mas malawak na band gap kumpara sa silicon. Bilang resulta, ang mga GaN device ay maaaring humawak ng mas mataas na power density, na nagreresulta sa mas maliit at magaan na disenyo at nag-aalok ng mas mataas na kahusayan at mas mahusay na pagiging maaasahan.

Sa kasalukuyang fifth‑generation na mga sistema ng komunikasyon, ang mga device na ito ay patuloy na nagiging bagong pamantayan. At ngayon, ang mga mananaliksik ay nagsusuri nito para sa mga aplikasyon ng 6G mobile at wireless infrastructure.

Dahil sa kanilang mataas na output power at mataas na frequency operability, ang mga GaN‑based high electron mobility transistors (HEMTs) ay nagre‑rebolusyon sa wireless at military communication.

Ito ay pangunahing dahil sa mga materyal na katangian tulad ng mataas na critical electric field, magandang room‑temperature mobility, at mataas na saturation velocity. Ang mga inobasyon sa disenyo ng field plate ay lalo pang nagpa‑angat sa performance ng GaN HEMTs, na nag‑resulta sa power na hanggang 40 W mm−1 sa 4 GHz at 60% power‑added efficiency.

Ngunit hindi ito sapat upang paganahin ang mga hinaharap na aplikasyon. Kailangan ng GaN na maging mas mabilis at mas maaasahan, at mag‑emit ng mas malaking power upang suportahan ang ikaanim na henerasyon ng wireless communications.

Kinakailangan ang mga pag‑angat sa output power upang mapanatili ang integridad ng signal sa mahabang distansya, kung saan ang mga ambisyosong proyekto ay nagtatakda na ng target na maabot ang 81 W mm−1.

Sa kontekstong ito, ang internasyonal na koponan ng mga inhinyero at siyentipiko ay nag‑develop at nag‑test ng bagong arkitektura na nag‑taas ng kakayahan ng mga espesyal na GaN amplifier.

Nakuha ang mga resulta sa pamamagitan ng pagtuklas ng latch effect sa GaN, na nag‑unlock ng napakataas na performance ng radio frequency device. Ang susunod na henerasyon ng mga device ay gumagamit ng parallel channels na nangangailangan ng sub‑100 nm side fins, isang uri ng transistor na kumokontrol sa daloy ng kuryente na dumadaloy sa mga device.

Sa pinakabagong pananaliksik, ginamit ng koponan ang mahigit 1000 fins na may lapad na sub‑100 nm sa SLCFETs upang makatulong sa pag‑drive ng kuryente. Ayon kay co‑lead author Dr. Akhil Shaji, Honorary Research Associate sa University of Bristol:

“Nag‑pilot kami ng device technology, kasama ang mga kolaborador, na tinatawag na superlattice castellated field effect transistors (SLCFETs).” 

Ang mga GaN‑based SLCFETs ay may potensyal na magamit upang maabot ang mga target na mataas na output power (81 W mm−1) na itinakda ng mga proyekto. Ang SLCFETs na may hanggang sampung stacked two‑dimensional electron gas (2DEG) channels ay maaaring magbigay ng 10‑fold na pagtaas sa charge carriers kumpara sa single‑channel na GaN HEMTs.

Ayon sa pag-aaral, ang bagong arkitektura ay nag‑aalok ng mababang knee voltage, na perpekto para sa malalaking output voltage swing na sinamahan ng mataas na current density.

Ang mga SLCFETs ay nagpakita ng output power na higit sa 10 W mm−1 sa 94 GHz na may 12 V sa drain at higit sa 40% power added efficiency, sinamahan ng current density na 4.8 A mm−1 na may minimum dispersion at current collapse.

Sa ganitong laki ng power, ang hamon ay ang kontrolin ang heat dissipation nang hindi pinapalawak ang footprint ng device. Habang maaaring mapataas ang power sa pamamagitan ng pagtaas ng drain voltage (VDS), ang impact ionization ay maaaring mag‑degrade ng katangian ng SLCFET.

Pagkatapos ay ang transistor latching. Dito, nananatiling nasa on state ang device kahit na naka‑bias ito sa off‑state gate bias (VGS), isang epekto na kilala sa mga silicon‑based na device. Gayunpaman, ang mataas na bandgap ng GaN ay nag‑minimize ng impact ionization. Nakumpirma ng mga mananaliksik dati ang pag‑kaganap ng impact ionization sa on‑state operation ng SLCFETs.

Pagpapahusay ng Performance ng GaN sa Pamamagitan ng Latch Effect

Ang aluminium gallium nitride (AlGaN/) o gallium nitride (GaN)-based na SLCFETs ay nagpapakita ng pangako bilang pundasyon para sa high‑power RF amplifiers at switches sa mga advanced radar ng hinaharap.

Ang mga transistor na ito ay nagpakita ng pinakamahusay na performance sa W‑band frequency range, mula 75 GHz hanggang 110 GHz. Ang agham sa likod nito ay hindi pa nalalaman hanggang ngayon.

Ayon sa pag-aaral na inilathala sa journal Nature Electronics¹, ito ay “isang latch‑effect sa GaN, na nagbibigay‑daaan sa mataas na radio frequency performance.”

Sa pagkilala ng epekto, nagpatuloy ang koponan upang alamin kung saan ito nangyayari. Gumamit sila ng ultra‑precision electrical measurements at optical microscopy nang sabay‑sabayan upang pag-aralan pa ang epekto at mas maunawaan ito.

Sa pagsusuri ng mahigit 1,000 fins, natagpuan ng mga mananaliksik ang epekto sa pinakamalapad na fin. Upang higit pang patunayan ang obserbasyon, nag‑build ang koponan ng 3D model gamit ang simulator.

“Ang mga current‑voltage measurement, simulation, at correlated electroluminescent emission sa latch condition ay nagpapahiwatig na ang triggering ng fin‑width‑dependent localized impact ionization ang responsable sa latch,” ayon sa pag‑-aaral, na idinagdag na ang lokal na ito ay dulot ng pagkakaiba‑iba sa lapad ng fin, na nagmumula sa variability ng proseso ng paggawa.

Susunod, hinarap ng koponan ang mga aspeto ng reliability ng epekto para sa praktikal na aplikasyon. Ipinakita ng mahigpit na testing ng device sa mahabang panahon na ang latch effect ay walang masamang epekto sa performance o reliability ng device.

Ayon sa pag‑-aaral, ang latch condition ay reversible at hindi nagde‑degrade, at maaaring magdulot ng pagpapabuti sa transconductance characteristics ng mga transistor, na nag‑iimpluwensya sa mas mahusay na linearity at power sa radiofrequency power amplifiers.

“Natuklasan naming ang susi sa reliability ay ang manipis na layer ng dielectric coating sa paligid ng bawat fin.”

– Professor Kuball, the Royal Academy of Engineering Chair in Emerging Technologies

Pinamumunuan ang Centre for Device Thermography and Reliability (CDTR), tinutulungan ni Kuball ang pag‑develop ng susunod na henerasyon ng semiconductor electronic devices para sa komunikasyon at radar technology, at para maabot ang net‑zero emissions. Ang CDTR ay nagtatrabaho rin sa pagpapabuti ng thermal management ng device, electrical performance, at reliability sa pamamagitan ng wide at ultra‑wide bandgap semiconductors.

Ang pangunahing konklusyon ng pananaliksik, ayon kay Kuball, ay “malinaw – ang latch effect ay maaaring gamitin para sa hindi mabilang na praktikal na aplikasyon, na maaaring mag‑transforma sa buhay ng mga tao sa maraming paraan sa mga darating na taon.”

Sa hinaharap, magpo‑focus ang koponan sa karagdagang pagtaas ng power density na maibibigay ng mga device. Ito ay magbibigay-daan sa kanila na mag‑alok ng mas mataas na performance at magsilbi sa mas malawak na audience.

Bukod pa rito, tutulong ang mga industry partner na gawing komersyal ang mga susunod na henerasyon ng mga device.

Mag‑Invest sa Inobasyon ng Semiconductor

Pagdating sa pag‑invest sa teknolohiyang GaN, ang MACOM (MTSI ) ay isa sa iilan lamang na US public company na nag‑aalok ng direktang exposure dito. Gumagamit ito ng parehong GaN‑on‑SiC at GaN‑on‑Si process technologies upang paganahin ang susunod na henerasyon ng system architectures sa malawak na hanay ng aplikasyon. Ang kumpanya ay nag‑aalok ng mga innovative low‑noise amplifiers, GaN power amplifiers, at switches na sumasaklaw mula DC hanggang higit sa 100 GHz.

MACOM Technology Solutions Holdings Inc (MTSI )

Ang MACOM Technology Solutions Holdings ay isang tagagawa ng high‑performance semiconductor products para sa telecommunications pati na rin sa iba pang industriya.

Ang kumpanya ay nagsisilbi sa mahigit 6,000 na customer taun‑taon gamit ang malawak nitong product portfolio na kinabibilangan ng analog, microwave, radio frequency (RF), mixed‑signal, at optical semiconductor technologies. Ang MACOM ay nag‑specialize sa application, compound semiconductor fabrication, kabilang ang GaAs, GaN, InP, at specialized silicon, analog at mixed‑signal circuit design, advanced packaging, at back‑end assembly at testing.

Nakuha ng kumpanya ang ilang sertipikasyon, kabilang ang AS9100D aerospace standard, IATF16949 automotive standard, ISO9001 international quality standard, at ISO14001 environmental management standard.

Pagdating sa performance ng MCOM, na may market capitalization na $9 bilyon, ang mga shares ng MTSI ay kasalukuyang nag‑trade sa $123.41. Bagaman bumaba ang MTSI ng 6.37% ngayong taon, tumaas ito ng 46.7% mula sa low noong unang Abril at halos 15.5% na lamang ang layo mula sa peak na naabot nitong Enero. Sa kasalukuyan, ang EPS (TTM) ay -1.22 at P/E (TTM) ay -99.66.

Tungkol sa financials ng kumpanya, kamakailan lamang iniulat ng MACOM ang resulta para sa fiscal second quarter na nagtapos noong Abril 4, 2025, kung saan naitala nito ang revenue na $235.9 million, tumaas ng 30.2% mula sa parehong quarter noong nakaraang taon.

Ang income mula sa operations ay $34.9 million, o 14.8% ng revenue, habang ang net income ay $31.7 million, o $0.42 bawat diluted share. Ang gross margin sa panahong ito ay tumaas ng 2.7% sa 55.2% habang ang adjusted gross margin ay tumaas ng 0.4% sa 57.5%.

Sa pag‑komento sa “solid Q2 performance” ng kumpanya, pinuri ni President at CEO Stephen G. Daly ang “exceptional teamwork across the entire MACOM organization” na nag‑payag sa tagumpay na ito.

Sinundan ito ng “magandang simula” sa fiscal year sa Q1, kung saan sinabi ni Daly na ang pokus ng kumpanya ay patuloy na maglingkod sa mga customer at “mag‑build ng mas malakas, mas malawak, at mas kompetitibong product portfolio.”

Sa 1Q25, ang revenue ng MACOM ay $218.1 million, tumaas ng 38.8% mula sa 1Q24, at ang income mula sa operations ay $17.5 million, o 8% ng revenue. Sa nakaraang quarter, iniulat ng kumpanya ang net loss na $167.5 million, o $2.30 loss per diluted share, dahil sa isang one‑time loss na $193.1 million sa pag‑extinguish ng utang.

Ngayon, para sa fiscal third quarter na magtatapos noong Hulyo 4, 2025, ang MACOM ay nag‑forecast ng revenue sa pagitan ng $246 million at $254 million. Inaasahan nitong ang adjusted gross margin ay nasa pagitan ng 56.5% at 58.5% at ang adjusted earnings per diluted share ay nasa pagitan ng $0.87 at $0.91, gamit ang 3% non‑GAAP income tax rate at 76.5 million fully diluted shares outstanding.

Sa gitna ng lahat ng ito, patuloy na pinalalawak ng MACOM ang negosyo nito sa pamamagitan ng mga pamumuhunan. Noong Enero ngayong taon, inanunsyo ng MACOM ang isang strategic plan na mamumuhunan ng hanggang $345 million sa loob ng limang taon sa mga wafer fabrication facilities nito sa Massachusetts at North Carolina. Ang layunin ng pamumuhunan ay i‑modernisa ang mga umiiral na pasilidad at mag‑introduce ng advanced manufacturing capabilities para sa RF, microwave, at millimeter wave technologies upang mapalakas ang mga produktong inaalok ng MACOM para sa datacenter, telecommunications, at defense industries.

Sa partikular na pasilidad nito sa Massachusetts, mag‑install ang kumpanya ng 150 mm GaN‑on‑SiC manufacturing capability.

“Ang planong ito ay magpapatibay sa domestic semiconductor manufacturing capabilities ng MACOM,” sabi ni Daly, na nagdagdag na ito rin ay magpapabilis sa growth strategy ng kumpanya.

Ang inisyatibang ito ay sinusuportahan ng isang paunang kasunduan sa CHIPS Program Office, na naglaan ng kabuuang $39 bilyon para sa mga insentibo sa pamumuhunan sa pasilidad at kagamitan sa US. Ipinapanukala nito ang $180 million na pondo at tax credits para sa MACOM sa ilalim ng CHIPS and Science Act.

Ilang buwan bago ito, nakuha ng MACOM ang isang fabless semiconductor company na tinatawag na ENGIN‑IC, na nagdidisenyo ng advanced GaN MMICs (monolithic microwave integrated circuits) upang mas mahusay na pagsilbihan ang mga target market nito at makakuha ng mas malaking bahagi ng merkado.

Ang pokus ng ENGIN‑IC ay talagang maglingkod sa US defense industry at nag‑aalok ng product portfolio na may mahigit 60 standard MMICs at marami pang custom MMICs.

“Ang natatanging wideband at high‑efficiency MMIC at module design expertise ng ENGIN‑IC ay magpapahintulot sa amin na mas mahusay na suportahan ang aming mga mutual customers,” sabi ni Daly noon, habang ibinahagi ni co‑founder at CTO ng ENGIN‑IC na si Stephen Nelson ang kanyang kasabikan na “maging bahagi ng pagsisikap ng MACOM na pamunuan ang industriya sa GaN semiconductor processes at products.”

Konklusyon

Ang 6G ay ang susunod na henerasyon ng teknolohiya para sa wireless communications na nangangako ng mas mabilis na bilis at mas epektibong komunikasyon. Ang pag‑realize ng hinaharap na ito ng global na komunikasyon, automation, at immersive virtual experiences, ay nakasalalay sa mga pag‑unlad sa semiconductor. Ang materyal na semiconductor, GaN, na may natatanging katangian ng mas mataas na bilis, mas mababang resistensya, at mas mataas na breakdown voltage, ay nagpapakita ng potensyal na baguhin ang electronics at komunikasyon.

Ang pinakabagong breakthrough sa GaN‑based SLCFETs, na gumagamit ng mga bagong transistor architecture at inilalahad ang mekaniks ng latch‑effect, ay itinutulak ang hangganan ng kung ano ang posible sa high‑frequency semiconductor performance.

The innovation makes the path to 6G reality clearer than ever by revealing both scalable performance and robust reliability.

I‑click dito para sa listahan ng mga nangungunang semiconductor equipment stocks.

Mga Pag-aaral na Binanggit:

1. Kumar, A. S., Dalcanale, S., Uren, M. J., & iba pa. (2025). Gallium nitride multichannel devices with latch‑induced sub‑60‑mV‑per‑decade subthreshold slopes for radiofrequency applications. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01391-5