Yeni Nesil GaN Yarı İletkenlerle 6G Devrimini Açığa Çıkarma

Yarı iletkenler, elektronik ve Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazları ve telekomünikasyon ekipmanlarının temelini oluşturur.

Bunlar, elektrik akışını kontrol eden malzemelerdir. İletken ile yalıtkan arasındaki iletkenlik özelliği, diyot, transistör ve entegre devre gibi cihazların ana bileşeni olmalarını sağlar. 

Yarı iletkenlere olan talep hızla artmaktadır. Akıllı telefonlar, bilgisayarlar, ev aletleri, tıbbi ekipmanlar ve oyun donanımları bunları kullanır. Ayrıca yapay zeka (AI) teknolojilerinin artan popülaritesi, çip geliştirmedeki ilerlemeleri daha da hızlandırmakta ve yarı iletken üretimini artırmaktadır.

5G’nin istikrarlı bir şekilde yayılması, yarı iletken çiplerine olan sağlıklı talep trendlerini yönlendiren bir diğer faktördür.

2019’dan bu yana mobil operatörler tarafından dünya çapında konuşlandırılan “beşinci nesil” hücresel ağ teknolojisi, daha yüksek indirme hızları ve daha düşük gecikme süresi sunarak neredeyse anlık iletişime olanak tanır. 

5G’nin ultra düşük gecikmesi ve yüksek güvenilirliği, yüksek teknoloji ilerlemeleri için son derece önemlidir. 5G ağı ise bu faydaları sunmak için yarı iletkenlere dayanır.

Bu noktada sinyalleri işlemek için yarı iletken bileşenler gereklidir. Baz istasyonlarından akıllı telefonlara ve IoT cihazlarına kadar, hızlı sinyal işleme, geniş bant radyo frekansı (RF) iletimi ve güvenli bağlantıyı mümkün kılan çiplerdir.

5G hâlâ konuşlandırma aşamasındayken, sektör oyuncuları zaten altıncı nesil (6G) geliştirme üzerine tartışmaya başlamış durumdalar. Ancak bu, son derece düşük gecikme, ultra yüksek veri hızları, yüksek enerji verimliliği, terahertz (THz) frekans desteği ve elbette devasa bağlantı kapasitesi sağlayabilecek önemli yarı iletken teknolojisi ilerlemeleri gerektirir.

Şirketler ve araştırmacılar yarı iletken yeteneklerini artırmak için çalışırken, teknoloji alanındaki son bir atılım, iletişim şeklimizi dönüştürme konusunda büyük bir potansiyel gösteriyor.

6G mobil ağını süper şarj ederek mevcut nesil (5G)den daha hızlı hızlar, daha verimli iletişim ve çok daha geniş kapsama alanı sunması, bu son gelişme bilim kurgu gibi görünen birçok geleceği gerçeğe dönüştürme vaadi taşıyor.

Kıta ötesinde yaşayan sevdiklerinizin dokunuşunu hissetmek ya da evinizden çıkmadan anında bir sağlık teşhisi almak gibi geleceğe dair kavramlar, mevcut ağların sağlayabildiğinden çok daha hızlı veri aktarımı ve iletişim yeteneğine bağlıdır.

Bristol Üniversitesi’nden fizikçiler, bunu hızlandırmak için yeni bir yol buldular.

“Önümüzdeki on yıl içinde, insan deneyiminin geniş bir yelpazesini dönüştürecek neredeyse hayal edilemeyen teknolojiler yaygın olarak kullanılabilir hale gelebilir.”

– Ortak yazar Martin Kuball, Bristol Üniversitesi Fizik Profesörü.

Mümkün faydalar hakkında konuşurken, Kuball “uzaktan tanı ve cerrahi, sanal sınıflar, sanal tatil turizmi, daha yüksek verimlilik için endüstriyel otomasyon ve yol güvenliğini artıran gelişmiş sürücü destek sistemleri (ADAS) gibi sağlık hizmetlerinde ilerlemeler” gibi “uzak” etkileri vurguladı.

“6G uygulamaları listesi sonsuzdur; sınır sadece insan hayal gücüdür. Bu yüzden yenilikçi yarı iletken keşiflerimiz son derece heyecan verici ve bu gelişmeleri hız ve ölçekle ilerletmeye yardımcı olacak.”

– Kuball 

Bu 6G geçişinin gerektirdiği şey, yarı iletken teknolojisi, sistemleri, devreleri ve ilgili algoritmalarda radikal bir yükseltmedir. 

GaN Tabanlı Transistörlerin Yükselişi

Hızla ilerleyen yarı iletken sektöründe, Gallium Nitride (GaN) ana yarı iletken bileşen olarak kullanılmaktadır. 

Bu bileşik yarı iletken çok sert, mekanik olarak kararlıdır ve geniş bir bant boşluğuna sahiptir; bu da onu yüksek güç ve yüksek frekans uygulamaları için uygun kılar. Silisyumdan sonra, GaN en kritik yarı iletkenlerden biridir ve tüketici elektroniğinde daha geniş bir benimsenme görmektedir. 

GaN, silisyuma kıyasla daha geniş bir bant boşluğuna sahip olmasıyla bilinir. Sonuç olarak, GaN cihazları daha yüksek güç yoğunluklarını kaldırabilir, bu da daha küçük ve hafif tasarımlara, daha yüksek verimliliğe ve daha iyi güvenilirliğe yol açar.

Mevcut beşinci nesil iletişim sistemlerinde, bu cihazlar giderek yeni standart haline gelmektedir. Ve şimdi araştırmacılar, 6G mobil ve kablosuz altyapı uygulamaları için bu teknolojiyi keşfetmektedir. 

Yüksek çıkış gücü ve yüksek frekans çalışabilirliği sayesinde, GaN tabanlı yüksek elektron hareketliliği transistörleri (HEMT’ler) kablosuz ve askeri iletişimi devrim niteliğinde değiştirmiştir. 

Bu, yüksek kritik elektrik alanı, oda sıcaklığında iyi mobilite ve yüksek doyma hızı gibi malzeme parametrelerinden kaynaklanmaktadır. Alan plakası tasarımındaki yenilikler, GaN HEMT’lerin performansını daha da artırarak 4 GHz’de 40 W mm⁻¹ ve %60 güç eklenmiş verimlilik gibi sonuçlar elde edilmesini sağlamıştır. 

Ancak bu, gelecekteki uygulamaları mümkün kılmak için yeterli değildir. GaN, altıncı nesil kablosuz iletişimi mümkün kılmak için daha hızlı, daha güvenilir ve daha yüksek güç yaymalı.

Uzun mesafelerde sinyal bütünlüğünü korumak için çıkış gücünde iyileştirmeler gereklidir; bazı iddialı projeler zaten 81 W mm⁻¹ hedefi belirlemiştir.

Bu bağlamda, uluslararası mühendis ve bilim insanları ekibi, özel GaN amplifikatörlerinin yeteneklerini artıran yeni bir mimari geliştirmiş ve test etmiştir. 

Bu sonuçlar, GaN’de bir latch etkisi bulunmasıyla elde edildi; bu, çok yüksek radyo frekansı cihaz performansını kilitledi. Bu yeni nesil cihazlar, 100 nm altı yan kanallara sahip paralel kanallar kullanıyor; bu, cihazlar üzerinden geçen akımı kontrol eden bir transistör türüdür.

En yeni araştırmada, ekip SLCFET’lerde 100 nm altı genişliğinde 1000’den fazla kanalı akımı yönlendirmek için kullandı. Ortak yazar Dr. Akhil Shaji, Bristol Üniversitesi’nden Onur Araştırma Görevlisi, şöyle açıklıyor:

“İş birliği yaptığımız ortaklarla birlikte, süper ızgara kalesi alan etkili transistörler (SLCFET’ler) adlı bir cihaz teknolojisini pilot uyguladık.” 

GaN tabanlı SLCFET’ler, projelerin belirlediği yüksek çıkış gücü hedeflerini (81 W mm⁻¹) başarmak için kullanılma potansiyeline sahiptir. 10 katmanlı iki boyutlu elektron gazı (2DEG) kanallarına sahip SLCFET’ler, tek kanallı GaN HEMT’lere kıyasla şarj taşıyıcılarında 10 kat artış sağlayabilir.

Araştırmaya göre yeni mimari, düşük diz gerilimi sunar; bu da yüksek akım yoğunluğu ile büyük çıkış gerilimi salınımları için mükemmeldir. 

SLCFET’ler, 94 GHz’de 12 V drenaj gerilimiyle 10 W mm⁻¹ üzeri çıkış gücü ve %40’ın üzerindeki güç eklenmiş verimlilik elde etti; bu, minimum dağılım ve akım çökmesiyle 4.8 A mm⁻¹ akım yoğunluğu ile desteklenmektedir.

Bu kadar yüksek güçte, ısı dağılımını kontrol etmek bir zorluk haline gelir, ancak cihaz ayak izini artırmadan. Güç, drenaj gerilimi (VDS) artırılarak yükseltilebilir, ancak etki iyonizasyonu SLCFET’in özelliklerini bozabilir. 

Sonra transistör latch etkisi gelir. Burada cihaz, kapalı durum kapı bias’ı (VGS) uygulanmasına rağmen açık konumda kalır; bu etki silikon tabanlı cihazlarda iyi bilinir. Ancak GaN’nin yüksek bant boşluğu, etki iyonizasyonunu en aza indirir. Araştırmacılar, SLCFET’lerin açık durum çalışmasında etki iyonizasyonunun gerçekleştiğini daha önce doğrulamışlardır.

Latch Etkisiyle GaN Performansının Artırılması

Alüminyum galyum nitrür (AlGaN) veya galyum nitrür (GaN) tabanlı SLCFET’ler, geleceğin gelişmiş radarlarında yüksek güçlü RF amplifikatörleri ve anahtarlar için temel oluşturmaya adaydır. 

Bu transistörler, 75 GHz ile 110 GHz arasındaki W-band frekans aralığında en iyi performansı göstermiştir. Ancak bunun arkasındaki bilim şimdiye kadar bilinmiyordu. 

Nature Electronics dergisinde yayımlanan makaleye¹ göre, “GaN’de latch etkisi, yüksek radyo frekansı performansını mümkün kılıyor.”

Etki artık tanındığına göre, ekip bunun nerede gerçekleştiğini bulmaya çalıştı. Ultra hassas elektrik ölçümleri ve optik mikroskopiyi aynı anda kullanarak etkiyi daha derinlemesine incelediler.

1.000’den fazla kanalı analiz ederken, araştırmacılar etkiyi en geniş kanalda tespit ettiler. Gözlemleri doğrulamak için ekip bir 3D model oluşturdu.

“Akım-gerilim ölçümleri, simülasyonlar ve latch koşulunda korele edilen elektrolüminesans emisyonu, kanat genişliğine bağlı lokalize etki iyonizasyonunun latch’i tetiklediğini gösteriyor,” çalışmada belirtildi; bu lokalizasyonun, üretim sürecindeki varyasyonlardan kaynaklanan kanat genişliği değişkenliğine bağlı olduğu eklendi.

Sonraki adımda ekip, pratik uygulamalar için etkinin güvenilirlik yönlerini ele aldı. Cihazın uzun süreli sıkı testleri, latch etkisinin cihaz performansı veya güvenilirliği üzerinde zararlı bir etkisi olmadığını gösterdi.

Çalışmaya göre latch koşulu geri döndürülebilir ve bozulmaz; aynı zamanda transistörlerin transkonduktans karakteristiklerini iyileştirerek radyo frekansı güç amplifikatörlerinde doğrusalılık ve güç artışı sağlayabilir.

“Bu güvenilirliği sağlayan temel unsur, her bir kanat etrafındaki ince dielektrik kaplama tabakasıydı.”

– Profesör Kuball, Royal Academy of Engineering Yükselen Teknolojiler Kürsüsü

Cihaz Termografi ve Güvenilirlik Merkezi (CDTR) lideri olarak Kuball, iletişim ve radar teknolojileri için bir sonraki nesil yarı iletken elektronik cihazların geliştirilmesine ve net sıfır emisyon hedefine ulaşmaya yardımcı oluyor. CDTR ayrıca geniş ve ultra geniş bant boşluklu yarı iletkenler aracılığıyla cihazın termal yönetimini, elektriksel performansını ve güvenilirliğini iyileştirmeye çalışıyor. 

Araştırmanın ana çıkarımı, Kuball’ın belirttiği gibi, “latch etkisi sayısız pratik uygulama için kullanılabilir; bu da insanların hayatını birçok farklı şekilde dönüştürebilir.”

Gelecek çalışmalarda ekip, cihazların sağlayabileceği güç yoğunluğunu daha da artırmaya odaklanacak. Bu, daha yüksek performans sunmalarını ve daha geniş bir kitleye hizmet etmelerini sağlayacak. 

Ayrıca, endüstri ortakları bu bir sonraki nesil cihazların ticari olarak kullanılabilir hale gelmesine yardımcı olacak.

Yarı İletken Yeniliklerine Yatırım Yapın

GaN teknolojisine yatırım yaparken, MACOM (MTSI ) bu alana doğrudan maruz kalma imkanı sunan az sayıda ABD halka açık şirketten biridir. GaN‑on‑SiC ve GaN‑on‑Si süreç teknolojilerini kullanarak, geniş bir uygulama yelpazesinde bir sonraki nesil sistem mimarilerini mümkün kılar. Şirket, DC’den 100 GHz’in üzerindeki frekanslara kadar uzanan yenilikçi düşük gürültülü amplifikatörler, GaN güç amplifikatörleri ve anahtarlar sunar.

MACOM Technology Solutions Holdings Inc (MTSI )

MACOM Technology Solutions Holdings, telekomünikasyon ve diğer endüstriler için yüksek performanslı yarı iletken ürünler üreten bir üreticidir. 

Şirket, analog, mikrodalga, radyo frekansı (RF), karma sinyal ve optik yarı iletken teknolojilerini içeren geniş ürün portföyüyle yılda 6.000’den fazla müşteriye hizmet vermektedir. MACOM, GaAs, GaN, InP ve özel silikon dahil olmak üzere bileşik yarı iletken üretimi, analog ve karma sinyal devre tasarımı, ileri paketleme ve arka uç montaj ve test konularında uzmanlaşmıştır.

Şirket, AS9100D havacılık standardı, IATF16949 otomotiv standardı, ISO9001 uluslararası kalite standardı ve ISO14001 çevre yönetim standardı gibi çeşitli sertifikalar almıştır.

Piyasa performansına bakıldığında, 9 milyar $ piyasa değerine sahip MTSI hisseleri şu anda 123,41 $ seviyesinde işlem görüyor. Hisseler bu yıl %6,37 düşüş gösterirken, Nisan ayı başındaki düşük seviyesinden %46,7 artış kaydetmiş ve Ocak ayında gördüğü zirvenin yaklaşık %15,5 altında seyrediyor. EPS (TTM) -1,22 ve P/E (TTM) -99,66 olarak raporlanmıştır.

Finansal verilere bakıldığında, MACOM, 4 Mayıs 2025 tarihinde sona eren mali ikinci çeyrek sonuçlarını açıkladı; bu dönemde 235,9 milyon $ gelir elde etti ve bir önceki yılın aynı çeyreğine göre %30,2 artış kaydetti.

Faaliyet gelirleri 34,9 milyon $, yani gelirin %14,8’i; net gelir ise 31,7 milyon $ ve seyreltilmiş hisse başına 0,42 $ olarak gerçekleşti. Brüt marj bu dönemde %2,7 artarak %55,2’ye, düzeltilmiş brüt marj ise %0,4 artarak %57,5’e yükseldi. 

Şirketin “sağlam Q2 performansı” üzerine yorum yapan Başkan ve CEO Stephen G. Daly, bu başarıyı “MACOM organizasyonu genelinde olağanüstü ekip çalışması” sayesinde elde edildiğini vurguladı.

Bu rakamlar, Q1’de “iyi bir başlangıç”tan sonra geldi; Daly, şirketin odak noktasının müşterilere hizmet vermeye ve “daha güçlü, daha geniş ve daha rekabetçi bir ürün portföyü inşa etmeye” devam ettiğini belirtti.

1Q25’te MACOM’un geliri 218,1 milyon $ olup, 1Q24’e göre %38,8 artış göstermiştir; faaliyet gelirleri ise gelirin %8’i olan 17,5 milyon $’dır. Önceki çeyrekte şirket, borç silme nedeniyle 193,1 milyon $ tek seferlik zarar ve seyreltilmiş hisse başına 2,30 $ zarar ederek 167,5 milyon $ net zarar açıklamıştı.

2025 Temmuz 4’te sona erecek mali üçüncü çeyrek için MACOM, geliri 246 milyon $ ile 254 milyon $ arasında tahmin ediyor. Düzeltilmiş brüt marjın %56,5 ile %58,5 arasında, düzeltilmiş seyreltilmiş hisse başına kazancın ise 0,87 $ ile 0,91 $ arasında olması bekleniyor; %3’lük bir GAAP dışı gelir vergisi oranı ve 76,5 milyon tam seyreltilmiş hisse üzerinden hesaplanmaktadır.

Tüm bunların ortasında, MACOM yatırımlar yoluyla işini genişletmeye devam etti. Bu yıl Ocak ayında, MACOM, Massachusetts ve Kuzey Karolina’daki wafer üretim tesislerine beş yıl boyunca 345 milyon $ yatırım yapma planını duyurdu. Bu yatırımın amacı, mevcut tesisleri modernize etmek ve RF, mikrodalga ve milimetre dalga teknolojileri için ileri üretim yetenekleri ekleyerek veri merkezi, telekomünikasyon ve savunma endüstrileri için MACOM’un ürün yelpazesini güçlendirmektir. 

Özellikle Massachusetts tesisinde, şirket 150 mm GaN‑on‑SiC üretim kapasitesi kuracak.

“Bu plan, MACOM’un yerli yarı iletken üretim yeteneklerini güçlendirecek,” dedi Daly ve bunun şirketin büyüme stratejisini de hızlandıracağını ekledi.

Bu girişim, CHIPS Program Ofisi ile yapılan ön anlaşma tarafından destekleniyor; ofis, ABD’de tesis ve ekipman yatırımlarını teşvik etmek için toplam 39 milyar $ ayırdı. CHIPS ve Bilim Yasası kapsamında MACOM’a 180 milyon $ fon ve vergi kredisi öneriliyor.

Birkaç ay önce, MACOM, hedef pazarlarını daha iyi hizmet etmek ve pazar payını artırmak amacıyla gelişmiş GaN MMIC’ler (monolitik mikrodalga entegre devreler) tasarlayan fabless yarı iletken şirketi ENGIN-IC’yi satın aldı.

ENGIN-IC’nin odak noktası, ABD savunma sanayisine hizmet vermek ve 60’tan fazla standart MMIC ve çok sayıda özel MMIC ürün portföyüne sahip olmaktır.

“ENGIN-IC’nin olağanüstü geniş bant ve yüksek verimli MMIC ve modül tasarım uzmanlığı, ortak müşterilerimizi daha iyi desteklememizi sağlayacak,” dedi Daly; ENGIN-IC ortak kurucu ve CTO’su Stephen Nelson ise “MACOM’un GaN yarı iletken süreçleri ve ürünlerinde sektöre liderlik çabalarına katılmaktan heyecan duyuyoruz” şeklinde konuştu.

Sonuç

6G, daha hızlı hızlar ve daha verimli iletişim vaat eden kablosuz iletişimin bir sonraki nesilidir. Bu küresel iletişim, otomasyon ve sürükleyici sanal deneyim geleceğini gerçeğe dönüştürmek, yarı iletkenlerdeki ilermelere bağlıdır. GaN yarı iletken malzemesi, daha yüksek hız, daha düşük direnç ve daha yüksek kırılma voltajı gibi benzersiz özellikleriyle elektronik ve iletişimi devrim niteliğinde değiştirme potansiyelini ortaya koymaktadır.

GaN tabanlı SLCFET’lerdeki son atılım, yeni transistör mimarilerinden yararlanarak ve latch etkisinin mekaniklerini ortaya çıkararak yüksek frekanslı yarı iletken performansının sınırlarını zorlamaktadır.

İnovasyon, 6G yolunu gerçeğe daha önce hiç olmadığı kadar net bir şekilde açığa çıkarıyor; ölçeklenebilir performans ve sağlam güvenilirliği aynı anda ortaya koyuyor.

Üst yarı iletken ekipman hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

Referans Alınan Çalışmalar:

1. Kumar, A. S., Dalcanale, S., Uren, M. J., & diğerleri. (2025). Radyo frekansı uygulamaları için latch kaynaklı sub-60‑mV‑per‑decade eşik altı eğimlerine sahip gallium nitrat çok kanallı cihazlar. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01391-5