Landskap Galium Nitrida (GaN) sebagai Semikonduktor Elektronik Kuasa Tinggi di Malaysia

Penulis: Profesor Madya Ts. Dr. Mohd Syamsul Nasyriq Samsol Baharin

Institut Penyelidikan dan Teknologi Nano Optoelektronik (INOR),
Universiti Sains Malaysia (USM)

Dalam landskap teknologi moden, semikonduktor elektronik kuasa, khususnya peranti kuasa dan voltan tinggi, memainkan peranan yang semakin kritikal dalam menyokong keperluan sistem tenaga berkecekapan tinggi. Peranti ini menjadi tunjang kepada pelbagai aplikasi strategik seperti pengangkutan elektrik (EV), pusat data kecerdasan buatan (AI), dan sebagainya. Peningkatan permintaan yang mendadak terhadap kecekapan tenaga, ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, serta kebolehpercayaan operasi yang unggul telah mendorong perkembangan pesat teknologi peranti kuasa generasi baharu.

Dalam konteks ini, semikonduktor jalur lebar, khususnya galium nitrida (GaN), telah muncul sebagai alternatif yang signifikan kepada bahan konvensional berasaskan silikon. GaN menawarkan kelebihan intrinsik dari segi medan pecahan elektrik yang tinggi, mobiliti elektron yang pantas, serta kekonduksian terma yang baik, sekali gus membolehkan operasi pada voltan, frekuensi dan suhu yang lebih tinggi. Keupayaan ini menjadikan GaN amat sesuai untuk aplikasi kuasa tinggi dan berfrekuensi tinggi yang semakin dominan dalam sistem elektronik moden.

Transistor mobiliti tinggi elektron (HEMT) berasaskan GaN telah dikenal pasti sebagai teknologi utama yang memacu prestasi peranti kuasa masa kini. Pembentukan gas elektron dua dimensi (2DEG) pada antara muka heterostruktur GaN membolehkan ketumpatan pembawa cas yang tinggi tanpa pendopan, menghasilkan halaju penepuan elektron yang tinggi dan rintangan yang rendah. Ciri-ciri ini membolehkan operasi pensuisan yang pantas, kawalan kuasa yang lebih cekap, serta pengurangan kerugian tenaga secara signifikan. Secara keseluruhan, prestasi elektrik dan terma yang dicapai oleh peranti GaN HEMT jauh mengatasi had peranti konvensional berasaskan silikon, menjadikannya teknologi teras bagi generasi seterusnya sistem elektronik kuasa.

Sejarah GaN

Sejarah perkembangan GaN bermula pada awal 1990-an apabila teknologi epitaksi mula diteliti secara meluas untuk aplikasi optoelektronik. Rajah 1 menunjukkan salah satu peralatan termaju, iaitu Pemendapan Wap Kimia Organik Logam (MOCVD), yang digunakan untuk penumbuhan bahan GaN. Penemuan ini membuka jalan kepada peranti kuasa dan sistem voltan tinggi dengan kecekapan penukaran tenaga yang unggul. Sepanjang dua dekad berikutnya, kemajuan dalam teknik pertumbuhan epitaksi, pengawalan cacat hablur, dan reka bentuk heterostruktur telah membolehkan GaN berkembang daripada peranti penyelidikan makmal kepada aplikasi komersial, termasuk pengecas pantas, penukar kuasa, pengawal kuasa dalam kenderaan elektrik (EV), dan pusat data berasaskan AI. Hari ini, GaN menjadi bahan semikonduktor utama bagi peranti HEMT, menyokong prestasi terma dan elektrik yang unggul bagi pelbagai aplikasi voltan tinggi.

Lanskap GaN di peringkat Global

Beberapa pemain industri utama secara aktif menyumbang kepada pembangunan teknologi semikonduktor kuasa berasaskan GaN, khususnya peranti HEMT. Rajah 2 menunjukkan beberapa syarikat yang proaktif dalam pembangunan teknologi GaN pada tahun 2025, dengan penekanan kepada produk yang mempunyai keupayaan kuasa dan voltan tinggi. Dari segi pengkomersialan, syarikat seperti Power Integrations (Amerika Syarikat) dan Innoscience (China) telah memperkenalkan produk seperti LinkSwitch-XT2 dan HV GaN HEMT, yang menumpukan kepada platform transistor berprestasi tinggi untuk aplikasi penukaran kuasa sehingga 900 V.

Selain pembangunan peranti, syarikat daripada China seperti Beijing SinoGaN Semiconductor Technology dan Innoscience turut memajukan ekosistem GaN dengan menawarkan lapisan epitaksi GaN yang disesuaikan bagi menyokong pelbagai keperluan penyelidikan dan pembangunan. Secara keseluruhan, inovasi berterusan ini mencerminkan peningkatan permintaan global terhadap peranti berasaskan GaN, khususnya dalam bidang elektronik kuasa berprestasi tinggi.

Landskap GaN di Malaysia

Di Malaysia, penyelidikan dan pembangunan dalam bidang GaN HEMT sedang berkembang pesat. Beberapa institusi pengajian tinggi dan pusat teknologi memainkan peranan penting dalam pembangunan epitaksi GaN dan peranti moden. Di peringkat nasional, pelbagai inisiatif kerajaan seperti Strategi Semikonduktor Nasional (NSS) menyokong pembinaan ekosistem GaN melalui penyediaan geran penyelidikan, pembangunan bakat berkemahiran tinggi, serta pengukuhan kerjasama antara industri dan akademia.

Pada masa yang sama, universiti tempatan semakin berperanan sebagai pemangkin inovasi dengan menterjemahkan hasil penyelidikan kepada aktiviti pengkomersialan. Ini termasuk penubuhan syarikat terbitan (spin-off) dan syarikat pemula (start-up) yang menumpukan kepada teknologi GaN, peranti kuasa, dan aplikasi sistem berprestasi tinggi. Pendekatan ini bukan sahaja mempercepatkan pemindahan teknologi daripada makmal ke industri, malah menyumbang kepada pembentukan rantaian nilai semikonduktor GaN yang lebih mampan di Malaysia.

Selain itu, hasil usaha pihak kerajaan dalam mewujudkan pelbagai inisiatif telah mendorong syarikat-syarikat antarabangsa yang beroperasi di Malaysia untuk mula menumpukan perhatian kepada pembangunan GaN bagi aplikasi kuasa tinggi. Ini menunjukkan bahawa Malaysia bukan sahaja berperanan sebagai pengguna teknologi GaN, tetapi juga sedang membina kapasiti untuk menjadi penyumbang aktif dalam penyelidikan, inovasi, dan pengkomersialan GaN di peringkat serantau dan global.

Salah satu contoh paling ketara bagi perubahan ini ialah pelaburan besar yang dilakukan oleh Infineon Technologies di Malaysia. Infineon, sebuah syarikat semikonduktor terkemuka dari Jerman, telah melabur berbilion ringgit bagi membina modul pengeluaran ketiga di fasiliti mereka di Kulim, Kedah. Modul baharu ini dibina untuk meningkatkan pengeluaran semikonduktor jalur lebar seperti silikon karbida (SiC) dan GaN, khususnya dalam konteks semikonduktor kuasa.

Terkini, syarikat semikonduktor dan fotonik CHIPX™ dari Ireland bercadang untuk membina fasiliti fabrikasi SiC/GaN di Malaysia. Fasiliti ini dijangka memperkenalkan pengeluaran SiC/GaN peringkat termaju, memperkukuh kemampuan pengeluaran tempatan, dan menyokong pembangunan komponen berprestasi tinggi bagi pusat data dan sistem AI.

Pelaburan-pelaburan sebegini bertindak sebagai pemangkin strategik kepada pembangunan bakat berkemahiran tinggi, pemindahan teknologi kritikal, dan penyelidikan kejuruteraan lanjutan. Ia juga memperkukuh keupayaan tempatan serta melonjakkan kedudukan Malaysia dalam segmen hadapan rantaian nilai semikonduktor. Selain itu, ia menjana peluang pekerjaan bernilai tinggi, menarik pelaburan industri berteknologi tinggi, serta mengintegrasikan universiti dan bakat tempatan ke dalam ekosistem semikonduktor nasional, seterusnya mengukuhkan peranan Malaysia dalam rantaian bekalan teknologi maju GaN global.

Kredit foto utama-wawtdottech

Biodata Penulis:

Ts. Dr. Mohd Syamsul merupakan Profesor Madya di Institut Penyelidikan dan Teknologi Nano Optoelektronik (INOR), Universiti Sains Malaysia (USM), serta seorang penyelidik dalam bidang semikonduktor nanoelektronik dengan kepakaran khusus dalam nanosains bahan dan nanokejuruteraan. Kepakaran beliau turut diperkukuh melalui latihan dan kolaborasi penyelidikan lanjutan di Jepun, khususnya dalam teknologi bahan termaju semikonduktor GaN dan berlian, serta dalam pembangunan peranti moden. Beliau juga terlibat secara aktif dalam penetapan standard peranti semikonduktor di peringkat kebangsaan dan antarabangsa melalui keahlian dalam Jawatankuasa Peranti Semikonduktor, International Electrotechnical Commission (IEC), serta Jabatan Standard Malaysia (JSM).