Zein da silizio karburoa (SiC) eta galio nitruroa (GaN) aplikazioen artean? - VeTek Semiconductor

SiCetaBiak"bandgap zabaleko erdieroale" (WBG) deitzen zaie. Erabilitako ekoizpen prozesua dela eta, WBG gailuek abantaila hauek erakusten dituzte:

1. Banda zabaleko erdieroaleak

Galio nitruroa (GaN)etaSilizio karburoa (sic)nahiko antzekoak dira bandgap eta matxura eremuari dagokionez. Galio nitruroaren banda-aldea 3,2 eV-koa da, eta silizio-karburoaren banda-aldea 3,4 eV-koa da. Balio hauek antzekoak diruditen arren, silizioaren banda-gap-a baino nabarmen handiagoak dira. Silizioaren banda-aldea 1,1 eV baino ez da, hau da, galio nitruroa eta silizio-karburoa baino hiru aldiz txikiagoa. Konposatu hauen banda-huts altuei esker, galio nitruroak eta silizio-karburoak tentsio handiagoko zirkuituak eroso onartzen dituzte, baina ezin dituzte silizioa bezalako tentsio baxuko zirkuiturik onartzen.

2. Matxura Eremuaren Indarra

Galio nitruroaren eta silizio-karburoaren matxura-eremuak nahiko antzekoak dira, galio nitruroak 3,3 MV/cm-ko matxura-eremua eta silizio-karburoak 3,5 MV/cm-ko matxura-eremua du. Matxura-eremu horiei esker, konposatuek tentsio handiagoak kudeatzen dituzte silizio arruntak baino nabarmen hobeto. Silizioak 0,3 MV/cm-ko matxura-eremua du, eta horrek esan nahi du GaN eta SiC ia hamar aldiz handiagoak direla tentsio handiagoak eusteko. Gainera, tentsio baxuagoak onartzen dituzte gailu nabarmen txikiagoak erabiliz.

3. Elektronien mugikortasun handiko transistorea (HEMT)

Gan eta SICren arteko alderik esanguratsuena haien elektroi mugikortasuna da, eta horrek elektroi bizkorrak material erdieroalearen bidez nola mugitzen dira. Lehenik eta behin, Siliconek 1500 cm ^ 2 / vs elektroi mugikortasuna du. Ganek 2000 cm ^ 2 / vs elektroien mugikortasuna du, eta horrek esan nahi du elektroiak% 30 baino azkarrago mugitzen direla Siliconen elektroiak baino. Hala ere, SIC-ek 650 cm ^ 2 / vs elektroi mugikortasuna du, eta horrek esan nahi du SIC elektroiek Gan eta SI elektroiak baino motelago mugitzen direla. Elektroien mugikortasun handia du, Gan maiztasun handiko aplikazioetarako ia hiru aldiz gehiago da. Elektroiak Gan erdieroaleak SIC baino askoz ere azkarrago mugi daitezke.

4. Gan eta SICen eroankortasun termikoa

Material baten eroankortasun termikoa beroa bere kabuz transferitzeko duen gaitasuna da. Eroankortasun termikoak zuzenean eragiten du material baten tenperaturari, erabiltzen den ingurunea ikusita. Potentzia handiko aplikazioetan, materialaren eraginkortasunak beroa sortzen du eta horrek materialaren tenperatura igotzen du eta gero bere propietate elektrikoak aldatzen ditu. Ganek 1.3 w / cmk-ko eroankortasun termikoa du, hau da, silizioa baino okerragoa da, eta horrek 1,5 w / cmk-ko eroankortasuna du. Hala ere, SIC-ek 5 w / cmk-ko eroankortasun termikoa du, ia hiru aldiz hobea da bero-kargak transferitzeko. Jabetza honek oso abantaila bihurtzen du potentzia handiko, tenperatura handiko aplikazioetan.

5. Erdieroaleen obleak fabrikatzeko prozesua

Egungo fabrikazio prozesuak Gan eta Sic-rako faktore mugatzaile bat dira, silikonaren fabrikazio prozesuak baino garestiagoak, zehatzagoak edo energia intentsiboak direlako. Adibidez, Ganek kristal akats ugari ditu eremu txiki baten gainean. Silizioak, bestalde, 100 akats baino ezin ditu zentimetro karratu bakoitzeko soilik izan. Jakina, akats tasa izugarri horrek ganik ez du eraginkorra. Fabrikatzaileek azken urteotan aurrerapauso handiak egin dituzten bitartean, GANak oraindik ere ez du borrokan ari erdieroaleen diseinu eskakizunak betetzen.

6. Potentzia Erdieroaleen Merkatua

Silizioarekin alderatuta, gaur egungo fabrikazio teknologiak galio nitruroaren eta silikoko karburoaren kostu-eraginkortasuna mugatzen du, bai potentzia handiko bi materialak garestiagoak izan da epe laburrean. Hala ere, bi materialek abantaila sendoak dituzte erdieroale aplikazio zehatzetan.

Silizio karburoa produktu eraginkorragoa izan daiteke epe laburrean, galio nitruroa baino SiC oble handiagoak eta uniformeagoak fabrikatzea errazagoa delako. Denborarekin, galio nitruroak bere lekua aurkituko du maiztasun handiko produktu txikietan, elektroien mugikortasun handiagoa dela eta. Silizio karburoa desiragarriagoa izango da potentzia handiagoko produktuetan, bere potentzia-gaitasunak galio nitruroaren eroankortasun termikoa baino handiagoak direlako.

Galio nitruroa and siliziozko karburozko gailuak silizio erdieroaleekin (LDMOS) MOSFETekin eta superjunkzioko MOSFETekin lehiatzen dira. GaN eta SiC gailuak antzekoak dira nolabait, baina alde nabarmenak ere badaude.

1. irudia. Tentsio altuaren, korronte altuaren, kommutazio-maiztasunaren eta aplikazio-eremu nagusien arteko erlazioa.

Banda zabaleko erdieroaleak

WBG konposatu erdieroaleek elektroien mugikortasun handiagoa eta banda-gap energia handiagoa dute, eta horrek silizioaren gaineko propietate hobeak dira. WBG erdieroale konposatuez egindako transistoreek matxura-tentsio handiagoak dituzte eta tenperatura altuekiko tolerantzia dute. Gailu hauek silizioaren aldean abantailak eskaintzen dituzte tentsio handiko eta potentzia handiko aplikazioetan.

2. irudia. Dual-fet-fet dual bikoitzeko cascation zirkuituak normalean ganbere bat desaktibatzen du, hobekuntza-moduko funtzionamendu estandarra ahalbidetzen duen potentzia handiko zirkulazioetan

WBG transistoreek silizioa baino azkarrago aldatzen dute eta maiztasun altuagoetan funtziona dezakete. "On" erresistentziak botere gutxiago xahutzen dutela esan nahi du, energia eraginkortasuna hobetuz. Ezaugarri konbinazio paregabe honek gailu horiek erakargarriak bihurtzen ditu automobilgintzako aplikazioetan, batez ere ibilgailu hibridoak eta elektrikoak.

Biak eta SiC transistoreak automozioko ekipamendu elektrikoen erronkei aurre egiteko

Gan eta SIC gailuen onura nagusiak: tentsio handiko gaitasuna, 650 V, 900 V eta 1200 V gailurekin,

Silizio karburoa:

1700V.3300V eta 6500V handiagoa.

Aldaketa-abiadura azkarragoak,

Funtzionamendu-tenperatura altuagoak.

Erresistentzia txikiagoa, potentzia xahutze minimoa eta energia-eraginkortasun handiagoa.

Gan gailuak

Aldaketa-aplikazioetan, hobekuntza-moduko (edo E-moduko) gailuak hobesten dira, normalean "desaktibatuta" egon ohi direnak, eta horrek E-moduko GaN gailuak garatu zituen. Lehenengo bi FET gailuren kaskada etorri zen (2. irudia). Orain, e-modu GaN gailu estandarrak eskuragarri daude. 10 MHz arteko maiztasunetan eta hamarka kilowatt arteko potentzia-mailetan alda daitezke.

Gan gailuak oso erabiliak dira haririk gabeko ekipoetan potentzia anplifikadore gisa maiztasunetan 100 GHz arte. Erabilera kasu nagusietako batzuk zelularren oinarrizko geltokiko potentzia anplifikadoreak dira, radar militarrak, satelite bidezko transmisoreak eta RF anplifikazio orokorra. Hala ere, tentsio altua (1.000 v arte gehienez), tenperatura altua eta aldakorra izan arren, DC-DC bihurgailuak, inbertsoreak eta bateriak kargagailuak ere barneratzen dira.

SiC gailuak

SiC transistoreak E moduko MOSFET naturalak dira. Gailu hauek 1 MHz arteko maiztasunetan alda daitezke eta silizio MOSFETak baino tentsio eta korronte maila askoz altuagoetan. Draina-iturriaren tentsio maximoa 1.800 V ingurukoa da eta korronte-gaitasuna 100 amperekoa da. Gainera, SiC gailuek silizio MOSFETek baino erresistentzia askoz txikiagoa dute, eta ondorioz eraginkortasun handiagoa dute elikatze-hornidura kommutazioko aplikazio guztietan (SMPS diseinuak).

SiC gailuek 18 eta 20 voltioko ate-tentsioko unitate bat behar dute gailua pizteko erresistentzia baxuarekin. Si MOSFET estandarrak 10 voltio baino gutxiago behar ditu atean guztiz pizteko. Gainera, SiC gailuek -3 eta -5 V-ko ate unitate bat behar dute off egoerara aldatzeko. SiC MOSFETen tentsio handiko eta korronte handiko gaitasunek automobilgintzako potentzia-zirkuituetarako aproposak bihurtzen dituzte.

Aplikazio askotan, IGBTak SiC gailuekin ordezkatzen ari dira. SiC gailuak maiztasun handiagoetan alda daitezke, induzigailuen edo transformadoreen tamaina eta kostua murriztuz eraginkortasuna hobetuz. Gainera, SiC-k GaN baino korronte handiagoak maneiatu ditzake.

Biak eta SiC gailuen arteko lehia dago, batez ere siliziozko LDMOS MOSFETak, superjunkzio MOSFETak eta IGBTak. Aplikazio askotan, GaN eta SiC transistoreek ordezkatzen ari dira.

Biak eta SiC alderaketa laburtzeko, hona hemen aipagarrienak:

Gan si baino azkarrago aldatzen da.

SiC-k GaN baino tentsio altuagoetan funtzionatzen du.

SICek ate handiko drive tentsioak behar ditu.

Potentzia zirkuitu eta gailu asko hobetu daitezke Gan eta SICekin diseinatuz. Onuradun handienetako bat automobilgintza sistema elektrikoa da. Ibilgailu hibrido eta elektriko modernoek gailu hauek erabil ditzaketen gailuak dituzte. Aplikazio ezagunetako batzuk OBCS, DC-DC bihurgailuak, motor unitateak eta Lidar dira. 3. irudian azpisistema nagusiak azpisistema nagusiak azpimarratzen ditu transistoreak pizteko.

3. irudia.  WBG barneko kargagailua (OBC) ibilgailu hibrido eta elektrikoetarako. AC sarrera zuzentzen da, potentzia-faktorea zuzendu (PFC) eta gero DC-DC bihurtzen da

DC-DC bihurgailua. Bateriaren tentsio altua beheko tentsio bihurtzen duen energia-zirkuitua da, beste gailu elektrikoak exekutatzeko. Gaur egungo bateriaren tentsioa 600V edo 900V arte dago. DC-DC bihurgailuak 48V edo 12V-ra igotzen dira, edo biak, beste osagai elektronikoen funtzionamenduagatik (3. irudia). Ibilgailu elektriko eta elektriko hibridoetan (HEVEVS), DC-DC ere tentsio handiko autobusean erabil daiteke bateriaren eta bihurgailuaren artean.

Kontseiluko kargagailuak (OBCS). HEVEV-ek eta EV-ek barneko bateria-kargagailu bat daukate, AC sareko hornidura batera konekta daitekeena. Horri esker, etxean kargatzen da kanpoko AC-DC kargagailurik beharrik gabe (4. irudia).

Drive Motor gidaria. Eraikuntza-motor nagusia ibilgailuaren gurpilak gidatzen dituen irteera handiko motor bat da. Gidaria bateriaren tentsioa AC trifasikora bihurtzen duen inbertsore bat da, motorra pizteko.

4. irudia. DC-DC bihurgailu tipikoa erabiltzen da bateriaren tentsio altuak 12 v eta / edo 48 V. IGBT-ak erabiltzen dira tentsio handiko zubietan erabiltzen ari dira SIC Mosfets-ek ordezkatzen.

Biak eta SiC transistoreek automobilgintzako diseinatzaile elektrikoei malgutasuna eta diseinu sinpleagoak eskaintzen dizkiete, baita errendimendu handiagoa ere, tentsio handiko, korronte handiko eta kommutazio azkarraren ezaugarriengatik.

VeTek Semiconductor Txinako fabrikatzaile profesionala daTantalum karburo estaldura, Silizio karburo estaldura, Biak produktuak, Grafito berezia, Silizio Karburo ZeramikaetaBeste erdieroalearen zeramika. VeTek Semiconductor-ek erdieroaleen industriarako estaldura produktuetarako soluzio aurreratuak eskaintzeko konpromisoa hartu du.

Kontsultarik baduzu edo xehetasun gehiago behar badituzu, ez izan zalantzarik eta jarri gurekin harremanetan.

Mob/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

Posta elektronikoa: anny@veteksemi.com