Кремний карбидінің (SIC) және Gallium Nitride (GAN) арасындағы айырмашылық неде? - Ветек жартылайдюсторы

СиріктіжәнеЕкеуі де«кең жолақты жартылай өткізгіштер» (WBG) деп аталады. Қолданылатын өндірістік процеске байланысты WBG құрылғылары келесі артықшылықтарды көрсетеді:

1. Кең жолақ жартылай өткізгіштер

Галий нитриді (GaN)жәнекремний карбиді (SiC)диапазон және бұзылу өрісі бойынша салыстырмалы түрде ұқсас. Галлий нитридінің өткізу жолағы 3,2 эВ, ал кремний карбидінің диапазоны 3,4 эВ. Бұл мәндер ұқсас болып көрінгенімен, олар кремнийдің жолақ аралығынан айтарлықтай жоғары. Кремнийдің өткізу жолағы бар болғаны 1,1 эВ, бұл галлий нитриді мен кремний карбидінен үш есе аз. Бұл қосылыстардың жоғары жолақ аралықтары галлий нитриді мен кремний карбидіне жоғары кернеу тізбектерін ыңғайлы түрде қолдауға мүмкіндік береді, бірақ олар кремний сияқты төмен кернеулі тізбектерге қолдау көрсете алмайды.

2. Бұзылу өрісінің беріктігі

Галлий нитридінің және кремний карбидінің бөлінуі салыстырмалы түрде ұқсас, альий нитрийі бар галлий нитридімен 3,3 МВт / см, ал 3,3 МВт / см және кремний карбиді бар, кремний карбиді 3,5 МВт / см. Бұл бөлу өрістері қосылыстарға тұрақты кремнийге қарағанда едәуір жақсарады. Кремнийде 0,3 МВт / см-дің бөлінуі бар, бұл GAN мен SIC-тің он есе көп кернеуі бар дегенді білдіреді. Олар сонымен қатар төменгі кернеулерді едәуір аз құрылғыларды қолдана отырып қолдай алады.

3. Жоғары электронды ұтқырлық транзистор (Хемт)

Екеуі де мен SiC арасындағы ең маңызды айырмашылық олардың электронды қозғалғыштығы болып табылады, бұл электрондардың жартылай өткізгіш материал арқылы қаншалықты жылдам қозғалатынын көрсетеді. Біріншіден, кремнийдің электронды қозғалғыштығы 1500 см^2/Вс. GaN электрондардың қозғалғыштығы 2000 см^2/Вс, яғни электрондар кремний электрондарынан 30% жылдамырақ қозғалады. Дегенмен, SiC электрондарының қозғалғыштығы 650 см^2/Вс, яғни SiC электрондары GaN және Si электрондарына қарағанда баяу қозғалады. Осындай жоғары электрондардың қозғалғыштығымен GaN жоғары жиілікті қолданбалар үшін үш есе дерлік қабілетті. Электрондар GaN жартылай өткізгіштері арқылы SiC қарағанда әлдеқайда жылдам қозғала алады.

4. GaN және SiC жылу өткізгіштігі

Материалдың жылу өткізгіштігі - оның жылуды өзі арқылы беру қабілеті. Жылу өткізгіштік материалдың температурасына, ол қолданылатын ортаны ескере отырып, тікелей әсер етеді. Жоғары қуатты қолданбаларда материалдың тиімсіздігі жылуды тудырады, ол материалдың температурасын арттырады және кейіннен оның электрлік қасиеттерін өзгертеді. GaN жылу өткізгіштігі 1,3 Вт/смК, бұл шын мәнінде 1,5 Вт/смК өткізгіштігі бар кремнийден нашар. Дегенмен, SiC 5 Вт/смК жылу өткізгіштікке ие, бұл оны жылу жүктемелерін беруде шамамен үш есе жақсы етеді. Бұл қасиет SiC жоғары қуатты, жоғары температуралық қолданбаларда өте тиімді етеді.

5. Жартылай өткізгішті пластинаны өндіру процесі

Ағымдағы өндірістік процестер GaN және SiC үшін шектеуші фактор болып табылады, өйткені олар кең таралған кремнийді өндіру процестеріне қарағанда қымбатырақ, дәлірек емес немесе энергияны көп қажет етеді. Мысалы, GaN шағын аумақта көптеген кристалдық ақауларды қамтиды. Ал кремнийде бір шаршы сантиметрде тек 100 ақау болуы мүмкін. Әлбетте, бұл үлкен ақау деңгейі GaN тиімсіз етеді. Өндірушілер соңғы жылдары үлкен жетістіктерге жеткенімен, GaN әлі де жартылай өткізгіштерді жобалаудың қатаң талаптарын қанағаттандыру үшін күресуде.

6. Қуат жартылай өткізгіш базар

Кремниймен салыстырғанда, ағымдағы өндіріс технологиясымен салыстырғанда галлий нитридінің және кремний карбидінің экономикалық тиімділігін шектейді, сонымен қатар жоғары энергетикалық материалдарды қысқа мерзімде де қымбатқа түсіреді. Дегенмен, екі материал да нақты жартылай өткізгіш қосымшаларда да күшті артықшылықтарға ие.

Кремний карбиді қысқа мерзімде тиімдірек өнім болуы мүмкін, өйткені галий нитридіне қарағанда үлкенірек және біркелкі SiC пластинкаларын жасау оңайырақ. Уақыт өте келе галлий нитриді электрондардың жоғары қозғалғыштығын ескере отырып, шағын, жоғары жиілікті өнімдерде өз орнын табады. Кремний карбиді үлкен қуат өнімдерінде қажет болады, өйткені оның қуат мүмкіндіктері галлий нитридінің жылу өткізгіштігінен жоғары.

Галлий нитридid кремний карбиді құрылғылар кремний жартылай өткізгіш (LDMOS) MOSFETs және супертүйін MOSFETs бәсекелеседі. GaN және SiC құрылғылары кейбір жағынан ұқсас, бірақ айтарлықтай айырмашылықтар да бар.

1-сурет. Жоғары кернеудің, жоғары, ток, коммутация жиілігі және қолданылудың негізгі бағыттары арасындағы байланыс.

Кең жолақты жартылай өткізгіштер

WBG қосылыс жартылай өткізгіштері жоғары электрондардың қозғалғыштығына және жоғары жолақ энергиясына ие, бұл кремнийге қарағанда жоғары қасиеттерге айналады. WBG қосылыс жартылай өткізгіштерінен жасалған транзисторлардың бұзылу кернеуі және жоғары температураға төзімділігі жоғары. Бұл құрылғылар жоғары вольтты және жоғары қуатты қолданбаларда кремнийден артықшылықтар ұсынады.

Сурет 2. Қосарланған қос FET каскадты тізбегі GaN транзисторын қалыпты өшірулі құрылғыға түрлендіреді, бұл жоғары қуатты коммутациялық тізбектерде стандартты жақсарту режимінің жұмысын қамтамасыз етеді.

WBG транзисторлары сонымен қатар кремнийге қарағанда тез ауысады және одан да жоғары жиіліктерде жұмыс істей алады. Төменгі «ON» кедергісі, олар аз қуатты таратып, энергия тиімділігін арттырады. Сипаттаманың бұл ерекше үйлесімі бұл құрылғыларды автомобиль қосымшаларында, әсіресе гибридті және электромобильдердегі ең көп талап ететін тізбектер үшін тартымды етеді.

Ган және Әйктік транзисторлар автомобиль электр жабдықтарындағы қиындықтарды жеңеді

Екеуі де және SiC құрылғыларының негізгі артықшылықтары: 650 В, 900 В және 1200 В құрылғыларымен жоғары кернеу мүмкіндігі,

Кремний карбиді:

1700V.3300V және 6500V жоғары

Жылдам коммутация жылдамдығы,

Жоғары жұмыс температурасы.

Қарсылық, минималды қуатты тарату және энергия тиімділігі төмен.

Екеуі де құрылғылары

Бағдарламаларды коммутациялау кезінде, әдетте, «өшірулі» құрылғыларда «Off» құрылғыларын таңдаған, бұл электрондық режим ган құрылғыларының дамуына әкелді. Алдымен екі фет-құрылғының каскадымен келді (2-сурет). Енді стандартты электронды режим ган құрылғылары бар. Олар жиіліктерді 10 МГц-ке дейін және қуат деңгейлері ондаған киловаттауға ауыса алады.

Екеуі де құрылғылары сымсыз жабдықта 100 ГГц-ке дейінгі жиіліктерде қуат күшейткіштері ретінде кеңінен қолданылады. Негізгі пайдалану жағдайларының кейбірі ұялы базалық станцияның қуат күшейткіштері, әскери радарлар, спутниктік таратқыштар және жалпы РЖ күшейту болып табылады. Дегенмен, жоғары кернеуге (1000 В-қа дейін), жоғары температураға және жылдам ауысуға байланысты олар тұрақты ток түрлендіргіштері, инверторлар және аккумуляторларды зарядтау құрылғылары сияқты әртүрлі коммутациялық қуат қолданбаларына енгізілген.

Сирікті құрылғылары

SIC транзисторлары - бұл табиғи электронды MOSFETS. Бұл құрылғылар жиіліктерде 1 МГц дейін және кернеу және ағымдағы деңгейлер семликон Мозфецке қарағанда ауыса алады. Су төгетін судың максималды кернеуі шамамен 1,800 в дейін, ал ағымдық мүмкіндігі - 100 ампер. Сонымен қатар, SIC құрылғылары кремний Мозфецке қарағанда әлдеқайда төмен, нәтижесінде барлық коммутациялық электрмен жабдықтау қосымшаларында (SMP дизайнында) жоғары тиімділікке ие.

Сирікті құрылғылары төмен кедергісі бар құрылғыны қосу үшін 18-ден 20 вольтке дейінгі қақпа кернеуі жетегі қажет. Стандартты Si MOSFET толық қосу үшін қақпада 10 вольттан аз қажет. Сонымен қатар, SiC құрылғылары өшірулі күйге ауысу үшін -3-тен -5 В-қа дейінгі қақпалы дискіні қажет етеді. SiC MOSFET-тің жоғары вольтты, жоғары ток мүмкіндіктері оларды автомобиль қуат тізбектері үшін өте қолайлы етеді.

Көптеген қосымшаларда IGBTS SIC құрылғыларымен алмастырылуда. Тиімділікті арттыру кезінде SIC құрылғылары жоғары жиіліктермен ауыса алады, индукторлардың немесе трансформаторлардың мөлшері мен құнын азайтады. Сонымен қатар, SIC GAN-ға қарағанда жоғары токтарды жеңе алады.

Ган және СИК құрылғылары, әсіресе кремний Ледс Мошфе, суперджункциялық Мозфе және Igbts арасында бәсекелестік бар. Көптеген қосымшаларда оларды GAN және SIC транзисторлары ауыстырады.

Gan vs. sic-ті салыстыруды қорытындылай келе, осы жерде маңызды сәттер:

Екеуі де Сиге қарағанда жылдам ауысады.

СИК ганнан жоғары кернеулерде жұмыс істейді.

SIC қақпаның жоғары кернеулерін қажет етеді.

Көптеген электр тізбектері мен құрылғыларын GAN және SIC-пен безендіру арқылы жақсартуға болады. Ең ірі бенефициарлардың бірі - автомобильдің электр жүйесі. Заманауи гибридті және электрлік көліктерде осы құрылғыларды пайдаланатын құрылғылар бар. Кейбір танымал қосымшалар OBCS, DC-DC конвертері, моторлы дискілер және лидар. 3-суретте электромобильдердегі негізгі ішкі жүйелерден, электрлік коммутацияланған транзисторларды қажет етеді.

Сурет 3.  Гибридті және электрлі көліктерге арналған WBG борттық зарядтағыш (OBC). Айнымалы ток кірісі түзетілді, қуат коэффициенті түзетілді (PFC), содан кейін тұрақты ток түрлендіріледі

DC-DC түрлендіргіші. Бұл басқа электр құрылғыларын іске қосу үшін батареяның жоғары кернеуін төменгі кернеуге түрлендіретін қуат тізбегі. Бүгінгі аккумулятордың кернеуі 600 В немесе 900 В дейін жетеді. Тұрақты ток түрлендіргіші басқа электрондық компоненттердің жұмысы үшін оны 48 В немесе 12 В немесе екеуіне де төмендетеді (3-сурет). Гибридті электрлік және электрлік көліктерде (HEVEVs) DC-DC аккумулятор жинағы мен түрлендіргіш арасындағы жоғары вольтты шина үшін де пайдаланылуы мүмкін.

Борттағы зарядтағыштар (ОБК). Плагин-кірісте мен EVS құрамында айнымалы ток көзіне қосылатын ішкі зарядтағыш бар. Бұл үйдегі зарядтауға мүмкіндік береді, сыртқы AC-DC зарядтағышынсыз (4-сурет).

Негізгі жетек қозғалтқышының драйвері. Негізгі жетекші мотор - бұл көлік құралының доңғалақтарын басқаратын жоғары шығыс айнымалы қозғалтқыш. Драйвер - бұл батареяны бұру үшін батареяның кернеуін үш фазалы айнымалы токқа түрлендіретін инвертор.

Сурет 4. Типтік DC-DC Connecter 12 v және / немесе 48 В / / 48 В. IGBTS Жоғары вернаж көпірлерінде пайдаланылатын, SIC MOSFETS-ке ауыстырылады.

Екеуі де және SiC транзисторлары автомобиль электр конструкторларына икемділік пен қарапайым конструкцияларды, сондай-ақ олардың жоғары кернеуі, жоғары ток және жылдам ауысу сипаттамаларының арқасында жоғары өнімділікті ұсынады.

Ветек жартылайдюсторы - бұл кәсіби қытай өндірушісіТантал карбиді жабыны, Кремний карбиді жабыны, Екеуі де өнімдері, Арнайы графит, Кремний карбиді керамикажәнеБасқа жартылай өткізгіш керамика. Ветек Жартылай өткізгіш жартылай өткізгіш өнеркәсіпке арналған әр түрлі жабын өнімдеріне арналған озық шешімдерді ұсынуға дайын.

Егер сізде қандай да бір сұрақтарыңыз болса немесе қосымша мәліметтер қажет болса, бізбен байланысудан тартынбаңыз.

Моб/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

Электрондық пошта: ann@veteksemi.com