Која је разлика између силицијум карбида (СИЦ) и Галлиум Нитриде (ГАН) апликација? - Ветек полуводич

СиЦиОбојеназивају се "широким појасама за појачавање" (ВБГ). Због производног процеса, ВБГ уређаји приказују следеће предности:

1. СИДЕР БАНДГАП полуводичи

галијум нитрид (ГаН)иСилицијум карбида (СИЦ)релативно су слични у погледу размака и поља пробоја. Размак галијум нитрида је 3,2 еВ, док је појас силицијум карбида 3,4 еВ. Иако ове вредности изгледају сличне, оне су знатно веће од појасног размака силицијума. Појасни размак силицијума је само 1,1 еВ, што је три пута мање него код галијум нитрида и силицијум карбида. Већи појасеви ових једињења омогућавају галијум нитриду и силицијум карбиду да удобно подржавају кола вишег напона, али не могу да подрже нисконапонска кола као што је силицијум.

2 Снага поља поље

Поља пропадања галијум нитрида и силицијум карбида су релативно слична, при чему галијум нитрид има поље пропадања од 3,3 МВ/цм, а силицијум карбид има поље пропадања од 3,5 МВ/цм. Ова поља квара омогућавају једињењима да подносе веће напоне знатно боље од обичног силицијума. Силицијум има поље пробоја од 0,3 МВ/цм, што значи да су ГаН и СиЦ скоро десет пута способнији да издрже веће напоне. Такође су у стању да подрже ниже напоне користећи знатно мање уређаје.

3. Транзистор високе покретљивости електрона (ХЕМТ)

Најзначајнија разлика између ГаН и СиЦ је њихова покретљивост електрона, која показује колико се брзо електрони крећу кроз полупроводнички материјал. Прво, силицијум има покретљивост електрона од 1500 цм^2/Вс. ГаН има покретљивост електрона од 2000 цм^2/Вс, што значи да се електрони крећу више од 30% брже од електрона силицијума. Међутим, СиЦ има покретљивост електрона од 650 цм^2/Вс, што значи да се СиЦ електрони крећу спорије од ГаН и Си електрона. Са тако великом мобилношћу електрона, ГаН је скоро три пута способнији за апликације високе фреквенције. Електрони се могу кретати кроз ГаН полупроводнике много брже од СиЦ.

4. Топлотна проводљивост ГаН и СиЦ

Термичка проводљивост материјала је његова способност да преноси топлоту саме. Термичка проводљивост директно утиче на температуру материјала, с обзиром на животну средину у којој се користи. У апликацијама са високим снагама, неефикасност материјала ствара топлоту која поставља температуру материјала и накнадно мења своје електричне својства. ГАН има термичку проводљивост од 1,3 В / ЦМК, што је заправо горе од оног силицијума, који има проводљивост 1,5 В / ЦМК. Међутим, СИЦ има термичку проводљивост од 5 В / ЦМК, што га чини скоро три пута боље у преношењу топлотних терета. Ова некретнина чини СИЦ-у веома повољном у високој снази, високотемтем апликацијама.

5. Процес производње полупроводничких плочица

Тренутни производни процеси су ограничавајући фактор за ГаН и СиЦ јер су скупљи, мање прецизни или енергетски интензивнији од широко прихваћених процеса производње силицијума. На пример, ГаН садржи велики број кристалних дефеката на малој површини. Силицијум, с друге стране, може да садржи само 100 дефеката по квадратном центиметру. Очигледно, ова огромна стопа дефекта чини ГаН неефикасним. Иако су произвођачи направили велике кораке последњих година, ГаН се још увек бори да испуни строге захтеве дизајна полупроводника.

6. Повер Семицондуцтор Маркет

У поређењу са силицијумом, тренутна производна технологија ограничава исплативост галијум нитрида и силицијум карбида, чинећи оба материјала велике снаге скупљима у кратком року. Међутим, оба материјала имају јаке предности у специфичним применама полупроводника.

Силиконски карбид може бити ефикаснији производ у кратком року, јер је лакше производити веће и више једирније сиц вафле од галијум нитрида. Временом, Галлиум Нитрид ће наћи своје место у малим, високофреквентним производима с обзиром на своју вишу електронску мобилност. Силиконски карбид ће бити пожељнији у већим струјским производима јер су њене могућности напајања веће од топлотне проводљивости Галлиум Нитрида.

Галијум нитрид анД Силицон Царбиде уређаји такмиче се са Силицон Семицондуцтор (ЛДМОС) МОСФЕТ-ом и суперјунцтионским мосферима. Ган и СИЦ уређаји су на неки начин слични на неки начин, али постоје и значајне разлике.

Слика 1. Однос између високог напона, велике струје, фреквенције пребацивања и главних области примене.

Полупроводници са широким појасом

ВБГ сложени полупроводници имају већу покретљивост електрона и већу енергију појасног размака, што се преводи у супериорна својства у односу на силицијум. Транзистори направљени од ВБГ сложених полупроводника имају веће напоне пробоја и толеранцију на високе температуре. Ови уређаји нуде предности у односу на силицијум у апликацијама високог напона и велике снаге.

Слика 2. Дуал-дие дуал-ФЕТ каскадно коло претвара ГаН транзистор у нормално искључен уређај, омогућавајући стандардни рад у режиму побољшања у прекидачким колима велике снаге

ВБГ транзистори се такође пребацују брже од силикона и могу да раде на вишим фреквенцијама. Мањи отпор „укључености“ значи да расипају мање енергије, побољшавајући енергетску ефикасност. Ова јединствена комбинација карактеристика чини ове уређаје атрактивним за неке од најзахтевнијих кола у аутомобилским апликацијама, посебно за хибридна и електрична возила.

ГаН и СиЦ транзистори за суочавање са изазовима у аутомобилској електричној опреми

Кључне предности ГаН и СиЦ уређаја: Могућност високог напона, са уређајима од 650 В, 900 В и 1200 В,

Силицијум карбид:

Виши 1700В.3300В и 6500В.

Веће брзине пребацивања,

Веће радне температуре.

Мањи отпор, минимална дисипација снаге и већа енергетска ефикасност.

ГАН уређаји

У пребацивању апликација, преферирају се уређаје за унапређење (или е-мод), који су обично "искључени", што је довело до развоја ГАН уређаја Е-МОДЕ. Прво је дошла каскада два ФЕТ уређаја (слика 2). Сада су доступни стандардни Е-МОДЕ ГАН уређаји. Могу да пребацују фреквенције до 10 МХз и нивое напајања до десетина киловата.

ГАН уређаји се широко користе у бежичној опреми као појачала електричне енергије на фреквенцијама до 100 ГХз. Неки од главних случајева коришћења су мобилне појачале ћелијске базне станице, војне радари, сателитске предајници и опште рф амплификација. Међутим, због високог напона (до 1.000 В), високе температуре и брзог пребацивања, они су такође уграђени у различите апликације за пребацивање као што су ДЦ-ДЦ претварачи, претварачи и пуњачи батерије.

СИЦ уређаји

СиЦ транзистори су природни МОСФЕТ-ови Е-мода. Ови уређаји могу да се пребацују на фреквенцијама до 1 МХз и на нивоима напона и струје много вишим од силицијумских МОСФЕТ-ова. Максимални напон дрејн-извор је до око 1800 В, а струјна способност је 100 ампера. Поред тога, СиЦ уређаји имају много нижи отпор на укључење од силицијумских МОСФЕТ-ова, што резултира већом ефикасношћу у свим апликацијама прекидачког напајања (СМПС дизајн).

СиЦ уређаји захтевају напон на гејту од 18 до 20 волти да би укључили уређај са малим отпором. Стандардни Си МОСФЕТ-ови захтевају мање од 10 волти на капији да би се потпуно укључили. Поред тога, СиЦ уређајима је потребан гејт драјв од -3 до -5 В да би се пребацили у стање искључено. Могућности високог напона и велике струје СиЦ МОСФЕТ-а чине их идеалним за аутомобилска струјна кола.

У многим апликацијама, ИГБТ-ови се замењују СиЦ уређајима. СиЦ уређаји могу да се пребацују на вишим фреквенцијама, смањујући величину и цену индуктора или трансформатора уз побољшање ефикасности. Поред тога, СиЦ може да поднесе веће струје од ГаН.

Постоји конкуренција између ГаН и СиЦ уређаја, посебно силицијумских ЛДМОС МОСФЕТ-а, суперјункцијских МОСФЕТ-а и ИГБТ-ова. У многим апликацијама, они се замењују ГаН и СиЦ транзисторима.

Да сумирамо поређење ГаН са СиЦ, ево најважнијих ствари:

ГАН се пребацује брже од СИ.

СиЦ ради на вишим напонима од ГаН.

Сиц захтева напон погона високе капије.

Многи кругови и уређаји за напајање могу се побољшати дизајнирањем са ГАН-ом и СИЦ-ом. Један од највећих корисника је аутомобилски електрични систем. Модерна хибридна и електрична возила садрже уређаје који могу да користе ове уређаје. Неке популарне апликације су ОБЦС, ДЦ-ДЦ претварачи, моторни погони и Лидар. Слика 3 указује на главне подсистеме у електричним возилима којима је потребан пребацивање на високом струју.

Слика 3.  ВБГ уграђени пуњач (ОБЦ) за хибридна и електрична возила. Улаз наизменичне струје се исправља, фактор снаге коригује (ПФЦ), а затим се претвара у ДЦ-ДЦ

ДЦ-ДЦ претварач. Ово је струјни круг који претвара високи напон батерије у нижи напон за покретање других електричних уређаја. Данашњи напон батерије креће се до 600В или 900В. ДЦ-ДЦ претварач га смањује на 48В или 12В, или обоје, за рад других електронских компоненти (слика 3). У хибридним електричним и електричним возилима (ХЕВЕВ), ДЦ-ДЦ се такође може користити за високонапонску магистралу између батерије и претварача.

Уграђени пуњачи (ОБЦ). Плуг-ин ХЕВЕВ и ЕВ садрже интерни пуњач батерија који се може повезати на напајање наизменичном струјом. Ово омогућава пуњење код куће без потребе за екстерним АЦ-ДЦ пуњачем (Слика 4).

Главни погонски управљачки програм мотора. Главни погонски мотор је високо излазни мотор за наизменичну струју који покреће точкове возила. Возач је претварач који претвара напон батерије на трофазни АЦ да окрене мотор.

Слика 4. Типичан ДЦ-ДЦ претварач се користи за претварање високих напона батерија у 12 В и/или 48 В. ИГБТ-ови који се користе у високонапонским мостовима се замењују СиЦ МОСФЕТ-овима.

ГаН и СиЦ транзистори нуде дизајнерима аутомобилске електронике флексибилност и једноставнији дизајн, као и супериорне перформансе због високог напона, велике струје и карактеристика брзог пребацивања.

ВеТек Семицондуцтор је професионални кинески произвођачТантал-карбид премаз, Премаз од силицијум карбида, ГаН производи, Специјални графит, Силицијум карбида керамикаиДруга полупроводничка керамика. Семицондуктор Ветек је посвећен пружању напредних решења за различите производе за превлачење за полуводичку индустрију.

Ако имате било каквих питања или су вам потребни додатни детаљи, не устручавајте се да нас контактирате.

Моб / Вхатсапп: + 86-180 6922 0752

Е-пошта: анни@ветексеми.цом