Silikon karbid (SiC) və qallium nitridi (GaN) tətbiqləri arasındakı fərq nədir? - VeTek yarımkeçirici

SiCvəGaN"geniş bandgap yarımkeçiriciləri" (WBG) adlandırılır. İstehsal prosesi səbəbindən istifadə edilən WBG cihazları aşağıdakı üstünlükləri göstərir:

1. Geniş bandGap yarımkeçiriciləri

Qallium nitridi (GaN)vəsilisium karbid (SiC)bant boşluğu və parçalanma sahəsi baxımından nisbətən oxşardır. Qallium nitridin bant boşluğu 3,2 eV, silisium karbidinin bant boşluğu isə 3,4 eV-dir. Bu dəyərlər oxşar görünsə də, silisiumun diapazonundan əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir. Silisiumun bant boşluğu cəmi 1,1 eV-dir ki, bu da qalium nitridi və silisium karbidindən üç dəfə kiçikdir. Bu birləşmələrin daha yüksək bant boşluqları qalium nitridi və silisium karbidinə daha yüksək gərginlikli dövrələri rahat şəkildə dəstəkləməyə imkan verir, lakin silikon kimi aşağı gərginlikli dövrələri dəstəkləyə bilməz.

2. Dağılma sahəsinin gücü

Qallium nitridin və silisium karbidin parçalanma sahələri nisbətən oxşardır, qallium nitridin parçalanma sahəsi 3,3 MV/sm, silisium karbidin isə 3,5 MV/sm parçalanma sahəsi var. Bu parçalanma sahələri birləşmələrə daha yüksək gərginlikləri adi silisiumdan əhəmiyyətli dərəcədə yaxşı idarə etməyə imkan verir. Silikon 0,3 MV/sm parçalanma sahəsinə malikdir, bu o deməkdir ki, GaN və SiC daha yüksək gərginlikləri saxlamaq üçün demək olar ki, on qat daha çox qadirdir. Onlar həmçinin əhəmiyyətli dərəcədə daha kiçik cihazlardan istifadə edərək daha aşağı gərginlikləri dəstəkləyə bilirlər.

3. Yüksək elektron hərəkətlilik tranzistoru (HEMT)

GaN və SiC arasındakı ən əhəmiyyətli fərq, elektronların yarımkeçirici materialdan nə qədər sürətli hərəkət etdiyini göstərən elektron hərəkətliliyidir. Birincisi, silikonun elektron hərəkətliliyi 1500 sm^2/Vs təşkil edir. GaN 2000 sm^2/Vs elektron hərəkətliliyinə malikdir, yəni elektronlar silisium elektronlarından 30% daha sürətli hərəkət edir. Bununla belə, SiC 650 sm^2/Vs elektron hərəkətliliyinə malikdir, yəni SiC elektronları GaN və Si elektronlarından daha yavaş hərəkət edir. Belə yüksək elektron hərəkətliliyi ilə GaN yüksək tezlikli tətbiqlər üçün demək olar ki, üç dəfə daha qabiliyyətlidir. Elektronlar GaN yarımkeçiricilərində SiC-dən daha sürətli hərəkət edə bilirlər.

4. GaN və SiC-nin istilik keçiriciliyi

Bir materialın istilik keçiriciliyi, istilikdən özü vasitəsilə ötürmə qabiliyyətidir. İstilik keçiriciliyi, istifadə edildiyi ətraf mühiti nəzərə alaraq bir materialın istiliyinə birbaşa təsir göstərir. Yüksək enerji tətbiqlərində materialın səmərəsizliyi, materialın temperaturunu qaldıran və sonradan elektrik xüsusiyyətlərini dəyişdirən istilik yaradır. Gan, 1.3 w / cmk olan silikondan daha pis olan 1.3 w / cmk istilik keçiriciliyinə malikdir. Bununla birlikdə, SIC, istilik yüklərinin köçürülməsi üçün təxminən üç qat daha yaxşı hala gətirərək 5 W / CMK-nin istilik keçiriciliyi var. Bu əmlak yüksək enerji, yüksək temperaturlu tətbiqlərdə sic-in çox faydalıdır.

5. Yarımkeçirici boşalma prosesi

Cari istehsal prosesləri GAN və SIC üçün məhdudlaşdırıcı amildir, çünki geniş qəbul edilmiş silikon istehsal proseslərindən daha bahalı, daha az dəqiq və ya daha çox enerji dərəcəsidir. Məsələn, Gan kiçik bir ərazidə çox sayda büllur qüsuru ehtiva edir. Digər tərəfdən silikon, yalnız bir kvadrat santimetr üçün 100 qüsur ola bilər. Aydındır ki, bu böyük qüsurlu dərəcəsi Ganı səmərəsiz edir. İstehsalçılar son illərdə böyük addımlar atarkən, Gan hələ də sərt yarımkeçirici dizayn tələblərinə cavab vermək üçün mübarizə aparır.

6. Enerji yarımkeçirici bazarı

Silisiumla müqayisədə, mövcud istehsal texnologiyası qallium nitridi və silisium karbidinin iqtisadi səmərəliliyini məhdudlaşdırır, hər iki yüksək güclü materialı qısa müddətdə daha bahalı edir. Bununla belə, hər iki material xüsusi yarımkeçirici tətbiqlərdə güclü üstünlüklərə malikdir.

Silikon karbid qısa müddətdə daha təsirli bir məhsul ola bilər, çünki qalium nitriddən daha böyük və daha vahid SiC vafliləri istehsal etmək daha asandır. Zamanla qallium nitridi daha yüksək elektron hərəkətliliyini nəzərə alaraq kiçik, yüksək tezlikli məhsullarda öz yerini tapacaqdır. Silisium karbid daha böyük güc məhsullarında daha arzuolunan olacaqdır, çünki onun güc imkanları qallium nitridin istilik keçiriciliyindən daha yüksəkdir.

Qallium nitridi vəd Silikon karbid cihazları silikon yarımkeçirici (LDMO) mosfetləri və superjunksiyası ilə rəqabət aparır. Gan və SIC cihazları bəzi yollarla oxşardır, lakin əhəmiyyətli fərqlər də var.

Şəkil 1. Yüksək gərginlik, yüksək cərəyan, keçid tezliyi və əsas tətbiq sahələri arasındakı əlaqə.

Geniş bandgap yarımkeçiriciləri

WBG mürəkkəb yarımkeçiriciləri daha yüksək elektron hərəkətliliyinə və daha yüksək zolaq enerjisinə malikdir, bu da silikondan üstün xüsusiyyətlərə çevrilir. WBG mürəkkəb yarımkeçiricilərdən hazırlanmış tranzistorlar daha yüksək qırılma gərginliyinə və yüksək temperaturlara dözümlülüyünə malikdir. Bu cihazlar yüksək gərginlikli və yüksək güclü tətbiqlərdə silikondan üstünlüklər təklif edir.

Şəkil 2. İkiölçülü ikili FET kaskadlı dövrə GaN tranzistorunu normal söndürülmüş cihaza çevirir və yüksək güclü keçid dövrələrində standart gücləndirmə rejimində işləməyə imkan verir.

WBG tranzistorları da silikondan daha sürətli keçid və daha yüksək tezliklərdə işləyə bilər. "On" müqavimət, enerji səmərəliliyinin yaxşılaşdırılması, daha az gücün yayılması deməkdir. Bu unikal xüsusiyyətlərin bu unikal birləşməsi, bu cihazları avtomobil tətbiqetmələrində, xüsusən hibrid və elektrikli nəqliyyat vasitələrində ən tələb edən dövrələr üçün cəlbedici edir.

GaN və SiC tranzistorları avtomobil elektrik avadanlıqlarında yaranan çətinliklərə cavab verir

Gan və SIC cihazlarının əsas üstünlükləri: 650 v, 900 v və 1200 v cihaz, yüksək gərginlikli qabiliyyət,

Silikon karbid:

Yüksək 1700v.3300V və 6500V.

Daha sürətli kommutasiya sürətləri,

Daha yüksək əməliyyat temperaturu.

Müqavimət, minimal güc dissiyasiyası və daha yüksək enerji səmərəliliyi.

Gan qurğuları

Kommutasiya tətbiqetmələrində, e-rejimli gan cihazlarının inkişafına səbəb olan aksesuar rejimi (və ya e-rejim) cihazlarına üstünlük verilir. Əvvəlcə iki farl cihazının kaskadına gəldi (Şəkil 2). İndi standart e-rejimli Gan cihazları mövcuddur. Onlar on kilovatlara qədər 10 mhz və güc səviyyəsinə qədər tezliklərdə dəyişə bilərlər.

Gan cihazları simsiz avadanlıqlarda 100 GHz-ə qədər tezliklərdə güc gücləndiriciləri kimi geniş istifadə olunur. Əsas istifadə hallarından bəziləri mobil baza stansiyası güc gücləndiriciləri, hərbi radarlar, peyk ötürücüləri və ümumi RF gücləndiricisidir. Bununla birlikdə, yüksək gərginlik (1000 vadək v), yüksək temperatur və sürətli keçid səbəbindən, onlar da DC-DC çeviriciləri, çevrilişçilər və batareya şarj cihazları kimi müxtəlif kommutasiya güc tətbiqlərinə də daxil edilmişdir.

Sic cihazları

SIC tranzistorları təbii e-rejim mosfetləridir. Bu qurğular tezliklərdə 1 mhz və gərginlik və cari səviyyələrdə silikon mosfetlərindən daha yüksək səviyyədə keçə bilər. Maksimum drenaj mənbəyi gərginliyi təxminən 1800 V-ə qədərdir və cari qabiliyyət 100 amperdir. Bundan əlavə, SIC cihazları, silikon mosfetlərindən daha çox, nəticədə bütün kommutasiya elektrik təchizatı tətbiqlərində (SMP-lərin dizaynları) daha yüksək səmərəliliyi ilə müqayisədə daha aşağı səviyyədədir.

SiC cihazları aşağı müqavimətlə cihazı işə salmaq üçün 18-20 voltluq bir qapı gərginliyi sürücüsü tələb edir. Standart Si MOSFET-ləri tam işə salmaq üçün qapıda 10 voltdan az tələb olunur. Əlavə olaraq, SiC cihazları sönük vəziyyətə keçmək üçün -3 ilə -5 V arasında bir qapı sürücüsü tələb edir. SiC MOSFET-lərin yüksək gərginlikli, yüksək cərəyan imkanları onları avtomobil elektrik dövrələri üçün ideal hala gətirir.

Bir çox tətbiqetmədə iGBTS SIC cihazları ilə əvəz olunur. SIC cihazları, səmərəliliyi artırarkən inductors və ya transformatorların ölçüsünü və dəyərini azaltmaqla daha yüksək tezliklərdə dəyişə bilər. Bundan əlavə, SIC Gandan daha yüksək cərəyanları idarə edə bilər.

Gan və SIC cihazları arasında, xüsusən silikon ldmos mosfetləri, super tənzimləmə mosfetləri və iGBTS arasında rəqabət var. Bir çox tətbiqetmədə onlar Gan və SIC tranzistorları ilə əvəz olunur.

GaN və SiC müqayisəsini ümumiləşdirmək üçün əsas məqamlar bunlardır:

Gan si-dən daha sürətli açar.

SiC GaN-dən daha yüksək gərginliklərdə işləyir.

SIC yüksək qapı sürücüsü gərginliyi tələb edir.

Bir çox güc sxemləri və cihazları GaN və SiC ilə dizayn etməklə təkmilləşdirilə bilər. Ən böyük faydalananlardan biri avtomobil elektrik sistemidir. Müasir hibrid və elektrik avtomobillərində bu cihazlardan istifadə edə bilən qurğular var. Populyar tətbiqlərdən bəziləri OBC-lər, DC-DC çeviriciləri, motor sürücüləri və LiDAR-dır. Şəkil 3 yüksək güclü keçid tranzistorları tələb edən elektrik nəqliyyat vasitələrinin əsas alt sistemlərini göstərir.

Şəkil 3.  Hibrid və elektrik avtomobilləri üçün WBG bortda şarj cihazı (OBC). AC girişi düzəldilir, güc faktoru düzəldilir (PFC) və sonra DC-DC çevrilir

DC-DC Converter. Bu, digər elektrik cihazlarını işə salmaq üçün yüksək batareya gərginliyini aşağı gərginliyə çevirən bir elektrik dövrəsidir. Bugünkü batareyanın gərginliyi 600V və ya 900V-a qədər dəyişir. DC-DC çeviricisi digər elektron komponentlərin işləməsi üçün onu 48V və ya 12V və ya hər ikisinə endirir (Şəkil 3). Hibrid elektrik və elektrik nəqliyyat vasitələrində (HEVEV) DC-DC batareya dəsti və çevirici arasında yüksək gərginlikli avtobus üçün də istifadə edilə bilər.

Bort şarj cihazları (OBCs). Plug-in HEVEV və EV-lərdə AC elektrik şəbəkəsinə qoşula bilən daxili batareya doldurucusu var. Bu, xarici AC-DC şarj cihazına ehtiyac olmadan evdə enerji doldurmağa imkan verir (Şəkil 4).

Əsas sürücü motor sürücüsü. Əsas sürücü motoru, nəqliyyat vasitəsinin təkərlərini idarə edən yüksək nəticə olan AC motorudur. Sürücü, motoru çevirmək üçün batareyanın gərginliyini üç fazalı AC-ə çevirən bir inverterdir.

Şəkil 4. Yüksək batareya gərginliklərini 12 V və/və ya 48 V-a çevirmək üçün tipik DC-DC çeviricisi istifadə olunur. Yüksək gərginlikli körpülərdə istifadə olunan IGBT-lər SiC MOSFET-lərlə əvəz olunur.

GaN və SiC tranzistorları yüksək gərginlik, yüksək cərəyan və sürətli keçid xüsusiyyətlərinə görə avtomobil elektrik dizaynerlərinə elastiklik və daha sadə dizaynlar, eləcə də üstün performans təklif edir.

VeTek Semiconductor peşəkar Çin istehsalçısıdırTantal karbid örtüyü, Silikon karbid örtüyü, GaN məhsulları, Xüsusi qrafit, Silikon karbid keramikavəDigər yarımkeçirici keramika. VeTek Semiconductor yarımkeçirici sənayesi üçün müxtəlif Kaplama məhsulları üçün qabaqcıl həllər təqdim etməyə sadiqdir.

Hər hansı bir sualınız varsa və ya əlavə məlumatlara ehtiyacınız varsa, zəhmət olmasa bizimlə əlaqə qurmaqdan çəkinməyin.

Mob / WhatsApp: + 86-180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com