Која е разликата помеѓу силиконските карбид (Sic) и апликациите Галиум нитрид (GAN)? - Полупроводник на Ветек

SicиGaNсе нарекуваат „полупроводници со широк опсег“ (WBG). Поради користениот производствен процес, уредите WBG ги покажуваат следните предности:

1. Полупроводници со широк опсег

Галиум нитрид (GaN)иСиликон карбид (sic)се релативно слични во однос на бендот и полето на дефект. Појасот на галиум нитрид е 3,2 eV, додека пропустот на силициум карбид е 3,4 eV. Иако овие вредности изгледаат слични, тие се значително повисоки од бендот на силиконот. Појасот на силициумот е само 1,1 eV, што е три пати помало од оној на галиум нитрид и силициум карбид. Повисоките процепи на овие соединенија овозможуваат галиум нитрид и силициум карбид удобно да поддржуваат кола со повисок напон, но тие не можат да поддржат нисконапонски кола како силикон.

2 Јачина на полето за дефект

Полињата за дефект на галериум нитрид и силикон карбид се релативно слични, при што Галиум нитрид има поле за дефект од 3,3 mV/cm и силиконски карбид со поле за дефект од 3,5 mV/cm. Овие полиња за дефект им овозможуваат на соединенијата да се справат со повисоки напони значително подобро од редовниот силикон. Силиконот има поле за дефект од 0,3 mV/cm, што значи дека GAN и SIC се скоро десет пати поспособни за одржување на повисоки напони. Тие исто така се во можност да поддржат пониски напони користејќи значително помали уреди.

3. Транзистор со висока електронска мобилност (HEMT)

Најзначајната разлика помеѓу ГАН и СИК е нивната подвижност на електроните, што укажува на тоа колку брзо електроните се движат низ полупроводничкиот материјал. Прво, Силикон има електронска подвижност од 1500 см^2/наспроти. Ган има електронска подвижност од 2000 см^2/наспроти, што значи дека електроните се движат повеќе од 30% побрзо од електроните на Силикон. Како и да е, SIC има електронска подвижност од 650 см^2/vs, што значи дека електроните на Sic се движат побавно од електроните на Ган и Си. Со толку голема мобилност на електрони, ГАН е скоро три пати поспособен за апликации со висока фреквенција. Електроните можат да се движат низ полупроводници на ГАН многу побрзо од SIC.

4. Термичка спроводливост на Ган и СИК

Топлинската спроводливост на материјалот е неговата способност да пренесува топлина преку себе. Топлинската спроводливост директно влијае на температурата на материјалот, со оглед на околината во која се користи. Во апликациите со висока моќност, неефикасноста на материјалот генерира топлина, што ја зголемува температурата на материјалот и последователно ги менува неговите електрични својства. GaN има топлинска спроводливост од 1,3 W/cmK, што е всушност полошо од онаа на силиконот, кој има спроводливост од 1,5 W/cmK. Сепак, SiC има топлинска спроводливост од 5 W/cmK, што го прави речиси три пати подобар во пренесувањето на топлинските оптоварувања. Ова својство го прави SiC многу поволен при апликации со висока моќност и висока температура.

5. Процес на производство на нафора со полупроводници

Тековните процеси на производство се ограничувачки фактор за GAN и SIC затоа што тие се поскапи, помалку прецизни или поинтензивни од енергијата од широко усвоените процеси на производство на силикон. На пример, ГАН содржи голем број на дефекти на кристал над мала област. Силикон, од друга страна, може да содржи само 100 дефекти на квадратен сантиметар. Очигледно, оваа огромна стапка на дефекти го прави Ган неефикасен. Додека производителите направија големи чекори во последниве години, Ган сè уште се бори да ги исполни строгите барања за дизајн на полупроводници.

6. Пазар на енергетски полупроводници

Споредено со силикон, тековната технологија за производство ја ограничува економичноста на галиум нитрид и силикон карбид, со што и двата материјали со голема моќност на краток рок на краток рок. Сепак, и двата материјали имаат силни предности во специфичните апликации за полупроводници.

Силициум карбид може да биде поефективен производ на краток рок бидејќи е полесно да се произведуваат поголеми и подеднакви SiC обланди од галиум нитрид. Со текот на времето, галиум нитридот ќе го најде своето место во мали производи со висока фреквенција со оглед на неговата поголема подвижност на електроните. Силициум карбид ќе биде попосакуван кај производите со поголема моќност бидејќи неговите моќни способности се повисоки од топлинската спроводливост на галиум нитрид.

Галиум нитрид anД Силиконските карбидни уреди се натпреваруваат со силиконски полупроводник (LDMOS) MOSFETS и Superjunction Mosfets. Уредите GAN и SIC се слични на некој начин, но има и значителни разлики.

Слика 1. Односот помеѓу висок напон, висока струја, фреквенција на префрлување и главните области на примена.

Широк опсег полупроводници

Полупроводниците на WBG соединенија имаат поголема мобилност на електрони и поголема енергија на опсегот, што се претвора во супериорни својства над силиконот. Транзисторите направени од WBG соединенија полупроводници имаат поголеми напони на дефект и толеранција кон високи температури. Овие уреди нудат предности во однос на силиконот во апликации со висок напон и голема моќност.

Слика 2. Каскадно коло со двоен FET со двојна матрица конвертира GaN транзистор во уред кој обично се исклучува, овозможувајќи стандардна работа во режим на подобрување во преклопни кола со висока моќност

Транзисторите WBG исто така се префрлаат побрзо од силиконот и можат да работат на повисоки фреквенции. Помал отпор „вклучен“ значи дека тие трошат помалку енергија, подобрувајќи ја енергетската ефикасност. Оваа уникатна комбинација на карактеристики ги прави овие уреди привлечни за некои од најсложените кола во автомобилските апликации, особено за хибридните и електричните возила.

Транзистори на Ган и СИК за да се исполнат предизвиците во автомобилската електрична опрема

Клучни придобивки од уредите GaN и SiC: способност за висок напон, со уреди од 650 V, 900 V и 1200 V,

Силициум карбид:

Повисоки 1700V.3300V и 6500V.

Побрзи брзини на префрлување,

Повисоки работни температури.

Помал отпор, минимална дисипација на енергија и поголема енергетска ефикасност.

GaN уреди

Во преклопувањето на апликациите, се претпочитаат уреди за подобрување (или е-режим), кои обично се „исклучени“, што доведе до развој на уреди за е-режим GAN. Прво дојде каскадата на два уреди на FET (Слика 2). Сега, достапни се стандардни уреди за е-режим GAN. Тие можат да се префрлат на фреквенции до 10 MHz и нивото на моќност до десетици киловати.

GaN уредите се широко користени во безжичната опрема како засилувачи на моќност на фреквенции до 100 GHz. Некои од главните случаи на употреба се засилувачи на моќност на мобилната базна станица, воени радари, сателитски предаватели и општо RF засилување. Меѓутоа, поради високиот напон (до 1.000 V), високата температура и брзото префрлување, тие се исто така вградени во различни апликации за префрлување на моќноста како што се DC-DC конвертори, инвертери и полначи за батерии.

Sic уреди

SIC транзисторите се природни е-режими MOSFET. Овие уреди можат да се префрлат на фреквенции до 1 MHz и на ниво на напон и струја многу повисоко од силиконските мокфети. Максималниот напон на изворот на одвод е до околу 1.800 V, а струјата на струјата е 100 засилувачи. Покрај тоа, SIC уредите имаат многу помала отпорност од силиконските MOSFET, што резултира во поголема ефикасност во сите апликации за напојување со вклучување на електрична енергија (SMPS Designs).

Уредите на SiC бараат напонски погон од 18 до 20 волти за да го вклучат уредот со низок отпор на вклучување. Стандардните Si MOSFET бараат помалку од 10 волти на портата за целосно вклучување. Дополнително, уредите SiC бараат погон од -3 до -5 V за да се префрлат во исклучена состојба. Способностите за висок напон и висока струја на SiC MOSFET-овите ги прават идеални за кола за напојување на автомобилот.

Во многу апликации, IGBTs се заменуваат со SIC уреди. SIC уредите можат да се префрлат на повисоки фреквенции, намалувајќи ја големината и цената на индукторите или трансформаторите, додека ја подобруваат ефикасноста. Покрај тоа, SIC може да управува со повисоки струи од GAN.

Постои конкуренција помеѓу уредите GAN и SIC, особено силиконските LDMOS MOSFETS, Superjunction Mosfets и IGBT. Во многу апликации, тие се заменети со транзистори GAN и SIC.

За да ја сумираме споредбата GaN наспроти SiC, еве ги главните моменти:

GaN се префрла побрзо од Si.

SIC работи на повисоки напони од GAN.

SIC бара високи напони на погонот на портата.

Многу струјни кола и уреди може да се подобрат со дизајнирање со GaN и SiC. Еден од најголемите корисници е автомобилскиот електричен систем. Современите хибридни и електрични возила содржат уреди кои можат да ги користат овие уреди. Некои од популарните апликации се OBC, DC-DC конвертори, моторни погони и LiDAR. Слика 3 ги посочува главните потсистеми во електричните возила кои бараат преклопни транзистори со голема моќност.

Слика 3. Полнач за одбор на WBG (OBC) за хибридни и електрични возила. Влезот на наизменична струја е исправен, корегиран фактор на моќност (PFC), а потоа се претвори DC-DC

DC-DC конвертор. Ова е коло за напојување кое го претвора високиот напон на батеријата во помал напон за да работи други електрични уреди. Денешниот напон на батеријата се движи до 600V или 900V. DC-DC конверторот го намалува на 48V или 12V, или и двете, за работа на други електронски компоненти (Слика 3). Кај хибридните електрични и електрични возила (HEVEVs), DC-DC може да се користи и за високонапонскиот автобус помеѓу батерискиот пакет и инверторот.

Полначи на одборот (OBC). Вклучените HEVEV и EV содржат внатрешен полнач за батерии што може да се поврзе со напојување со наизменична струја. Ова овозможува полнење дома без потреба од надворешен AC−DC полнач (Слика 4).

Главен возач на погонски мотор. Главниот погонски мотор е мотор со наизменична струја со висока моќност што ги придвижува тркалата на возилото. Возачот е инвертер кој го претвора напонот на батеријата во трифазен наизменичен наизменичен наизменичен наизменичен наизменичен за да го сврти моторот.

Слика 4. Типичен DC-DC конвертор се користи за конвертирање на високи напони на батеријата во 12 V и/или 48 V. IGBTs што се користат во мостови со висок напон се заменуваат со Sic MOSFET.

Транзисторите на ГАН и СИК нудат флексибилност и поедноставни дизајни на автомобилски дизајнери, како и супериорни перформанси заради нивните високи напони, висока струја и карактеристиките на брзо префрлување.

VeTek Semiconductor е професионален кинески производител наТантал карбид облога, Силициум карбид слој, GaN производи, Специјален графит, Силиконска карбид керамикаиДруга керамика на полупроводници. VeTek Semiconductor е посветен на обезбедување напредни решенија за различни производи за обложување за индустријата за полупроводници.

Ако имате какви било прашања или ви требаат дополнителни детали, не двоумете се да стапите во контакт со нас.

Моб/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

Е -пошта: anny@veteksemi.com