Силициум, силициум карбид и галиум нитрид

Зад вообичаените користени дигитални производи и високотехнолошки електрични возила, базната станица 5G, стојат 3 основни полупроводнички материјали: силициум, силициум карбид и галиум нитрид кои ја движат индустријата. Тие не се алтернативи еден за друг, тие се експерти во тим и имаат незаменлив напор на различни боишта. Разбирање на нивната поделба на трудот, можеме да го видиме развојното дрво на модерната електроника.

1.Силикон: Основниот камен на интегрираните кола

Силиконот е несомнено крал на полупроводниците, владее со целото поле на високо интегрирано и сложено пресметување. Компјутерскиот процесор, мобилниот SoC, графичките процесори, меморијата, флеш меморијата и разните микроконтролери и дигиталните логички чипови, речиси сите се изградени на силиконска база.

Зошто силиконот доминира на ова поле

1) Одличен интегриран степен

Силиконот има одлични материјални својства, може да се одгледува совршен изолациски филм SiO2 на површината преку процесот на термичка оксидација. Овој имот е основа за изградба на CMOS транзистор, интегрирајќи милијарди дури и десет милијарди транзистори на мало парче чип, за да се постигнат екстремните сложени логистички функции.

2) Зрел процес и ниска цена

Низ повеќе од половина век развој, процесот на силикон е резултат на целата човечка индустриска цивилизација. Од прочистување, влечење кристали, до фотолитографија, офорт, формираше зрели и огромни индустриски синџири, за производство на висококвалитетен кристал со неверојатни размери и исклучително ниска цена.

3) Добра рамнотежа

Силиконот ја постигнува најдобрата рамнотежа помеѓу спроводливоста, брзината на префрлување, трошоците за производство и топлинските перформанси. Иако може да не одговара на перформансите на неговиот почетниот материјал во екстремни перформанси, тој е совршено адекватен и најекономичен избор за ракување со сложени дигитални сигнали и логички операции.

2.Силициум карбид: Моќни чувари на бојното поле со висок волт

SiC е револуционерен материјал во високоволтното поле со висока моќност. Главно се користи во „уреди за напојување“ за конверзија и контрола на моќноста. Како што се главниот погонски инвертер, вграден полнач, DC-DC конвертор во нови енергетски возила; станици за конвертирање на паметни мрежи, погони за индустриски мотори и железнички транзит во индустријата и електричната мрежа; фотоволтаични инвертери и конвертори на енергија од ветер во индустријата за производство на нова енергија.

Зошто SiC е погоден за високонапонски апликации

1) Екстремно висока јачина на електричното поле на распаѓање

Јачината на електричното поле на распаѓање на SiC е 10 пати поголема од онаа на силиконот. Тоа значи производство на ист уред за издржување на напон, епитаксијалниот слој на SiC може да биде потенок, концентрацијата на допинг може да биде поголема, за да се намали отпорот на уредот. Кога отпорот станува помал, загубата на енергија и производството на топлина може значително да се намалат при спроводливоста.

2) Добра топлинска спроводливост

Топлинската спроводливост на SiC е 3 пати поголема од таа на силиконот. Во примената со висока моќност, греењето е „врвниот убиец“. Уредот SiC може побрзо да го испушти самото греење, за да овозможи стабилна работа на системот при поголема густина на моќност или да го поедностави системот за дисипација на топлина.

2) Добра топлинска спроводливост

Работната температура на силиконскиот уред обично е под 175°C, додека уредот SiC може стабилна да работи на над 200°C. Ова го прави посигурен во високи температури и сурови средини, како што се електронските системи лоцирани блиску до моторот на автомобилот.

3.Галиум нитрид: пионер за брзина на патеката со висока фреквенција

Основната предност на GaN е високата фреквенција. Сјае на две полиња:

Електроника со висока фреквенција (брзо полнење): најраспространета апликација во моментов, која ни овозможува да користиме компактни и високо ефикасни брзи полначи GaN.

RF преден дел: засилувачи на енергија во базни станици за комуникација 5G и радарски системи во одбранбената индустрија.

Зошто GaN е крал на високи фреквентни перформанси

1) Екстремно висока брзина на движење на заситеноста на електроните: Електроните се движат исклучително брзо во материјалите GaN, што значи дека транзисторите можат да постигнат екстремно високи брзини на префрлување. За прекинувачки напојувања, повисоките префрлувачки фреквенции овозможуваат употреба на помали и полесни кондензатори и индуктори, со што се овозможува минијатуризација на полначот.

2) Транзистор со висока подвижност на електрони (HEMT): Како што беше опишано во претходната статија, интерфејсот на хетероврзување GaN-AlGaN може автоматски да формира дводимензионален електронски гас (2DEG), со екстремно висока концентрација и мобилност на електрони, што резултира со екстремно низок отпор при вклучување. Ова им дава на уредите GaN двојни предности на мала загуба на спроводливост и мала загуба на префрлување при префрлување со голема брзина.

3)Поширок пропусен јаз: Слично на силициум карбид, GaN има и широк пропуст, што го прави отпорен на високи температури и високи напони и поцврст од силиконот.