सिलिकन कार्बाइड (SiC) र ग्यालियम नाइट्राइड (GaN) अनुप्रयोगहरू बीच के भिन्नता छ? - VeTek अर्धचालक

SiCरGaN"वाइड ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टरहरू" (WBG) को रूपमा उल्लेख गरिएको छ। प्रयोग गरिएको उत्पादन प्रक्रियाको कारण, WBG उपकरणहरूले निम्न फाइदाहरू देखाउँछन्:

1. वाइड ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टरहरू

ग्यालियम नाइट्राइड (GaN)रसिलिकन कार्बाइड (SiC)ब्यान्डग्याप र ब्रेकडाउन फिल्डको सन्दर्भमा तुलनात्मक रूपमा समान छन्। ग्यालियम नाइट्राइडको ब्यान्डग्याप 3.2 eV छ, जबकि सिलिकन कार्बाइडको ब्यान्डग्याप 3.4 eV छ। यद्यपि यी मानहरू समान देखिन्छन्, तिनीहरू सिलिकनको ब्यान्डग्याप भन्दा महत्त्वपूर्ण रूपमा उच्च छन्। सिलिकनको ब्यान्डग्याप 1.1 eV मात्र हो, जुन ग्यालियम नाइट्राइड र सिलिकन कार्बाइड भन्दा तीन गुणा सानो छ। यी यौगिकहरूको उच्च ब्यान्डग्यापहरूले ग्यालियम नाइट्राइड र सिलिकन कार्बाइडलाई उच्च भोल्टेज सर्किटहरूलाई सहज रूपमा समर्थन गर्न अनुमति दिन्छ, तर तिनीहरूले सिलिकन जस्ता कम भोल्टेज सर्किटहरूलाई समर्थन गर्न सक्दैनन्।

2. ब्रेकडाउन फिल्ड बल

ग्यालियम नाइट्राइड र सिलिकन कार्बाइडको ब्रेकडाउन फिल्डहरू तुलनात्मक रूपमा समान छन्, ग्यालियम नाइट्राइडको ब्रेकडाउन फिल्ड 3.3 MV/cm र सिलिकन कार्बाइडको ब्रेकडाउन फिल्ड 3.5 MV/cm छ। यी ब्रेकडाउन फिल्डहरूले यौगिकहरूलाई नियमित सिलिकन भन्दा राम्रोसँग उच्च भोल्टेजहरू ह्यान्डल गर्न अनुमति दिन्छ। सिलिकनसँग ०.३ MV/cm को ब्रेकडाउन फिल्ड छ, जसको मतलब GaN र SiC उच्च भोल्टेजहरू कायम राख्न लगभग दस गुणा बढी सक्षम छन्। तिनीहरू पनि महत्त्वपूर्ण रूपमा साना यन्त्रहरू प्रयोग गरेर कम भोल्टेजहरूलाई समर्थन गर्न सक्षम छन्।

3. हाई इलेक्ट्रोन मोबिलिटी ट्रान्जिस्टर (HEMT)

GaN र SiC बीचको सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण भिन्नता तिनीहरूको इलेक्ट्रोन गतिशीलता हो, जसले सेमीकन्डक्टर सामग्री मार्फत इलेक्ट्रोनहरू कसरी छिटो सर्छ भनेर संकेत गर्दछ। पहिलो, सिलिकनमा 1500 cm^2/Vs को इलेक्ट्रोन गतिशीलता छ। GaN सँग 2000 cm^2/Vs को इलेक्ट्रोन गतिशीलता छ, जसको मतलब इलेक्ट्रोनहरू सिलिकनको इलेक्ट्रोनहरू भन्दा 30% भन्दा बढी छिटो सर्छ। यद्यपि, SiC सँग 650 cm^2/Vs को इलेक्ट्रोन गतिशीलता छ, जसको अर्थ SiC को इलेक्ट्रोनहरू GaN र Si को इलेक्ट्रोनहरू भन्दा ढिलो सर्छन्। यस्तो उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलता संग, GaN उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगहरूको लागि लगभग तीन गुणा बढी सक्षम छ। इलेक्ट्रोनहरू GaN अर्धचालकहरू मार्फत SiC भन्दा धेरै छिटो सार्न सक्छन्।

4. GaN र SiC को थर्मल चालकता

सामग्रीको थर्मल चालकता भनेको यसको माध्यमबाट गर्मी स्थानान्तरण गर्ने क्षमता हो। तापीय चालकताले सामग्रीको तापक्रमलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ, जुन वातावरणमा यो प्रयोग गरिन्छ। उच्च-शक्ति अनुप्रयोगहरूमा, सामग्रीको असक्षमताले ताप उत्पन्न गर्छ, जसले सामग्रीको तापक्रम बढाउँछ र पछि यसको विद्युतीय गुणहरू परिवर्तन गर्दछ। GaN सँग 1.3 W/cmK को थर्मल चालकता छ, जुन वास्तवमा सिलिकन भन्दा खराब छ, जसको चालकता 1.5 W/cmK छ। यद्यपि, SiC सँग 5 W/cmK को थर्मल चालकता छ, यसले तातो लोडहरू स्थानान्तरणमा लगभग तीन गुणा राम्रो बनाउँछ। यस गुणले SiC लाई उच्च शक्ति, उच्च-तापमान अनुप्रयोगहरूमा अत्यधिक लाभदायक बनाउँछ।

5. अर्धचालक वेफर निर्माण प्रक्रिया

हालको उत्पादन प्रक्रियाहरू GaN र SiC को लागि सीमित कारक हुन् किनभने तिनीहरू अधिक महँगो, कम सटीक, वा व्यापक रूपमा अपनाइएका सिलिकन निर्माण प्रक्रियाहरू भन्दा बढी ऊर्जा-गहन छन्। उदाहरणका लागि, GaN ले सानो क्षेत्रमा ठूलो संख्यामा क्रिस्टल दोषहरू समावेश गर्दछ। अर्कोतर्फ, सिलिकनले प्रति वर्ग सेन्टिमिटरमा १०० दोषहरू मात्र समावेश गर्न सक्छ। जाहिर छ, यो ठूलो दोष दरले GaN अकुशल बनाउँछ। हालका वर्षहरूमा निर्माताहरूले ठूलो प्रगति गरेका छन्, GaN अझै कडा सेमीकन्डक्टर डिजाइन आवश्यकताहरू पूरा गर्न संघर्ष गरिरहेको छ।

6. पावर सेमीकन्डक्टर बजार

सिलिकनको तुलनामा, हालको उत्पादन प्रविधिले ग्यालियम नाइट्राइड र सिलिकन कार्बाइडको लागत-प्रभावकारितालाई सीमित गर्दछ, दुबै उच्च-शक्ति सामग्रीहरूलाई छोटो अवधिमा महँगो बनाउँछ। यद्यपि, दुबै सामग्रीसँग विशिष्ट अर्धचालक अनुप्रयोगहरूमा बलियो फाइदाहरू छन्।

सिलिकन कार्बाइड छोटो अवधिमा अझ प्रभावकारी उत्पादन हुन सक्छ किनभने यो ग्यालियम नाइट्राइड भन्दा ठूलो र अधिक समान SiC वेफरहरू निर्माण गर्न सजिलो छ। समयको साथमा, ग्यालियम नाइट्राइडले यसको उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलता दिएर सानो, उच्च-फ्रिक्वेन्सी उत्पादनहरूमा यसको स्थान फेला पार्नेछ। सिलिकन कार्बाइड ठूला पावर उत्पादनहरूमा बढी वांछनीय हुनेछ किनभने यसको शक्ति क्षमता ग्यालियम नाइट्राइडको थर्मल चालकता भन्दा उच्च छ।

ग्यालियम नाइट्राइड एd सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरू सिलिकन अर्धचालक (LDMOS) MOSFETs र superjunction MOSFETs सँग प्रतिस्पर्धा गर्छन्। GaN र SiC यन्त्रहरू केही तरिकामा समान छन्, तर त्यहाँ महत्त्वपूर्ण भिन्नताहरू पनि छन्।

चित्र 1. उच्च भोल्टेज, उच्च वर्तमान, स्विच आवृत्ति, र प्रमुख अनुप्रयोग क्षेत्रहरू बीचको सम्बन्ध।

वाइड ब्यान्डगैप सेमीकन्डक्टरहरू

WBG कम्पाउन्ड अर्धचालकहरूमा उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलता र उच्च ब्यान्डग्याप ऊर्जा हुन्छ, जसले सिलिकन भन्दा उच्च गुणहरूमा अनुवाद गर्दछ। WBG कम्पाउन्ड सेमीकन्डक्टरहरूबाट बनेका ट्रान्जिस्टरहरूमा उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज र उच्च तापक्रममा सहनशीलता हुन्छ। यी उपकरणहरूले उच्च-भोल्टेज र उच्च-शक्ति अनुप्रयोगहरूमा सिलिकन भन्दा फाइदाहरू प्रदान गर्दछ।

चित्र २. एक डुअल-डाइ डुअल-एफईटी क्यास्केड सर्किटले GaN ट्रान्जिस्टरलाई सामान्य रूपमा बन्द गरिएको उपकरणमा रूपान्तरण गर्दछ, उच्च-शक्ति स्विचिङ सर्किटहरूमा मानक वृद्धि-मोड अपरेशन सक्षम पार्दै।

WBG ट्रान्जिस्टरहरू पनि सिलिकन भन्दा छिटो स्विच गर्छन् र उच्च आवृत्तिहरूमा काम गर्न सक्छन्। तल्लो "अन" प्रतिरोधको अर्थ तिनीहरूले कम शक्ति फैलाउँछन्, ऊर्जा दक्षता सुधार गर्दछ। विशेषताहरूको यो अद्वितीय संयोजनले यी उपकरणहरूलाई अटोमोटिभ अनुप्रयोगहरू, विशेष गरी हाइब्रिड र विद्युतीय सवारी साधनहरूमा सबैभन्दा बढी माग गर्ने सर्किटहरूका लागि आकर्षक बनाउँछ।

GaN र SiC ट्रान्जिस्टरहरू मोटर वाहन विद्युतीय उपकरणहरूमा चुनौतीहरू सामना गर्न

GaN र SiC यन्त्रहरूका मुख्य फाइदाहरू: उच्च भोल्टेज क्षमता, 650 V, 900 V र 1200 V यन्त्रहरूसँग,

सिलिकन कार्बाइड:

उच्च 1700V.3300V र 6500V।

छिटो स्विच गति,

उच्च परिचालन तापमान।

प्रतिरोधमा कम, न्यूनतम शक्ति अपव्यय, र उच्च ऊर्जा दक्षता।

GaN यन्त्रहरू

स्विचिङ एप्लिकेसनहरूमा, एन्हान्समेन्ट-मोड (वा ई-मोड) यन्त्रहरू, जुन सामान्यतया "अफ" हुन्छन्, प्राथमिकता दिइन्छ, जसले ई-मोड GaN यन्त्रहरूको विकासमा निम्त्यायो। पहिलो दुई FET यन्त्रहरूको क्यास्केड आयो (चित्र 2)। अब, मानक ई-मोड GaN उपकरणहरू उपलब्ध छन्। तिनीहरूले 10 मेगाहर्ट्जसम्म फ्रिक्वेन्सीहरू र दसौं किलोवाटसम्म पावर स्तरहरूमा स्विच गर्न सक्छन्।

GaN उपकरणहरू 100 GHz सम्म फ्रिक्वेन्सीहरूमा पावर एम्पलीफायरहरूको रूपमा वायरलेस उपकरणहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। सेलुलर बेस स्टेशन पावर एम्प्लीफायरहरू, सैन्य रडारहरू, स्याटेलाइट ट्रान्समिटरहरू, र सामान्य आरएफ प्रवर्द्धनका केही मुख्य प्रयोगहरू छन्। यद्यपि, उच्च भोल्टेज (1,000 V सम्म), उच्च तापक्रम, र छिटो स्विचिङका कारण, तिनीहरू विभिन्न स्विचिंग पावर अनुप्रयोगहरू जस्तै DC-DC कन्भर्टरहरू, इन्भर्टरहरू, र ब्याट्री चार्जरहरूमा पनि समावेश हुन्छन्।

SiC यन्त्रहरू

SiC ट्रान्जिस्टरहरू प्राकृतिक ई-मोड MOSFET हरू हुन्। यी यन्त्रहरूले 1 मेगाहर्ट्जसम्मको फ्रिक्वेन्सीहरूमा र सिलिकन MOSFETs भन्दा धेरै भोल्टेज र हालको स्तरहरूमा स्विच गर्न सक्छन्। अधिकतम ड्रेन-स्रोत भोल्टेज लगभग 1,800 V सम्म छ, र हालको क्षमता 100 amps छ। थप रूपमा, SiC उपकरणहरूमा सिलिकन MOSFETs भन्दा धेरै कम अन-प्रतिरोध हुन्छ, जसले गर्दा सबै स्विचिंग पावर सप्लाई अनुप्रयोगहरू (SMPS डिजाइनहरू) मा उच्च दक्षता हुन्छ।

SiC यन्त्रहरूलाई कम अन-प्रतिरोधको साथ यन्त्र खोल्न 18 देखि 20 भोल्टको गेट भोल्टेज ड्राइभ चाहिन्छ। मानक Si MOSFETs लाई पूर्ण रूपमा खोल्न गेटमा 10 भोल्ट भन्दा कम चाहिन्छ। थप रूपमा, SiC उपकरणहरूलाई अफ स्टेटमा स्विच गर्न -3 देखि -5 V गेट ड्राइभ चाहिन्छ। उच्च भोल्टेज, SiC MOSFET को उच्च वर्तमान क्षमताहरूले तिनीहरूलाई मोटर वाहन पावर सर्किटहरूको लागि आदर्श बनाउँछ।

धेरै अनुप्रयोगहरूमा, IGBTs लाई SiC यन्त्रहरूद्वारा प्रतिस्थापन गरिएको छ। SiC उपकरणहरूले उच्च फ्रिक्वेन्सीहरूमा स्विच गर्न सक्छन्, इन्डक्टरहरू वा ट्रान्सफर्मरहरूको आकार र लागत घटाउँदै दक्षता सुधार गर्दा। थप रूपमा, SiC GaN भन्दा उच्च प्रवाहहरू ह्यान्डल गर्न सक्छ।

त्यहाँ GaN र SiC यन्त्रहरू बीच प्रतिस्पर्धा छ, विशेष गरी सिलिकन LDMOS MOSFETs, superjunction MOSFETs, र IGBTs। धेरै अनुप्रयोगहरूमा, तिनीहरू GaN र SiC ट्रान्जिस्टरहरू द्वारा प्रतिस्थापित भइरहेका छन्।

GaN बनाम SiC तुलना संक्षेप गर्न, यहाँ हाइलाइटहरू छन्:

GaN Si भन्दा छिटो स्विच गर्छ।

SiC GaN भन्दा उच्च भोल्टेजहरूमा काम गर्दछ।

SiC लाई उच्च गेट ड्राइभ भोल्टेज चाहिन्छ।

धेरै पावर सर्किट र उपकरणहरू GaN र SiC सँग डिजाइन गरेर सुधार गर्न सकिन्छ। सबैभन्दा ठूलो लाभार्थी मध्ये एक मोटर वाहन विद्युत प्रणाली हो। आधुनिक हाइब्रिड र विद्युतीय सवारी साधनहरूमा यी यन्त्रहरू प्रयोग गर्न सकिने यन्त्रहरू हुन्छन्। केहि लोकप्रिय अनुप्रयोगहरू ओबीसीहरू, DC-DC कन्भर्टरहरू, मोटर ड्राइभहरू, र LiDAR हुन्। चित्र 3 ले विद्युतीय सवारी साधनहरूमा मुख्य सबसिस्टमहरू बताउँछ जसलाई उच्च शक्ति स्विच गर्ने ट्रान्जिस्टरहरू आवश्यक पर्दछ।

चित्र 3. हाइब्रिड र इलेक्ट्रिक गाडीहरूको लागि WBG अन-बोर्ड चार्जर (OBC)। AC इनपुट सुधारिएको छ, पावर कारक सुधार (PFC), र त्यसपछि DC-DC रूपान्तरित

DC-DC कनवर्टर। यो एक पावर सर्किट हो जसले उच्च ब्याट्री भोल्टेजलाई कम भोल्टेजमा अन्य विद्युतीय उपकरणहरू चलाउनको लागि रूपान्तरण गर्दछ। आजको ब्याट्री भोल्टेज 600V वा 900V सम्म छ। DC-DC कन्भर्टरले यसलाई 48V वा 12V, वा दुवैमा तल लैजान्छ, अन्य इलेक्ट्रोनिक कम्पोनेन्टहरूको सञ्चालनको लागि (चित्र 3)। हाइब्रिड विद्युतीय र विद्युतीय सवारी साधन (HEVEVs) मा, DC-DC लाई ब्याट्री प्याक र इन्भर्टर बीचको उच्च भोल्टेज बसको लागि पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ।

अन-बोर्ड चार्जर्स (ओबीसी)। प्लग-इन HEVEVs र EVs मा आन्तरिक ब्याट्री चार्जर हुन्छ जुन AC मेन आपूर्तिमा जडान गर्न सकिन्छ। यसले बाह्य AC−DC चार्जरको आवश्यकता बिना घरमा चार्ज गर्न अनुमति दिन्छ (चित्र 4)।

मुख्य ड्राइभ मोटर चालक। मुख्य ड्राइभ मोटर एक उच्च-आउटपुट एसी मोटर हो जसले गाडीको पाङ्ग्राहरू चलाउँछ। ड्राइभर एक इन्भर्टर हो जसले ब्याट्री भोल्टेजलाई थ्री-फेज एसीमा रूपान्तरण गरी मोटर घुमाउँछ।

चित्र 4. उच्च ब्याट्री भोल्टेजहरूलाई 12 V र/वा 48 V मा रूपान्तरण गर्न एक विशिष्ट DC-DC कनवर्टर प्रयोग गरिन्छ। उच्च-भोल्टेज पुलहरूमा प्रयोग हुने IGBTs लाई SiC MOSFETs द्वारा प्रतिस्थापन गरिएको छ।

GaN र SiC ट्रान्जिस्टरहरूले अटोमोटिभ इलेक्ट्रिकल डिजाइनरहरू लचिलोपन र सरल डिजाइनहरू साथै तिनीहरूको उच्च भोल्टेज, उच्च वर्तमान, र छिटो स्विचिङ विशेषताहरूको कारण उच्च प्रदर्शन प्रदान गर्दछ।

VeTek सेमीकन्डक्टर एक पेशेवर चिनियाँ निर्माता होट्यान्टलम कार्बाइड कोटिंग, सिलिकन कार्बाइड कोटिंग, GaN उत्पादनहरू, विशेष ग्रेफाइट, सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकरअन्य अर्धचालक सिरेमिक। VeTek Semiconductor अर्धचालक उद्योग को लागी विभिन्न कोटिंग उत्पादनहरु को लागी उन्नत समाधान प्रदान गर्न प्रतिबद्ध छ।

यदि तपाइँसँग कुनै सोधपुछ छ वा थप विवरणहरू चाहिन्छ भने, कृपया हामीलाई सम्पर्क गर्न नहिचकिचाउनुहोस्।

Mob/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

इमेल: anny@veteksemi.com