Силиций, силициев карбид и галиев нитрид

Зад често използваните цифрови продукти и високотехнологични електрически превозни средства, 5G базова станция, има 3 основни полупроводникови материала: силиций, силициев карбид и галиев нитрид, движещи индустрията. Те не са алтернатива един за друг, те са експертите в екип и имат незаменимото усилие на различни бойни полета. Разбирайки тяхното разделение на труда, можем да видим дървото на развитието на съвременната електронна индустрия.

1.Силиций: Основата на интегралните схеми

Силицият несъмнено е кралят на полупроводниците, управляващ цялата област на силно интегрираните и сложни изчисления. Компютърният процесор, мобилният SoC, графичните процесори, паметта, флаш паметта и различни микроконтролери и цифрови логически чипове, почти всички са изградени на силиконова основа.

Защо силиконът доминира в тази област

1) Отлична интегрирана степен

Силицият има страхотни свойства на материала, може да се отгледа перфектен SiO2 изолационен филм на повърхността чрез процеса на термично окисление. Това свойство е основата за изграждане на CMOS транзистор, интегриращ милиарди дори десет милиарда транзистора на малко парче чип, за постигане на изключително сложни логистични функции.

2) Зрял процес и ниска цена

Чрез повече от половин век развитие, процесът на силиций е резултат от цялата човешка индустриална цивилизация. От пречистване, издърпване на кристали до фотолитография, ецване, той формира зрели и огромни индустриални вериги, за да произвежда висококачествен кристал с удивителен мащаб и изключително ниска цена.

3) Добър баланс

Силицият постига най-добър баланс между проводимост, скорост на превключване, производствени разходи и топлинни характеристики. Въпреки че може да не съвпада с производителността на своя нов материал в екстремна производителност, той е напълно адекватен и най-икономичният избор за работа със сложни цифрови сигнали и логически операции.

2.Силициев карбидОсновното предимство на GaN е високата честота. Той свети в две области:

SiC е революционният материал в полето с високо напрежение и висока мощност. Използва се главно в "мощни устройства" за преобразуване и контрол на мощността. Като главен задвижващ инвертор, вградено зарядно устройство, DC-DC преобразувател в нови енергийни превозни средства; преобразувателни станции за интелигентна мрежа, промишлени моторни задвижвания и железопътен транзит в индустрията и електрическата мрежа; фотоволтаични инвертори и преобразуватели на вятърна енергия в индустрията за производство на нова енергия.

Защо SiC е подходящ за приложения с високо напрежение

1) Изключително висока сила на пробивното електрическо поле

1) Изключително висока скорост на дрейф на насищане с електрони: Електроните се движат изключително бързо в GaN материали, което означава, че транзисторите могат да постигнат изключително високи скорости на превключване. За импулсни захранвания по-високите честоти на превключване позволяват използването на по-малки и по-леки кондензатори и индуктори, като по този начин позволяват миниатюризиране на зарядното устройство.

2) Добра топлопроводимост

Топлинната проводимост на SiC е 3 пъти по-голяма от тази на силиция. При приложения с висока мощност отоплението е „върховият убиец“. SiC устройството може по-бързо да изведе самото отопление, за да позволи стабилна работа на системата при по-висока плътност на мощността или да опрости системата за разсейване на топлината.

3) Работен капацитет при висока температура

Работната температура на Silicon устройството обикновено е под 175°C, докато SiC устройството може да работи стабилно при над 200°C. Това го прави по-надежден при високи температури и тежки среди, като електронни системи, разположени близо до двигателя на автомобила.

3.Галиев нитрид: пионерът в скоростта на високочестотната писта

Основното предимство на GaN е високата честота. Той свети в две области:

Високочестотна силова електроника (бързо зареждане): най-разпространеното приложение в момента, което ни позволява да използваме компактни и високоефективни GaN бързи зарядни устройства.

RF преден край: Усилватели на мощност в 5G комуникационни базови станции и радарни системи в отбранителната индустрия.

Защо GaN е кралят на високочестотната производителност

1) Изключително висока скорост на дрейф на насищане с електрони: Електроните се движат изключително бързо в GaN материали, което означава, че транзисторите могат да постигнат изключително високи скорости на превключване. За импулсни захранвания по-високите честоти на превключване позволяват използването на по-малки и по-леки кондензатори и индуктори, като по този начин позволяват миниатюризиране на зарядното устройство.

2) Транзистор с висока електронна подвижност (HEMT): Както е описано подробно в предишната статия, интерфейсът на хетеропрехода GaN-AlGaN може автоматично да образува двуизмерен електронен газ (2DEG) с изключително висока концентрация и подвижност на електрони, което води до изключително ниско съпротивление при включване. Това дава на GaN устройствата двойните предимства на ниска загуба на проводимост и ниска загуба при превключване по време на високоскоростно превключване.

3) По-широка ширина на лентата: Подобно на силициевия карбид, GaN също има широка ширина на лентата, което го прави устойчив на високи температури и високи напрежения и е по-здрав от силиция.