Силицијум, силицијум карбид и галијум нитрид

Иза уобичајено коришћених дигиталних производа и електричних возила високе технологије, 5Г базне станице, стоје 3 полупроводничка материјала: силицијум, силицијум карбид и галијум нитрид који покрећу индустрију. Они нису алтернатива једни другима, они су стручњаци у тиму и имају незаменљиви труд на различитим ратиштима. Разумевајући њихову поделу рада, можемо видети стабло развоја модерне електронске индустрије.

1.Силицијум: Основни камен интегрисаних кола

Силицијум је несумњиво краљ полупроводника, који влада у целом пољу високо интегрисаног и сложеног рачунарства. ЦПУ рачунара, мобилни СоЦ, графички процесори, меморија, флеш меморија и разни микроконтролери и дигитални логички чипови, скоро сви су изграђени на бази силикона.

Зашто силицијум доминира овим пољем

1) Одличан интегрисани степен

Силицијум има сјајна својства материјала, може се развити савршен СиО2 изолациони филм на површини кроз процес термичке оксидације. Ово својство је основа за изградњу ЦМОС транзистора, интегришући милијарде чак и десет милијарди транзистора на малом комаду чипа, да би се постигле екстремно сложене логистичке функције.

2) Зрели процес и ниска цена

Кроз више од пола века развоја, процес силикона је резултат читаве људске индустријске цивилизације. Од пречишћавања, извлачења кристала, до фотолитографије, гравирања, формирао је зреле и огромне индустријске ланце, да би произвео кристал високог квалитета са запањујућим размерама и изузетно ниском ценом.

3) Добар баланс

Силицијум постиже најбољу равнотежу између проводљивости, брзине пребацивања, трошкова производње и термичких перформанси. Иако можда не одговара перформансама свог првобитног материјала у екстремним перформансама, савршено је адекватан и најекономичнији избор за руковање сложеним дигиталним сигналима и логичким операцијама.

2.Силицон Царбиде: Повер Гуардианс на високонапонском бојном пољу

СиЦ је револуционарни материјал у високонапонском пољу велике снаге. Углавном се користи у "уређајима за напајање" за конверзију и контролу снаге. Као што су инвертер главног погона, уграђени пуњач, ДЦ-ДЦ претварач у возилима нове енергије; паметне мрежне претварачке станице, индустријски моторни погони и шински транзит у индустрији и електроенергетској мрежи; фотонапонски инвертори и претварачи енергије ветра у индустрији производње нове енергије.

Зашто је СиЦ погодан за апликације високог напона

1) Екстремно висока јачина електричног поља при квару

Јачина електричног поља код пробоја СиЦ је 10 пута већа од оне код силицијума. То значи производњу истог уређаја отпорног на напон, епитаксијални слој СиЦ може бити тањи, концентрација допинга може бити већа, да би се смањио отпор уређаја. Када отпор постане мањи, губитак енергије и стварање топлоте могу се значајно смањити приликом проводљивости.

2) Добра топлотна проводљивост

Топлотна проводљивост СиЦ је 3 пута већа од силицијумске. У примени велике снаге, грејање је „највећи убица“. СиЦ уређај може брже да испусти само грејање, како би омогућио стабилан рад система под већом густином снаге или поједноставио систем одвођења топлоте.

3) Радни капацитет високе температуре

Радна температура силицијумског уређаја је обично испод 175°Ц, док СиЦ уређај може стабилно радити на изнад 200°Ц. То га чини поузданијим у високим температурама и суровим окружењима, као што су електронски системи који се налазе близу мотора аутомобила.

3.Галлиум Нитриде: пионир брзине на високофреквентној стази

Основна предност ГаН је у високој фреквенцији. Сјаји у два поља:

Високофреквентна енергетска електроника (брзо пуњење): тренутно најраспрострањенија примена која нам омогућава коришћење компактних и високо ефикасних ГаН брзих пуњача.

РФ фронт-енд: Појачала снаге у 5Г комуникационим базним станицама и радарским системима у одбрамбеној индустрији.

Зашто је ГаН краљ перформанси високих фреквенција

1) Екстремно велика брзина дрифта засићења електрона: Електрони се крећу изузетно брзо у ГаН материјалима, што значи да транзистори могу постићи изузетно велике брзине пребацивања. За прекидачка напајања, веће фреквенције комутације омогућавају употребу мањих и лакших кондензатора и индуктора, чиме се омогућава минијатуризација пуњача.

2) Транзистор високе мобилности електрона (ХЕМТ): Као што је детаљно описано у претходном чланку, интерфејс хетероспојника ГаН-АлГаН може аутоматски да формира дводимензионални електронски гас (2ДЕГ), са изузетно високом концентрацијом и покретљивошћу електрона, што резултира екстремно ниским отпором. Ово даје ГаН уређајима двоструке предности: мали губитак проводљивости и мали комутациони губитак током пребацивања великом брзином.

3) Шири појас: Слично као код силицијум карбида, ГаН такође има широк појас, што га чини отпорним на високе температуре и високе напоне, и робуснијим од силицијума.