Silicis, silicio karbidas ir galio nitridas

Už dažniausiai naudojamų skaitmeninių produktų ir aukštųjų technologijų elektrinių transporto priemonių, 5G bazinės stoties, yra 3 branduolių puslaidininkinės medžiagos: silicis, silicio karbidas ir galio nitridas, skatinantys pramonę. Jie nėra alternatyvūs vienas kitam, jie yra komandos ekspertai ir turi nepamainomas pastangas skirtinguose mūšio laukuose. Suprasdami jų darbo pasidalijimą, matome šiuolaikinės elektronikos pramonės vystymosi medį.

1.Silicis: Integrinių grandynų pagrindas

3) Platesnis pralaidumas: Panašiai kaip silicio karbidas, GaN taip pat turi platų pralaidumą, todėl yra atsparus aukštai temperatūrai ir aukštai įtampai ir yra tvirtesnis už silicį.

Kodėl šioje srityje dominuoja silicis

1) Puikus integruotas laipsnis

Silicis pasižymi puikiomis medžiagos savybėmis, jo paviršiuje termiškai oksiduojant galima išauginti puikią SiO2 izoliacinę plėvelę. Ši savybė yra pagrindas sukurti CMOS tranzistorių, integruojant milijardus net dešimt milijardų tranzistorių į mažą lusto gabalėlį, kad būtų galima atlikti itin sudėtingas logistikos funkcijas.

Névleges csúcsellenállási áram

3) Добра рамнотежа

3) Geras balansas

Silicis pasiekia geriausią laidumo, perjungimo greičio, gamybos sąnaudų ir šiluminių savybių pusiausvyrą. Nors jis gali neprilygti savo aukščiausios kokybės medžiagos našumui, tačiau jis yra visiškai tinkamas ir ekonomiškiausias pasirinkimas sudėtingiems skaitmeniniams signalams ir loginėms operacijoms valdyti.

2.Silicio karbidas: galios sargai aukštos įtampos mūšio lauke

SiC gedimo elektrinio lauko stipris yra 10 kartų didesnis nei silicio. Tai reiškia, kad gaminant tą patį įtampą atlaikantį įrenginį, SiC epitaksinis sluoksnis gali būti plonesnis, dopingo koncentracija gali būti didesnė, kad būtų sumažintas prietaiso atsparumas įjungimui. Kai varža sumažėja, energijos nuostoliai ir šilumos susidarymas laidumo metu gali būti žymiai sumažinti.

: Integrinių grandynų pagrindas

1) Itin didelis gedimo elektrinio lauko stiprumas

SiC gedimo elektrinio lauko stipris yra 10 kartų didesnis nei silicio. Tai reiškia, kad gaminant tą patį įtampą atlaikantį įrenginį, SiC epitaksinis sluoksnis gali būti plonesnis, dopingo koncentracija gali būti didesnė, kad būtų sumažintas prietaiso atsparumas įjungimui. Kai varža sumažėja, energijos nuostoliai ir šilumos susidarymas laidumo metu gali būti žymiai sumažinti.

2) geras šilumos laidumas

SiC šilumos laidumas yra 3 kartus didesnis nei silicio. Didelės galios atveju šildymas yra „didžiausias žudikas“. SiC įrenginys gali greičiau išleisti patį šildymą, kad sistema veiktų stabiliai esant didesniam galios tankiui arba supaprastintų šilumos išsklaidymo sistemą.

3) Aukštos temperatūros darbingumas

Silicio įrenginio darbinė temperatūra paprastai yra žemesnė nei 175 °C, o SiC įrenginys gali stabiliai veikti esant aukštesnei nei 200 °C temperatūrai. Dėl to jis patikimesnis aukštoje temperatūroje ir atšiaurioje aplinkoje, pavyzdžiui, elektroninėse sistemose, esančiose arti automobilio variklio.

3.Galio nitridas: greičio pionierius aukšto dažnio trasoje

Pagrindinis GaN pranašumas yra aukšto dažnio dažnis. Jis šviečia dviejose srityse:

Aukšto dažnio galios elektronika (greitasis įkrovimas): šiuo metu plačiausiai paplitęs pritaikymas, leidžiantis naudoti kompaktiškus ir labai efektyvius GaN greituosius įkroviklius.

RF priekinė dalis: galios stiprintuvai 5G ryšio bazinėse stotyse ir radarų sistemose gynybos pramonėje.

Kodėl GaN yra aukšto dažnio našumo karalius

1) Itin didelis elektronų soties dreifo greitis: GaN medžiagose elektronai juda itin greitai, o tai reiškia, kad tranzistoriai gali pasiekti itin didelį perjungimo greitį. Perjungiamiems maitinimo šaltiniams didesni perjungimo dažniai leidžia naudoti mažesnius ir lengvesnius kondensatorius ir induktorius, todėl įkroviklį galima miniatiūrizuoti.

2) Didelio elektronų judrumo tranzistorius (HEMT): kaip išsamiai aprašyta ankstesniame straipsnyje, GaN-AlGaN heterosandūrinė sąsaja gali automatiškai sudaryti dvimates elektronų dujas (2DEG), turinčias itin didelę elektronų koncentraciją ir mobilumą, todėl varža įjungimui yra itin maža. Tai suteikia GaN įrenginiams dvigubus pranašumus – mažus laidumo nuostolius ir mažus perjungimo nuostolius didelės spartos perjungimo metu.

3) Platesnis pralaidumas: Panašiai kaip silicio karbidas, GaN taip pat turi platų pralaidumą, todėl yra atsparus aukštai temperatūrai ir aukštai įtampai ir yra tvirtesnis už silicį.