Кремній, карбід кремнію та нітрид галію

За звичайними цифровими продуктами та високотехнологічними електромобілями, базовою станцією 5G, стоять 3 основні напівпровідникові матеріали: кремній, карбід кремнію та нітрид галію, що рухають галузь. Вони не є альтернативою один одному, вони є експертами в команді і мають незамінну працю на різних полях битв. Розуміючи їх поділ праці, можна побачити дерево розвитку сучасної електронної промисловості.

1.Кремній: Основа інтегральних схем

Кремній, безсумнівно, є королем напівпровідників, керуючим усіма сферами високоінтегрованих і складних обчислень. Комп’ютерний ЦП, мобільний SoC, графічні процесори, пам’ять, флеш-пам’ять, а також різноманітні мікроконтролери та цифрові логічні мікросхеми – майже всі побудовані на основі кремнію.

Чому кремній домінує в цій галузі

1) Чудовий інтегрований ступінь

Кремній має чудові властивості матеріалу, з нього можна виростити ідеальну ізоляційну плівку SiO2 на поверхні за допомогою процесу термічного окислення. Ця властивість є основою для побудови CMOS-транзистора, об’єднуючи мільярди навіть десять мільярдів транзисторів на маленькому шматку мікросхеми, щоб досягти надзвичайно складних логістичних функцій.

2) Зрілий процес і низька вартість

Завдяки більш ніж півстолітньому розвитку процес виробництва кремнію є результатом усієї людської промислової цивілізації. Від очищення, витягування кристалів до фотолітографії, травлення, він формує зрілі та величезні промислові ланцюжки для виробництва високоякісного кристала з дивовижним масштабом і надзвичайно низькою вартістю.

3) Хороший баланс

Кремній забезпечує найкращий баланс між провідністю, швидкістю перемикання, вартістю виробництва та тепловими характеристиками. Незважаючи на те, що він може не відповідати продуктивності свого початкового матеріалу в екстремальній продуктивності, він є цілком достатнім і найбільш економічним вибором для обробки складних цифрових сигналів і логічних операцій.

2.Карбід кремнію: Вартові влади на високовольтному полі битви

SiC є революційним матеріалом у високовольтному полі високої потужності. Він в основному використовується в "силових пристроях" для перетворення електроенергії та керування. Такі як головний інвертор приводу, бортовий зарядний пристрій, перетворювач постійного струму в автомобілі з новою енергією; перетворювальні станції інтелектуальної мережі, промислові моторні приводи та залізничний транспорт у промисловості та електромережі; фотоелектричні інвертори та перетворювачі енергії вітру в галузі виробництва нової енергії.

Чому SiC підходить для застосування під високою напругою

1) Надзвичайно висока напруженість електричного поля пробою

Напруженість електричного поля SiC у 10 разів вища, ніж у кремнію. Це означає виготовлення такого самого пристрою, що витримує напругу, епітаксійний шар SiC може бути тоншим, концентрація легування може бути вищою, щоб зменшити опір увімкнення пристрою. Коли опір стає меншим, втрати енергії та виділення тепла можуть бути значно зменшені під час провідності.

Szabványok és tanúsítványok

Теплопровідність SiC в 3 рази перевищує теплопровідність кремнію. У системах високої потужності опалення є «головним вбивцею». Пристрій SiC може швидше відводити нагрівання, щоб забезпечити стабільну роботу системи при вищій щільності потужності, або спростити систему розсіювання тепла.

3) Висока температура працездатності

Робоча температура кремнієвих пристроїв зазвичай нижче 175°C, тоді як SiC-пристрої можуть стабільно працювати при температурі вище 200°C. Це робить його більш надійним у високих температурах і суворих середовищах, таких як електронні системи, розташовані поблизу двигуна автомобіля.

3.нітрид галію: піонер швидкості на високочастотній трасі

Основна перевага GaN полягає у високій частоті. Він світить у двох областях:

Силова високочастотна електроніка (швидка зарядка): найпоширеніша сфера застосування, що дозволяє використовувати компактні та високоефективні швидкі зарядні пристрої GaN.

Радіочастотний інтерфейс: підсилювачі потужності в базових станціях зв’язку 5G і радарних системах в оборонній промисловості.

Чому GaN є королем високочастотних характеристик

1) Надзвичайно висока швидкість дрейфу насичення електронами: Електрони рухаються надзвичайно швидко в матеріалах GaN, що означає, що транзистори можуть досягати надзвичайно високих швидкостей перемикання. Для імпульсних джерел живлення вищі частоти комутації дозволяють використовувати менші та легші конденсатори та котушки індуктивності, таким чином уможливлюючи мініатюризацію зарядного пристрою.

2) Транзистор з високою рухливістю електронів (HEMT): як описано в попередній статті, інтерфейс гетеропереходу GaN-AlGaN може автоматично формувати двовимірний електронний газ (2DEG) з надзвичайно високою концентрацією та рухливістю електронів, що призводить до надзвичайно низького опору відкритому положенню. Це дає GaN-пристроям подвійні переваги: ​​низькі втрати провідності та низькі втрати при перемиканні під час високошвидкісного перемикання.

3) Більша ширина забороненої зони: Подібно до карбіду кремнію, GaN також має широку заборонену зону, що робить його стійким до високих температур і високих напруг і більш міцним, ніж кремній.