சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) மற்றும் காலியம் நைட்ரைடு (GaN) பயன்பாடுகளுக்கு என்ன வித்தியாசம்? - VeTek செமிகண்டக்டர்

SiCமற்றும்GaN"வைட் பேண்ட்கேப் செமிகண்டக்டர்கள்" (WBG) என்று குறிப்பிடப்படுகின்றன. பயன்படுத்தப்படும் உற்பத்தி செயல்முறையின் காரணமாக, WBG சாதனங்கள் பின்வரும் நன்மைகளைக் காட்டுகின்றன:

1. பரந்த பேண்ட்கேப் செமிகண்டக்டர்கள்

காலியம் நைட்ரைடு (GaN)மற்றும்சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC)பேண்ட்கேப் மற்றும் பிரேக்டவுன் ஃபீல்டு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் ஒப்பீட்டளவில் ஒத்தவை. காலியம் நைட்ரைட்டின் பேண்ட்கேப் 3.2 eV, சிலிக்கான் கார்பைடின் பேண்ட்கேப் 3.4 eV. இந்த மதிப்புகள் ஒரே மாதிரியாகத் தோன்றினாலும், அவை சிலிக்கானின் பேண்ட்கேப்பை விட கணிசமாக அதிகம். சிலிக்கானின் பேண்ட்கேப் 1.1 eV மட்டுமே, இது காலியம் நைட்ரைடு மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடை விட மூன்று மடங்கு சிறியது. இந்த சேர்மங்களின் அதிக பேண்ட்கேப்கள் காலியம் நைட்ரைடு மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு அதிக மின்னழுத்த சுற்றுகளை வசதியாக ஆதரிக்க அனுமதிக்கின்றன, ஆனால் அவை சிலிக்கான் போன்ற குறைந்த மின்னழுத்த சுற்றுகளை ஆதரிக்க முடியாது.

2. பிரேக்டவுன் ஃபீல்ட் ஸ்ட்ரெங்த்

கேலியம் நைட்ரைடு மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு ஆகியவற்றின் முறிவு புலங்கள் ஒப்பீட்டளவில் ஒத்தவை, காலியம் நைட்ரைடு 3.3 MV/cm மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு 3.5 MV/cm முறிவு புலம் கொண்டது. இந்த முறிவு புலங்கள் வழக்கமான சிலிக்கானைக் காட்டிலும் அதிக மின்னழுத்தங்களைக் கையாளுவதற்கு சேர்மங்களை அனுமதிக்கின்றன. சிலிக்கான் 0.3 MV/cm இன் முறிவு புலத்தைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது GaN மற்றும் SiC ஆகியவை அதிக மின்னழுத்தத்தைத் தாங்கும் திறன் கிட்டத்தட்ட பத்து மடங்கு அதிகம். அவர்கள் கணிசமாக சிறிய சாதனங்களைப் பயன்படுத்தி குறைந்த மின்னழுத்தத்தை ஆதரிக்க முடியும்.

3. உயர் எலக்ட்ரான் மொபிலிட்டி டிரான்சிஸ்டர் (HEMT)

GaN மற்றும் SiC க்கு இடையிலான மிக முக்கியமான வேறுபாடு அவற்றின் எலக்ட்ரான் இயக்கம் ஆகும், இது குறைக்கடத்தி பொருள் வழியாக எலக்ட்ரான்கள் எவ்வளவு வேகமாக நகரும் என்பதைக் குறிக்கிறது. முதலில், சிலிக்கான் 1500 cm^2/Vs எலக்ட்ரான் இயக்கம் கொண்டது. GaN ஆனது 2000 cm^2/Vs என்ற எலக்ட்ரான் இயக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது சிலிக்கானின் எலக்ட்ரான்களை விட எலக்ட்ரான்கள் 30%க்கும் அதிகமாக வேகமாக நகரும். இருப்பினும், SiC 650 cm^2/Vs இன் எலக்ட்ரான் இயக்கம் கொண்டது, அதாவது SiC இன் எலக்ட்ரான்கள் GaN மற்றும் Si இன் எலக்ட்ரான்களை விட மெதுவாக நகரும். அதிக எலக்ட்ரான் இயக்கம் கொண்ட, GaN ஆனது உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கு கிட்டத்தட்ட மூன்று மடங்கு திறன் கொண்டது. SiC ஐ விட எலக்ட்ரான்கள் GaN குறைக்கடத்திகள் மூலம் மிக வேகமாக நகர முடியும்.

4. GaN மற்றும் SiC இன் வெப்ப கடத்துத்திறன்

ஒரு பொருளின் வெப்ப கடத்துத்திறன் என்பது அதன் மூலம் வெப்பத்தை மாற்றும் திறன் ஆகும். வெப்ப கடத்துத்திறன் ஒரு பொருளின் வெப்பநிலையை நேரடியாக பாதிக்கிறது, அது பயன்படுத்தப்படும் சூழலைக் கொடுக்கிறது. உயர்-சக்தி பயன்பாடுகளில், பொருளின் திறமையின்மை வெப்பத்தை உருவாக்குகிறது, இது பொருளின் வெப்பநிலையை உயர்த்துகிறது மற்றும் அதன் மின் பண்புகளை மாற்றுகிறது. GaN 1.3 W/cmK இன் வெப்ப கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது, இது உண்மையில் 1.5 W/cmK கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கானை விட மோசமானது. இருப்பினும், SiC 5 W/cmK இன் வெப்ப கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது, இது வெப்ப சுமைகளை மாற்றுவதில் கிட்டத்தட்ட மூன்று மடங்கு சிறந்தது. இந்த பண்பு SiC ஐ அதிக சக்தி, அதிக வெப்பநிலை பயன்பாடுகளில் மிகவும் சாதகமாக்குகிறது.

5. செமிகண்டக்டர் வேஃபர் உற்பத்தி செயல்முறை

தற்போதைய உற்பத்தி செயல்முறைகள் GaN மற்றும் SiC க்கு ஒரு கட்டுப்படுத்தும் காரணியாகும், ஏனெனில் அவை பரவலாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட சிலிக்கான் உற்பத்தி செயல்முறைகளைக் காட்டிலும் அதிக விலை, குறைவான துல்லியம் அல்லது அதிக ஆற்றல் மிகுந்தவை. எடுத்துக்காட்டாக, GaN ஒரு சிறிய பகுதியில் அதிக எண்ணிக்கையிலான படிகக் குறைபாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. சிலிக்கான், மறுபுறம், ஒரு சதுர சென்டிமீட்டருக்கு 100 குறைபாடுகளை மட்டுமே கொண்டிருக்க முடியும். வெளிப்படையாக, இந்த பெரிய குறைபாடு விகிதம் GaN ஐ திறமையற்றதாக ஆக்குகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில் உற்பத்தியாளர்கள் பெரும் முன்னேற்றம் அடைந்திருந்தாலும், கடுமையான குறைக்கடத்தி வடிவமைப்பு தேவைகளை பூர்த்தி செய்ய GaN இன்னும் போராடி வருகிறது.

6. பவர் செமிகண்டக்டர் சந்தை

சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​தற்போதைய உற்பத்தித் தொழில்நுட்பம் காலியம் நைட்ரைடு மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு ஆகியவற்றின் செலவு-செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது, இதனால் இரண்டு உயர்-சக்தி பொருட்களையும் குறுகிய காலத்தில் அதிக விலைக்கு ஆக்குகிறது. இருப்பினும், குறிப்பிட்ட குறைக்கடத்தி பயன்பாடுகளில் இரண்டு பொருட்களும் வலுவான நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன.

சிலிக்கான் கார்பைடு குறுகிய காலத்தில் மிகவும் பயனுள்ள தயாரிப்பாக இருக்கலாம், ஏனெனில் காலியம் நைட்ரைடை விட பெரிய மற்றும் ஒரே மாதிரியான SiC செதில்களை தயாரிப்பது எளிது. காலப்போக்கில், காலியம் நைட்ரைடு அதன் அதிக எலக்ட்ரான் இயக்கம் கொடுக்கப்பட்ட சிறிய, அதிக அதிர்வெண் தயாரிப்புகளில் அதன் இடத்தைக் கண்டுபிடிக்கும். பெரிய மின் உற்பத்திகளில் சிலிக்கான் கார்பைடு மிகவும் விரும்பத்தக்கதாக இருக்கும், ஏனெனில் அதன் ஆற்றல் திறன்கள் காலியம் நைட்ரைட்டின் வெப்ப கடத்துத்திறனை விட அதிகமாக இருக்கும்.

காலியம் நைட்ரைடு அன்d சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்கள் சிலிக்கான் குறைக்கடத்தி (LDMOS) MOSFETகள் மற்றும் சூப்பர்ஜங்ஷன் MOSFETகளுடன் போட்டியிடுகின்றன. GaN மற்றும் SiC சாதனங்கள் சில வழிகளில் ஒத்தவை, ஆனால் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகளும் உள்ளன.

படம் 1. உயர் மின்னழுத்தம், உயர் மின்னோட்டம், மாறுதல் அதிர்வெண் மற்றும் முக்கிய பயன்பாட்டு பகுதிகளுக்கு இடையிலான உறவு.

பரந்த பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்திகள்

WBG கலவை குறைக்கடத்திகள் அதிக எலக்ட்ரான் இயக்கம் மற்றும் அதிக பேண்ட்கேப் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன, இது சிலிக்கானை விட உயர்ந்த பண்புகளாக மொழிபெயர்க்கிறது. WBG கலவை குறைக்கடத்திகளால் செய்யப்பட்ட டிரான்சிஸ்டர்கள் அதிக முறிவு மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் அதிக வெப்பநிலைக்கு சகிப்புத்தன்மை கொண்டவை. இந்த சாதனங்கள் உயர் மின்னழுத்த மற்றும் உயர் சக்தி பயன்பாடுகளில் சிலிக்கானை விட நன்மைகளை வழங்குகின்றன.

படம் 2. டூயல்-டை டூயல்-எஃப்இடி கேஸ்கேட் சர்க்யூட் ஒரு GaN டிரான்சிஸ்டரை சாதாரண-ஆஃப் சாதனமாக மாற்றுகிறது, உயர்-பவர் ஸ்விட்சிங் சர்க்யூட்களில் நிலையான மேம்படுத்தல்-முறை செயல்பாட்டை செயல்படுத்துகிறது.

WBG டிரான்சிஸ்டர்களும் சிலிக்கானை விட வேகமாக மாறுகின்றன மற்றும் அதிக அதிர்வெண்களில் செயல்பட முடியும். குறைந்த "ஆன்" எதிர்ப்பு என்பது குறைந்த சக்தியை சிதறடித்து, ஆற்றல் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது. இந்த தனித்துவமான குணாதிசயங்களின் கலவையானது, வாகனப் பயன்பாடுகளில், குறிப்பாக கலப்பின மற்றும் மின்சார வாகனங்களில் மிகவும் தேவைப்படும் சில சுற்றுகளுக்கு இந்த சாதனங்களை கவர்ச்சிகரமானதாக ஆக்குகிறது.

வாகன மின் சாதனங்களில் சவால்களை சந்திக்க GaN மற்றும் SiC டிரான்சிஸ்டர்கள்

GaN மற்றும் SiC சாதனங்களின் முக்கிய நன்மைகள்: உயர் மின்னழுத்த திறன், 650 V, 900 V மற்றும் 1200 V சாதனங்களுடன்,

சிலிக்கான் கார்பைடு:

அதிக 1700V.3300V மற்றும் 6500V.

வேகமாக மாறுதல் வேகம்,

அதிக இயக்க வெப்பநிலை.

குறைந்த மின்தடை, குறைந்த சக்தி சிதறல் மற்றும் அதிக ஆற்றல் திறன்.

GaN சாதனங்கள்

பயன்பாடுகளை மாற்றுவதில், மேம்படுத்தல்-முறை (அல்லது மின்-முறை) சாதனங்கள், பொதுவாக "ஆஃப்" செய்யப்படுகின்றன, இது E-mode GaN சாதனங்களின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தது. முதலில் இரண்டு FET சாதனங்களின் அடுக்கு வந்தது (படம் 2). இப்போது, ​​நிலையான மின்-முறை GaN சாதனங்கள் கிடைக்கின்றன. அவை 10 மெகா ஹெர்ட்ஸ் வரையிலான அதிர்வெண்களிலும், பல்லாயிரக்கணக்கான கிலோவாட் வரையிலான சக்தி நிலைகளிலும் மாறலாம்.

GaN சாதனங்கள் வயர்லெஸ் சாதனங்களில் 100 GHz வரையிலான அதிர்வெண்களில் ஆற்றல் பெருக்கிகளாகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. செல்லுலார் பேஸ் ஸ்டேஷன் பவர் பெருக்கிகள், இராணுவ ரேடார்கள், செயற்கைக்கோள் டிரான்ஸ்மிட்டர்கள் மற்றும் பொது RF பெருக்கம் ஆகியவை சில முக்கிய பயன்பாட்டு நிகழ்வுகளாகும். இருப்பினும், அதிக மின்னழுத்தம் (1,000 V வரை), அதிக வெப்பநிலை மற்றும் வேகமாக மாறுதல் காரணமாக, DC-DC மாற்றிகள், இன்வெர்ட்டர்கள் மற்றும் பேட்டரி சார்ஜர்கள் போன்ற பல்வேறு மாறுதல் சக்தி பயன்பாடுகளிலும் அவை இணைக்கப்பட்டுள்ளன.

SiC சாதனங்கள்

SiC டிரான்சிஸ்டர்கள் இயற்கை மின்-முறை MOSFETகள். இந்தச் சாதனங்கள் 1 மெகா ஹெர்ட்ஸ் வரையிலான அதிர்வெண்களிலும், சிலிக்கான் MOSFETகளை விட மின்னழுத்தம் மற்றும் தற்போதைய நிலைகளிலும் மாறலாம். அதிகபட்ச வடிகால்-மூல மின்னழுத்தம் சுமார் 1,800 V வரை இருக்கும், மேலும் தற்போதைய திறன் 100 ஆம்ப்ஸ் ஆகும். கூடுதலாக, SiC சாதனங்கள் சிலிக்கான் MOSFETகளை விட மிகக் குறைந்த ஆன்-எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளன, இதன் விளைவாக அனைத்து மாறுதல் மின்சாரம் வழங்கல் பயன்பாடுகளிலும் (SMPS வடிவமைப்புகள்) அதிக திறன் உள்ளது.

SiC சாதனங்களுக்கு குறைந்த ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ் கொண்ட சாதனத்தை இயக்க 18 முதல் 20 வோல்ட் வரையிலான கேட் வோல்டேஜ் டிரைவ் தேவைப்படுகிறது. ஸ்டாண்டர்ட் Si MOSFETகள் முழுமையாக ஆன் செய்ய வாயிலில் 10 வோல்ட்களுக்கும் குறைவாகவே தேவைப்படுகிறது. கூடுதலாக, SiC சாதனங்களுக்கு ஆஃப் நிலைக்கு மாற -3 முதல் -5 V கேட் டிரைவ் தேவைப்படுகிறது. SiC MOSFET களின் உயர் மின்னழுத்தம், உயர் மின்னோட்டத் திறன்கள் வாகன மின்சுற்றுகளுக்கு அவற்றை சிறந்ததாக ஆக்குகிறது.

பல பயன்பாடுகளில், IGBTகள் SiC சாதனங்களால் மாற்றப்படுகின்றன. SiC சாதனங்கள் அதிக அதிர்வெண்களில் மாறலாம், செயல்திறனை மேம்படுத்தும் போது தூண்டிகள் அல்லது மின்மாற்றிகளின் அளவு மற்றும் விலையைக் குறைக்கலாம். கூடுதலாக, SiC GaN ஐ விட அதிக மின்னோட்டங்களைக் கையாள முடியும்.

GaN மற்றும் SiC சாதனங்களுக்கு இடையே போட்டி உள்ளது, குறிப்பாக சிலிக்கான் LDMOS MOSFETகள், சூப்பர்ஜங்ஷன் MOSFETகள் மற்றும் IGBTகள். பல பயன்பாடுகளில், அவை GaN மற்றும் SiC டிரான்சிஸ்டர்களால் மாற்றப்படுகின்றன.

GaN vs. SiC ஒப்பீட்டைச் சுருக்கமாகச் சொல்ல, இங்கே சிறப்பம்சங்கள் உள்ளன:

GaN Si ஐ விட வேகமாக மாறுகிறது.

SiC GaN ஐ விட அதிக மின்னழுத்தத்தில் செயல்படுகிறது.

SiCக்கு உயர் கேட் டிரைவ் மின்னழுத்தங்கள் தேவை.

GaN மற்றும் SiC உடன் வடிவமைப்பதன் மூலம் பல மின்சுற்றுகள் மற்றும் சாதனங்களை மேம்படுத்தலாம். மிகப்பெரிய பயனாளிகளில் ஒன்று வாகன மின்சார அமைப்பு. நவீன கலப்பின மற்றும் மின்சார வாகனங்கள் இந்த சாதனங்களைப் பயன்படுத்தக்கூடிய சாதனங்களைக் கொண்டுள்ளன. பிரபலமான பயன்பாடுகளில் சில OBCகள், DC-DC மாற்றிகள், மோட்டார் டிரைவ்கள் மற்றும் LiDAR ஆகும். படம் 3 மின்சார வாகனங்களில் அதிக சக்தி மாறுதல் டிரான்சிஸ்டர்கள் தேவைப்படும் முக்கிய துணை அமைப்புகளை சுட்டிக்காட்டுகிறது.

படம் 3.  கலப்பின மற்றும் மின்சார வாகனங்களுக்கான WBG ஆன்-போர்டு சார்ஜர் (OBC). AC உள்ளீடு சரி செய்யப்பட்டது, சக்தி காரணி சரி செய்யப்பட்டது (PFC), பின்னர் DC-DC மாற்றப்பட்டது

DC-DC மாற்றி. இது மற்ற மின் சாதனங்களை இயக்க அதிக பேட்டரி மின்னழுத்தத்தை குறைந்த மின்னழுத்தமாக மாற்றும் மின்சுற்று ஆகும். இன்றைய பேட்டரி மின்னழுத்தம் 600V அல்லது 900V வரை இருக்கும். DC-DC மாற்றி மற்ற மின்னணு கூறுகளின் செயல்பாட்டிற்காக 48V அல்லது 12V அல்லது இரண்டையும் குறைக்கிறது (படம் 3). கலப்பின மின்சார மற்றும் மின்சார வாகனங்களில் (HEVEVs), DC-DC ஆனது பேட்டரி பேக் மற்றும் இன்வெர்ட்டருக்கு இடையே உள்ள உயர் மின்னழுத்த பேருந்திற்கும் பயன்படுத்தப்படலாம்.

ஆன்-போர்டு சார்ஜர்கள் (OBCs). ப்ளக்-இன் HEVEVகள் மற்றும் EVகள் ஒரு உள் பேட்டரி சார்ஜரைக் கொண்டிருக்கின்றன, அவை AC மெயின் விநியோகத்துடன் இணைக்கப்படலாம். வெளிப்புற AC−DC சார்ஜர் தேவையில்லாமல் வீட்டிலேயே சார்ஜ் செய்ய இது அனுமதிக்கிறது (படம் 4).

மெயின் டிரைவ் மோட்டார் டிரைவர். பிரதான இயக்கி மோட்டார் என்பது வாகனத்தின் சக்கரங்களை இயக்கும் உயர்-வெளியீட்டு ஏசி மோட்டார் ஆகும். இயக்கி என்பது ஒரு இன்வெர்ட்டர் ஆகும், இது மோட்டாரைத் திருப்ப பேட்டரி மின்னழுத்தத்தை மூன்று-கட்ட ஏசியாக மாற்றுகிறது.

படம் 4. உயர் மின்கல மின்னழுத்தங்களை 12 V மற்றும்/அல்லது 48 V ஆக மாற்ற ஒரு பொதுவான DC-DC மாற்றி பயன்படுத்தப்படுகிறது. உயர் மின்னழுத்த பாலங்களில் பயன்படுத்தப்படும் IGBTகள் SiC MOSFETகளால் மாற்றப்படுகின்றன.

GaN மற்றும் SiC டிரான்சிஸ்டர்கள் வாகன மின் வடிவமைப்பாளர்களுக்கு நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் எளிமையான வடிவமைப்புகள் மற்றும் அவற்றின் உயர் மின்னழுத்தம், உயர் மின்னோட்டம் மற்றும் வேகமான மாறுதல் பண்புகள் ஆகியவற்றின் காரணமாக சிறந்த செயல்திறனை வழங்குகின்றன.

VeTek செமிகண்டக்டர் ஒரு தொழில்முறை சீன உற்பத்தியாளர்டான்டலம் கார்பைடு பூச்சு, சிலிக்கான் கார்பைடு பூச்சு, GaN தயாரிப்புகள், சிறப்பு கிராஃபைட், சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்கள்மற்றும்மற்ற செமிகண்டக்டர் செராமிக்ஸ். VeTek செமிகண்டக்டர், குறைக்கடத்தி தொழிலுக்கான பல்வேறு பூச்சு தயாரிப்புகளுக்கு மேம்பட்ட தீர்வுகளை வழங்க உறுதிபூண்டுள்ளது.

உங்களிடம் ஏதேனும் விசாரணைகள் இருந்தால் அல்லது கூடுதல் விவரங்கள் தேவைப்பட்டால், எங்களைத் தொடர்பு கொள்ள தயங்க வேண்டாம்.

கும்பல்/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com