Silisyum, Silisyum Karbür ve Galyum Nitrür

Yaygın olarak kullanılan dijital ürünler ve ileri teknoloji elektrikli araçlar olan 5G baz istasyonunun arkasında 3 temel yarı iletken malzeme bulunmaktadır: Silikon, Silisyum Karbür ve Galyum Nitrür, sektöre yön vermektedir. Birbirlerinin alternatifi değiller, bir ekibin uzmanı ve farklı savaş alanlarında yeri doldurulamaz emekleri var. İşbölümünü anladığımızda modern elektronik endüstrisinin gelişim ağacını görebiliriz.

1.Silikon: Entegre devrelerin temel taşı

Silikon, hiç şüphesiz yarı iletkenlerin kralıdır; yüksek derecede entegre ve karmaşık hesaplamanın tüm alanlarına hakimdir. Bilgisayar CPU'su, mobil SoC, grafik işlemciler, bellek, flash bellek ve çeşitli mikro denetleyiciler ve dijital mantık yongalarının neredeyse tamamı Silikon tabanı üzerine inşa edilmiştir.

Silikon neden bu alana hakim?

1) Mükemmel entegre derece

Silikon mükemmel malzeme özelliklerine sahiptir; termal oksidasyon işlemi yoluyla yüzeyde mükemmel bir SiO2 yalıtım filmi oluşturulabilir. Bu özellik, aşırı karmaşık lojistik işlevlere ulaşmak için milyarlarca hatta on milyar transistörü küçük bir çip üzerinde entegre eden CMOS transistörünü oluşturmanın temelini oluşturur.

2) Olgun süreç ve düşük maliyet

Yarım yüzyılı aşkın bir süredir devam eden gelişme sayesinde Silikon süreci, tüm insanoğlunun endüstriyel uygarlığının sonucudur. Saflaştırmadan, kristal çekmeye, fotolitografiye, aşındırmaya kadar, şaşırtıcı ölçekte ve son derece düşük maliyetle yüksek kaliteli kristal üretmek için olgun ve büyük bir endüstri zincirleri oluşturuyor.

3) İyi denge

Silikon iletkenlik, anahtarlama hızı, üretim maliyeti ve termal performans arasında en iyi dengeyi sağlar. Aşırı performansta yeni başlangıç ​​malzemesinin performansıyla eşleşemese de, karmaşık dijital sinyallerin ve mantık işlemlerinin yönetimi için tamamen yeterlidir ve en ekonomik seçimdir.

2.Silisyum Karbür: Yüksek Voltajlı Savaş Alanındaki Güç Muhafızları

SiC, yüksek voltaj, yüksek güç alanında devrim yaratan bir malzemedir. Esas olarak güç dönüşümü ve kontrolü için "güç cihazlarında" kullanılır. Yeni enerji araçlarında ana tahrik invertörü, araç üstü şarj cihazı, DC-DC dönüştürücü gibi; sanayi ve elektrik şebekesinde akıllı şebeke dönüştürücü istasyonları, endüstriyel motor sürücüleri ve demiryolu taşımacılığı; yeni enerji güç üretimi endüstrisinde fotovoltaik invertörler ve rüzgar enerjisi dönüştürücüleri.

SiC neden yüksek gerilim uygulamalarına uygundur?

1)Son derece yüksek arıza elektrik alanı gücü

SiC'nin arıza elektrik alanı kuvveti Silikonunkinden 10 kat daha yüksektir. Bu, aynı voltaj dayanım cihazının üretilmesi anlamına gelir; cihazın direncini azaltmak için SiC'nin epitaksiyel katmanı daha ince olabilir, katkı konsantrasyonu daha yüksek olabilir. Direnç düştüğünde, iletim sırasında enerji kaybı ve ısı üretimi önemli ölçüde azaltılabilir.

2) İyi ısı iletkenliği

SiC'nin ısıl iletkenliği Silisyumunkinin 3 katıdır. Yüksek güç uygulamasında ısıtma "en önemli etkendir". SiC cihazı, sistemin daha yüksek güç yoğunluğu altında istikrarlı çalışmasına olanak sağlamak veya ısı dağıtım sistemini basitleştirmek için ısıtmanın kendisini daha hızlı bir şekilde dışarı çıkarabilir.

3) Yüksek sıcaklıkta çalışma kapasitesi

Silikon cihazının çalışma sıcaklığı tipik olarak 175°C'nin altındadır, SiC cihazı ise 200°C'nin üzerinde stabil çalışabilir. Bu, arabanın motoruna yakın konumlandırılan elektronik sistemler gibi yüksek sıcaklık ve zorlu ortamlarda onu daha güvenilir hale getirir.

3.Galyum Nitrür: Yüksek frekanslı yolda hız öncüsü

GaN'ın temel avantajı yüksek frekanstadır. İki alanda parlıyor:

Yüksek frekanslı güç elektroniği (hızlı şarj): şu anda en yaygın uygulama olup, kompakt ve yüksek verimli GaN hızlı şarj cihazlarını kullanmamızı sağlar.

RF ön uç: 5G iletişim baz istasyonlarındaki güç amplifikatörleri ve savunma sanayindeki radar sistemleri.

GaN neden yüksek frekans performansının kralıdır?

1) Son derece yüksek elektron doygunluğu sürüklenme hızı: Elektronlar GaN malzemelerinde son derece hızlı hareket eder, bu da transistörlerin son derece yüksek anahtarlama hızlarına ulaşabileceği anlamına gelir. Güç kaynaklarını değiştirmek için daha yüksek anahtarlama frekansları, daha küçük ve daha hafif kapasitörlerin ve indüktörlerin kullanılmasına olanak tanır ve böylece şarj cihazının minyatürleştirilmesine olanak tanır.

2) Yüksek elektron hareketlilik transistörü (HEMT): Önceki makalede ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, GaN-AlGaN heteroeklem arayüzü, son derece yüksek elektron konsantrasyonu ve hareketliliğine sahip, otomatik olarak iki boyutlu bir elektron gazı (2DEG) oluşturabilir ve bu da son derece düşük dirençle sonuçlanır. Bu, GaN cihazlarına yüksek hızlı anahtarlama sırasında düşük iletim kaybı ve düşük anahtarlama kaybı gibi ikili avantajlar sağlar.

3)Daha geniş bant aralığı: Silisyum karbüre benzer şekilde GaN da geniş bir bant aralığına sahiptir, bu da onu yüksek sıcaklıklara ve yüksek voltajlara dayanıklı ve silikondan daha sağlam kılar.