Silicon, silikon na karbida at gallium nitride

Sa likod ng mga karaniwang ginagamit na digital na produkto at high-tech na mga de-koryenteng sasakyan, 5G base station, mayroong 3 pangunahing semiconductor na materyales: silikon, silikon na karbida at gallium nitride na nagmamaneho sa industriya. Hindi sila alternatibo para sa bawat isa, sila ang mga eksperto sa isang koponan, at may hindi maipapalit na pagsisikap sa iba't ibang mga battlefield. Pag -unawa sa kanilang Dibisyon ng Paggawa, makikita natin ang puno ng pag -unlad ng modernong industriya ng elektronika.

1.Silikon: Ang batayang bato ng integrated circuit

Ang Silicon ay walang alinlangan na hari ng semiconductor, pinasiyahan ang lahat ng larangan ng lubos na isinama, at kumplikadong computing. Ang computer CPU, mobile SOC, graphics processors, memorya, flash memory, at iba't ibang mga microcontroller at digital logic chips, halos lahat ay itinayo sa base ng silikon.

Bakit pinangungunahan ng silikon ang patlang na ito

1) Mahusay na integrated degree

Ang Silicon ay may mahusay na mga katangian ng materyal, maaari itong lumaki ng isang perpektong SIO2 insulating film sa ibabaw sa pamamagitan ng proseso ng thermal oksihenasyon. Ang pag -aari na ito ay ang batayan upang bumuo ng CMOS transistor, pagsasama ng bilyun -bilyong kahit sampung bilyong transistor sa isang maliit na piraso ng chip, upang makamit ang matinding kumplikadong pag -andar ng logistic.

2) Mature na proseso at mababang gastos

Ang temperatura ng pagtatrabaho ng aparato ng silikon ay karaniwang nasa ibaba ng 175 ° C, habang ang aparato ng SIC ay maaaring matatag na gumana sa itaas ng 200 ° C. Ginagawa nitong mas maaasahan sa mataas na temperatura at malupit na mga kapaligiran, tulad ng mga elektronikong sistema na matatagpuan malapit sa makina ng kotse.

3) Magandang balanse

Ang Silicon ay walang alinlangan na hari ng semiconductor, pinasiyahan ang lahat ng larangan ng lubos na isinama, at kumplikadong computing. Ang computer CPU, mobile SOC, graphics processors, memorya, flash memory, at iba't ibang mga microcontroller at digital logic chips, halos lahat ay itinayo sa base ng silikon.

2.Silikon Carbide: Power Guardians sa high-volt battlefield

Ang sic ay ang materyal na rebolusyon sa mataas na boltahe, mataas na lakas na larangan. Pangunahing ginagamit ito sa "mga aparato ng kuryente" para sa conversion at control ng kuryente. Tulad ng Main Drive Inverter, on-board charger, DC-DC converter sa mga bagong sasakyan ng enerhiya; Mga istasyon ng Smart Grid Converter, mga drive ng pang -industriya, at transit ng tren sa industriya at grid ng kuryente; Photovoltaic inverters at wind power converters sa bagong industriya ng henerasyon ng lakas ng lakas.

Bakit angkop ang SIC para sa mga application na may mataas na boltahe

1) Labis na lakas ng breakdown na lakas ng patlang ng kuryente

Ang lakas ng breakdown electric field ng SIC ay 10 beses na mas mataas pagkatapos ng silikon. Nangangahulugan ito ng paggawa ng parehong aparato ng boltahe na may aparato, ang epitaxial layer ng SIC ay maaaring maging mas payat, ang konsentrasyon ng doping ay maaaring mas mataas, upang mabawasan ang on-resistensya ng aparato. Kapag ang paglaban ay nagiging mas mababa, ang pagkawala ng enerhiya at henerasyon ng init ay maaaring makabuluhang mabawasan kapag ang pagpapadaloy.

2) Magandang thermal conductivity

Ang thermal conductivity ng SIC ay 3 beses na ng silikon. Sa application ng High Power, ang pag -init ay ang "nangungunang mamamatay". Ang aparato ng SIC ay maaaring mas mabilis na ma -outlet ang pag -init mismo, upang payagan ang matatag na trabaho ng system sa ilalim ng mas mataas na density ng kuryente, o gawing simple ang sistema ng pagwawaldas ng init.

3) Mataas na kapasidad ng pagtatrabaho sa temperatura

Ang temperatura ng pagtatrabaho ng aparato ng silikon ay karaniwang nasa ibaba ng 175 ° C, habang ang aparato ng SIC ay maaaring matatag na gumana sa itaas ng 200 ° C. Ginagawa nitong mas maaasahan sa mataas na temperatura at malupit na mga kapaligiran, tulad ng mga elektronikong sistema na matatagpuan malapit sa makina ng kotse.

3.Gallium nitride: Ang bilis ng payunir sa track ng mataas na dalas

Ang pangunahing bentahe ng GaN ay nasa mataas na dalas. Nagniningning ito sa dalawang larangan:

High-frequency power electronics (mabilis na singilin): Ang pinaka-malawak na application sa kasalukuyan, na nagbibigay-daan sa amin na gumamit ng compact at lubos na mahusay na GaN mabilis na mga charger.

RF Front-End: Power amplifier sa 5G komunikasyon base station at radar system sa industriya ng pagtatanggol.

Bakit si Gan ang hari ng pagganap ng mataas na dalas

1) Lubhang mataas na saturation ng elektron na naaanod na bilis: Ang mga electron ay gumagalaw nang napakabilis sa mga materyales ng GaN, na nangangahulugang ang mga transistor ay maaaring makamit ang napakataas na bilis ng paglipat. Para sa paglipat ng mga suplay ng kuryente, pinapayagan ng mas mataas na mga dalas ng paglilipat para sa paggamit ng mas maliit at mas magaan na mga capacitor at inductors, sa gayon pinapagana ang charger miniaturization.

2) Mataas na Electron Mobility Transistor (HEMT): Tulad ng detalyado sa nakaraang artikulo, ang interface ng Gan-Algan heterojunction ay maaaring awtomatikong bumubuo ng isang dalawang dimensional na gas ng elektron (2DEG), na may napakataas na konsentrasyon ng elektron at kadaliang kumilos, na nagreresulta sa sobrang mababang paglaban. Nagbibigay ito ng mga aparato ng GaN ng dalawahang pakinabang ng mababang pagkawala ng pagpapadaloy at mababang pagkawala ng paglipat sa panahon ng paglipat ng high-speed.

3) Mas malawak na bandgap: Katulad sa silikon na karbida, ang Gan ay mayroon ding malawak na bandgap, ginagawa itong lumalaban sa mataas na temperatura at mataas na boltahe, at mas matatag kaysa sa silikon.