Галлиумнитрид ган-следующая большая вещь?

9/19/2024 6:08:59 PM

В 1906 году ли де форест и Роберт фон либен изобрели первый триод вакуумной трубки. Первоначально он использовался для усиления телефонной и радиосвязи. Однако использование этого транзисторного прекурсора не получило широкого распространения до тех пор, пока Bell Laboratories не разработала первый работающий транзистор в 1947 году на основе германии. Затем, в 1954 году мы увидели первый силиконовый транзистор, изобретенный моррисом таненбаумом и кельвином фуллером из Bell Laboratories. Гораздо позже, в 1959 году, аталла мохамед и кахн давон изобрели MOSFET, что позволило создать высокоплотные интегральные схемы (ICs), предшественники современных интегральных схем.

Кремниевые транзисторы продолжали развиваться в течение многих лет и в конечном итоге разделились между различными приложениями: память, микроконтроллеры, питание. Каждая из этих областей имеет свои уникальные задачи.

Давайте посмотрим на энергетические системы, например. В течение многих лет инженеры-проектировщики в основном работали с линейными регуляторами. В 1970 году ferrites с низкими потерями стали доступны и продемонстрировали превосходство питания в переключенном режиме. В то время 20 КГЦ считались высокочастотными и высоко оценивались, поскольку они были неслышны. В начале 80 - х годов произошел взрыв кремниевых стартапов, повышающих частоту питания в переключенном режиме до диапазона 100 КГЦ - 1мгц, что значительно снизило размер питания. Кроме того, распространение персональных электронных устройств (компьютеров, сотовых телефонов, домашней электроники, IoT, ноутбуков, планшетов) привело к росту спроса на меньшие и более эффективные источники энергии.

В период с 2000 по 2010 год промышленность полагалась на кремний (СИ) для улучшения энергоснабжения. Тем не менее, мы достигли пределов свойств кремния - мало что можно улучшить с точки зрения упаковки и производства. Нам нужны новые материалы для дальнейшего совершенствования конструкции и удовлетворения современных требований к плотности и эффективности энергоснабжения.

К счастью, кажется, что нитрид Галлия (ган) является одним из тех новых материалов, которые помогут нам достичь этой цели. Этот материал находится в продаже с 1990 - х годов в светодиодах. Его широкий диапазон разрыв и несколько сплавов делает новые приложения, такие как светодиодные светодиоды, точная цветопередача, и светодиодные экраны возможно. Так как это может быть полезно в выключенном режиме питания?

Преимущества нитрида Галлия
В таблице ниже показано сравнение кремния и нитрида Галлия. Не только RDSon меньше, но и общая паразитарная способность снижается. Эти свойства имеют два основных преимущества по сравнению с Si:

Более высокая эффективность и более низкие температуры при полной нагрузке
Более высокая частота переключения, что означает меньший источник питания.
Дизайнеры используют то или иное преимущество в зависимости от разрабатываемого приложения. В мобильном телефоне или ноутбуке, DC/DC конвертер будет в полной мере использовать преимущества более низких температур, так как никто не любит держать палящий мобильный телефон. Кроме того, они будут использовать высокую частоту, чтобы уменьшить дизайн, тем самым уменьшая размер устройства или позволяя ему выполнять больше функций. Возможно, наиболее заметным преимуществом является увеличение срока службы батареи из-за более эффективного преобразования энергии.

Многие другие отрасли промышленности могли бы извлечь выгоду из высоких частот переключения. В лидарных системах используются импульсные лазеры для создания трехмерного изображения или карты прилегающей территории. Прикладные программы включают геологические изыскания и метеорологию для разведки природных ресурсов, а в последнее время - - автомобильную.

Как показано ниже, использование GaN в лидарных устройствах позволяет более высокое разрешение картографирования. Приобретение и обработка сред с высокой разрешающей способностью является одним из ключевых элементов автономных процессов принятия решений, поскольку нам необходимо устранить неверное толкование.

Wurth Elektronik и новые полупроводники
В 2015 году глобальный интернет и электронное использование выбрасывают столько же CO2, сколько авиационная промышленность, их выбросы CO2 удвоились каждый год. Многие области совершенствуются, чтобы смягчить воздействие на нашу планету, и энергетические конструкции являются одним из них.
Применение высоких энергий также достигло пределов стандартного кремния. Для дальнейшего совершенствования своих конструкций инженеры приступили к разработке полупроводников на основе карбида кремния (SiC). Так же, как нитрид Галлия, SiC позволяет более высокие частоты и небольшие конструкции. На графике ниже показан идеальный материал в зависимости от мощности и частоты, которую вы планируете использовать. Небольшие устройства, как правило, более эффективны и дешевле, что объясняет, почему промышленность разрабатывает материалы, которые могут переключаться быстрее.