Выпущена первая в отрасли ИС переключателя на основе нитрида галлия на 1700 В
11/12/2024 2:23:03 PM
В последние годы полупроводники третьего поколения, представленные карбидом кремния и нитридом галлия, привлекли большое внимание в связи с появлением новых энергетических транспортных средств, накопителей энергии и других приложений. Карбид кремния, в частности, имеет очевидные преимущества по ключевым параметрам, таким как запрещенная зона, напряжение пробоя, теплопроводность и скорость насыщения электронами, поэтому он хорошо подготовлен для применений, требующих высокого напряжения, высокой термостойкости, высокой частоты и высокой мощности. одобрено. Многие крупные производители полупроводников также активно разрабатывают устройства из карбида кремния.
 (1).jpg)
Хотя нитрид галлия имеет те же преимущества, что и карбид кремния, его развитие в последние годы кажется несколько вялым по сравнению с карбидом кремния. В области высокого напряжения используются устройства из карбида кремния, а в области низкого напряжения - кремниевые устройства. Недавний выпуск первой микросхемы переключателя из нитрида галлия на 1700 В компанией Power Integration (PI) ломает эту ситуацию, позволяя устройствам на основе нитрида галлия конкурировать с устройствами на основе карбида кремния.
По словам старшего менеджера по техническому обучению компании PI Джейсона Яна, микросхема переключателя из нитрида галлия на напряжение 1700 В, недавно выпущенная компанией PI, является новым членом серии InnoMux™-2 однокаскадных, независимо регулируемых многоканальных интегральных схем автономного питания. Микросхема переключателя из нитрида галлия изготовлена с использованием запатентованной технологии PowiGaN™ компании PI и отличается чрезвычайно высокой эффективностью при использовании нескольких выходов, что позволяет легко поддерживать номинальное входное напряжение 1000 В постоянного тока в конструкциях с обратноходовым ходом, а также при использовании одного, двух или трех выходов. Достигайте эффективности выше 90% в приложениях с напряжением питания. Точность регулировки каждого выхода контролируется в пределах 1%, что устраняет необходимость в постступенчатом стабилизаторе напряжения и дополнительно повышает эффективность системы примерно на 10%.
По сравнению с устройством PowiGaN на 750 В, недавно выпущенное устройство на 1700 В также имеет такую же эффективность. По сравнению с существующими высоковольтными решениями с использованием StackFETTM (прототип DER-859) эффективность 1700 В InnoMux2-EP значительно улучшена, потери на переключение минимальны, а также значительно уменьшено количество необходимых компонентов.
Так почему же ПИ может повысить выдерживаемое напряжение нитрида галлия до 1700В? Это связано с уникальной структурой переключателя питания, принятой PI. Эпитаксиальную структуру силовых устройств на основе нитрида галлия можно разделить на два типа: D-режим (режим обеднения/режим обеднения) и E-режим (режим улучшения/режим улучшения). Среди них режим обеднения GaN обычно включен, а режим улучшения GaN обычно выключен.
Большинство производителей на рынке используют структуры режима улучшения, в то время как PI использует структуру режима обеднения, а затем использует каскадную «каскодную» архитектуру для последовательного подключения к нормально разомкнутым устройствам из нитрида галлия в режиме обеднения. Небольшая МОП-трубка. MOSFET существует уже много лет, и его технология управления и технология защиты очень совершенны, поэтому PI использует эту существующую технологию для управления нитридом галлия в режиме обеднения, что может обеспечить очень надежную и безопасную работу. В то же время легче добиться более высоких напряжений.
Дуг Бэйли, вице-президент по маркетингу компании PI, ранее заявил на отраслевой конференции, что микросхема переключателя из нитрида галлия на 1700 В, выпущенная компанией PI, является первым в отрасли устройством на основе нитрида галлия, напряжение которого превышает 1250 В. С одной стороны, это устройство делает варианты переключателей преобразования мощности, которые PI может предоставить, все более и более обширными, охватывая диапазон напряжения от 650 В до 1700 В и различные материалы, от кремния до нитрида галлия и карбида кремния. С другой стороны, выпуск этого устройства также показывает, что технология нитрида галлия быстро развивается и постепенно приближается или даже превосходит по характеристикам карбид кремния. Дуг Бэйли также сказал: «Наша цель - заменить карбид кремния. Это миссия нашей компании».
Фактически, PI уже выпускала устройства из карбида кремния на 1700 В раньше, так почему же она также запускает устройства из нитрида галлия с тем же значением напряжения? Джейсон Ян сказал: «В основном из соображений стоимости. Как мы все знаем, производство устройств из карбида кремния является высокоэнергетическим, дорогостоящим процессом и требует строительства независимых производственных линий; в то время как устройства на основе нитрида галлия могут быть основаны на существующие линии по производству кремния, что может привести к значительной экономии средств. Мы стремимся заменить традиционные мощные и дорогие устройства из карбида кремния переключающими устройствами из нитрида галлия».
В качестве примера он привел автомобильный рынок. В настоящее время многие пользователи автомобилей сталкиваются с ценовым давлением, и им также нужны альтернативы карбиду кремния, и устройства PI на основе нитрида галлия являются хорошим выбором.
Поскольку PI увеличивает номинальное выдерживаемое напряжение нитрида галлия до 1700 В, диапазон применения устройств из нитрида галлия будет еще больше расширяться. В настоящее время устройства из нитрида галлия в основном используются в областях с уровнем мощности около 100 Вт. Карбид кремния является доминирующей областью применения. Но в настоящее время нитрид галлия медленно вторгается на рынок применения карбида кремния. Джейсон Ян считает, что на уровне мощности 1 кВт нитрид галлия победит карбид кремния и станет основной технологией переключения мощности. На уровне мощности 10 кВт нитрид галлия также используется в новых конструкциях на мощности 100 кВт, нитрид галлия также будет использоваться в ближайшее время; . В будущем переключатели из нитрида галлия будут доминировать на уровнях мощности от 10 Вт до 1 МВт.
Джейсон Ян также сказал: «Для устройств из нитрида галлия 1700 В - это не пик. В будущем у PI определенно будут продукты с более высоким напряжением. Помимо увеличения напряжения, мы также будем еще больше расширять текущие возможности, потому что мы с оптимизмом смотрим на азот. развитие галлиевой технологии».
По данным Yole Group, к концу 2029 года объем рынка силовых устройств из нитрида галлия достигнет 2 миллиардов долларов США и расширится до различных областей применения. По сравнению с устройствами из карбида кремния их ценовое преимущество более привлекательно. Джейсон Ян также сказал: «Технология карбида кремния очень зрелая, но ее стоимость все еще не упала, что указывает на то, что она столкнулась с узким местом, а технология нитрида галлия все еще является новой технологией. Я считаю, что она будет иметь очень широкие перспективы применения в будущее и стать основной технологией. «Материалы для силовых устройств».
.jpg)