Üçüncü nesil yarı iletken neden bu kadar popüler? GaN ve SiC anahtar teknolojilerini anında anlamak için 4 görüntü.

Üçüncü nesil yarı iletkenler şu anda yüksek teknoloji alanındaki en sıcak konudur ve 5G, elektrikli araçlar, yenilenebilir enerji ve Endüstri 4'ün geliştirilmesinde vazgeçilmez bir rol oynamaktadır.0Bu gelişmeler hakkında sık sık duymuş olsak da, birçok insan hala sadece belirsiz bir anlayışa sahip.Teknoloji endüstrisinin geleceğini şekillendirmeye hazır olan bu anahtar teknolojiyi anlamanıza yardımcı olmak için size en basit ve en kapsamlı bakış açısını sunacağız..

Üçüncü nesil yarı iletken ve geniş bant aralığı nedir?

Üçüncü nesil yarı iletkenler hakkında konuşurken, önce ilk ve ikinci nesil hakkında kısaca bilgi verelim.Birinci nesil yarı iletken silikon (Si)Üçüncü nesil yarı iletken (aynı zamanda "geniş bant aralığı yarı iletken" olarak da bilinir)" WBG) silikon karbür (SiC) ve galiyum nitrit (GaN) içerir.

Geniş bant aralığı yarı iletkenlerdeki "bandgap", bir yarı iletkenin yalıtımdan iletken durumlara geçmesi için gereken enerji boşluğunu temsil eder.

Silikon ve galyum arsenür, birinci ve ikinci nesil yarı iletkenler olarak, 1.12 eV ve 1.43 eV'lik değerlerle düşük bant boşluklarına sahiptir.Üçüncü nesil (geniş bant aralığı) yarı iletkenlerin bant boşlukları SiC ve GaN 3'tür.Bu nedenle, yüksek sıcaklıklara, basınçlara veya akımlara maruz kaldığında,Üçüncü nesil yarı iletkenlerin yalıtımdan iletken durumlara geçme olasılığı ilk ve ikinci nesillere kıyasla daha azdır.Daha istikrarlı özelliklere ve daha iyi enerji dönüştürme yeteneklerine sahiptirler.

Üçüncü nesil yarı iletkenler hakkında yaygın yanlış anlamalar

5G ve elektrikli araç çağının gelişiyle birlikte, yüksek frekanslı, yüksek hızlı hesaplama ve hızlı şarj talebi arttı.Silikon ve galiyum arsenit sıcaklık sınırlarına ulaştı.Üstelik, çalışma sıcaklıkları 100 dereceyi aştığında, ilk iki nesil ürünler arıza eğilimindedir.Onları zorlu ortamlara uygun kılmıyorlar.Küresel karbon emisyonlarına odaklanmakla birlikte, yüksek verimlilik ve düşük enerji tüketimi üçüncü nesil yarı iletkenler çağın yeni favorileri haline geldi.

Üçüncü nesil yarı iletkenler, yüksek frekanslarda bile mükemmel performans ve istikrarı koruyabilirler.ve hızlı ısı dağılımıÇip boyutları büyük ölçüde azaltıldığında, çevresel devre tasarımını basitleştirmeye yardımcı olurlar, böylece modüllerin ve soğutma sistemlerinin hacmi azaltılır.

Birçok insan yanlışlıkla üçüncü nesil yarı iletkenlerin birinci ve ikinci nesil teknolojik gelişmelerinden biriktirildiğine inanıyor, ancak bu tamamen doğru değil.Şekilde görüldüğü gibi, bu üç nesil yarı iletken aslında paralel olarak teknolojiler geliştiriyor.

SiC ve GaN'nin her birinin kendi avantajları ve farklı geliştirme alanları vardır.

İlk üç nesil yarı iletken arasındaki farkları anladıktan sonra, üçüncü nesil yarı iletkenlerin malzemelerine odaklanıyoruz - SiC ve GaN.Bu iki malzemenin biraz farklı uygulama alanları var.Günümüzde GaN bileşenleri, şarj cihazları, baz istasyonları ve 5G iletişimleriyle ilgili diğer yüksek frekanslı ürünler gibi 900V'den aşağı voltajlı alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.Öte yandan, elektrikli araçlar gibi 1200V'den büyük voltajlı uygulamalarda kullanılır.

SiC, silikon (Si) ve karbon (C) 'dan oluşur, sıcaklık, kimyasal ve mekanik açıdan güçlü bağlanma ve istikrarlıdır.SiC, yüksek voltaj ve yüksek akım uygulamaları için uygundur, elektrikli araçlar, elektrikli araç şarj altyapısı, güneş ve açık deniz rüzgar enerjisi üretim ekipmanları gibi.

Ayrıca, SiC'nin kendisi "homogen epitaksi" teknolojisini kullanır, bu nedenle iyi bir kalitesi ve yüksek bileşen güvenilirliği vardır.,Dikey bir cihaz olduğu için yüksek güç yoğunluğuna sahiptir.

Şu anda elektrikli araçların güç sistemi esas olarak 200V ve 450V arasında çalışır ve gelecekte yüksek seviye modeller 800V'ye doğru ilerleyecek ve bu SiC için ana pazar haline gelecek.SiC wafer üretimi zordur., uzun kristalin kaynağı kristal için yüksek gereksinimlere sahiptir.Uzun kristal teknolojisinin zorluğu şu anda büyük ölçekli üretimin hala uygulanabilir olmadığı anlamına geliyor., daha sonra daha ayrıntılı olarak incelenecektir.

GaN, SiC veya Si substratları gibi farklı substratlarda "heterogen epitaksi" teknolojisini kullanarak büyüyen yanlısı bir bileşendir.Bu yöntemle üretilen GaN ince filmleri nispeten düşük kalitedeŞu anda hızlı şarj gibi tüketici alanlarında kullanılsalar da, elektrikli araçlarda veya endüstriyel uygulamalarda kullanımları hakkında bazı şüpheler var.Bu da üreticilerin geçmeye istekli olduğu bir yön..

GaN'nin uygulama alanları arasında yüksek voltajlı güç cihazları (Power) ve yüksek frekanslı bileşenler (RF) bulunur.Bluetooth gibi yaygın olarak kullanılan teknolojiler, Wi-Fi ve GPS konumlandırması, RF radyo frekans bileşenlerine örneklerdir.

Substrat teknolojisi açısından, GaN substratlarının üretim maliyeti nispeten yüksektir. Bu nedenle, GaN bileşenleri çoğunlukla silikon substratlara dayanmaktadır.Şu anda piyasada bulunan GaN güç cihazları iki tür levha kullanılarak üretilir.: GaN-on-Si (silikondaki galiyum nitrit) ve GaN-on-SiC (silikon karbid üzerindeki galiyum nitrit).

Genellikle duyulan GaN işlem teknolojisi uygulamaları, örneğin GaN RF radyo frekans cihazları ve PowerGaN, GaN-on-Si substrat teknolojisinden türetilmiştir.silikon karbid substrat (SiC) üretimindeki zorluklar nedeniyle, teknoloji esas olarak ABD'deki Cree ve II-VI ve ROHM Semiconductor gibi birkaç uluslararası üretici tarafından kontrol edilir.