Az új anyagok javítják a MOSFET teljesítményét
Hagyjon üzenetet
A MOSFET alapelvei és kihívásai
A MOSFET egy térhatású tranzisztor, amely feszültségszabályozásra támaszkodik, és széles körben használatos olyan területeken, mint az energiagazdálkodás, a motorhajtás, a jelerősítés stb. Az elektronikus eszközök teljesítménysűrűsége, kapcsolási sebessége és hatékonysága iránti növekvő igény miatt a korlátok A hagyományos MOSFET-ek használata az anyagokban és folyamatokban egyre nyilvánvalóbbá válik, ami főként a következőkben nyilvánul meg:
Az ellenállás csökkentésének nehézségei:A hagyományos szilícium alapú MOSFET-ek nagyobb nehézségekkel szembesülnek az ellenállás csökkentésében, miközben méretük zsugorodik, ami korlátozza teljesítményüket a nagy teljesítményű és nagyfrekvenciás alkalmazásokban.
Ellentmondás a nyomásállóság és a hőelvezetési teljesítmény között:A nyomásállóság javítása mellett a hőelvezetési teljesítmény biztosítása kihívássá vált, különösen a nagyfrekvenciás és magas hőmérsékletű munkakörnyezetekben, ahol a hagyományos anyagok nehezen teljesíthetők a követelményeknek.
Új anyagok alkalmazása és előnyei
Szembesülve a hagyományos MOSFET-ek kihívásaival, az új anyagok bevezetése új megoldásokat hozott a teljesítmény javítására, elsősorban a következő anyagokat:
Szilícium-karbid (SiC)
A szilícium-karbid olyan kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, mint a széles sávszélesség, a nagy hővezetőképesség és a nagy áttörési elektromos térerősség, így a SiC alapú MOSFET-ek jól teljesítenek a magas hőmérsékleten, nagyfeszültségű és nagyfrekvenciás alkalmazásokban. A hagyományos szilícium alapú MOSFET-ekhez képest a SiC MOSFET-eknek a következő előnyei vannak:
Alacsonyabb ellenállás:A SiC MOSFET-ek alacsonyabb ellenállást érhetnek el magasabb feszültség mellett, ezáltal csökkentve az energiaveszteséget.
Kiváló hőelvezetési teljesítmény:A SiC anyag nagy hővezető képessége lehetővé teszi, hogy az eszköz jobb hőleadó képességgel rendelkezzen magas hőmérsékleti viszonyok között, így alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásokra.
Kiváló nagyfrekvenciás teljesítmény:A SiC MOSFET alacsony kapcsolási veszteséggel rendelkezik, és alkalmas nagyfrekvenciás teljesítményelektronikai alkalmazásokhoz, például inverterekhez és DC-DC átalakítókhoz.
gallium-nitrid (GaN)
A gallium-nitrid, mint harmadik generációs félvezető anyag, nagy figyelmet keltett széles sávszélessége, nagy elektronmobilitása és nagy áttörési elektromos térerőssége miatt. A GaN MOSFET egyedülálló teljesítményelőnyökkel rendelkezik a SiC-hez képest:
Gyorsabb nagyfrekvenciás válasz:A GaN MOSFET gyorsabb kapcsolási sebességgel rendelkezik, mint a SiC, így alkalmas nagy sebességű kommunikációs eszközökhöz és nagyfrekvenciás áramátalakítókhoz.
Kisebb készülékméret:A GaN anyag nagy áttörési elektromos térerőssége miatt a GaN MOSFET azonos ellenállási feszültség mellett kisebbre tehető, ami elősegíti a kompaktabb áramkör kialakítását.
Magasabb energiahatékonyság:A nagyfrekvenciás alkalmazásokban a GaN MOSFET-ek alacsonyabb kapcsolási veszteséggel és összességében magasabb energiahatékonysággal rendelkeznek, így különösen alkalmasak elektromos járművekben és fogyasztói elektronikában való használatra.
gallium-oxid (Ga2O3)
Feltörekvő ultraszéles sávszélességű anyagként a gallium-oxid nagy lehetőségeket mutatott. A Ga2O3 szélesebb sávszélessége nagy lehetőséget kínál a nagynyomású és magas hőmérsékletű területeken történő alkalmazásra.
Ultra nagy feszültség ellenállás:A Ga2O3 MOSFET rendkívül erős elektromos mezők mellett is képes működni, így alkalmas ultra-nagy feszültségű teljesítményelektronikai alkalmazásokhoz.
Alacsony költségpotenciál:A SiC-hoz és a GaN-hoz képest a Ga2O3 anyagnak nagyobb a költségpotenciálja, és a jövőben várhatóan gazdaságos megoldássá válik a nagyfeszültségű áramellátó eszközök számára.
Az alkalmazás állapota és az új anyagok jövőbeli trendjei a MOSFET-ekben
Piaci alkalmazás állapota
A SiC MOSFET-eket széles körben használják olyan területeken, mint az elektromos járművek, az elektromos hálózatok és az ipari vezérlés. A SiC MOSFET-ek nagy hatékonysága és nagy feszültségállósága különösen az elektromos járművekben javítja az akkumulátorhasználat hatékonyságát és az általános kitartást. A GaN MOSFET-ek jól teljesítenek a gyorstöltő eszközökben és a nagyfrekvenciás kommunikációs területeken. Alkalmazása olyan területeken, mint az 5G bázisállomások és a műholdas kommunikáció fokozatosan bővül. Bár a gallium-oxid MOSFET-ek még mindig kutatási és fejlesztési szakaszban vannak, lehetőségeiket széles körben felismerték.
Jövőbeli fejlődési trendek
Az új anyagtechnológia folyamatos fejlődésével a MOSFET eszközök teljesítménye tovább javul. A jövőbeli fejlesztési trendek a következők lehetnek:
Több anyagú együttműködési alkalmazás:A különböző anyagokból készült MOSFET-ek kiaknázzák saját előnyeiket a különböző alkalmazási forgatókönyvekben, és kiegészítő hatásokat hoznak létre. Például a SiC és GaN MOSFET-ek együtt működhetnek nagyfeszültségű és nagyfrekvenciás alkalmazásokban.
Eszköz integráció:A technológia fejlődésével a többfunkciós integrált MOSFET-eszközök trendté válnak, amelyek különböző anyagokat és eszközök jellemzőit egyetlen chipbe integrálják a hatékonyabb áramátalakítás és -kezelés érdekében.
Új anyagok folyamatos feltárása:A meglévő SiC, GaN és Ga2O3 mellett további új anyagokat fedezhetnek fel és alkalmaznak a jövőben, például gyémántot, ultraszéles sávszélességű oxidokat stb., amelyek tovább mozdítják elő a MOSFET technológia fejlődését.
http://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/irlml2246trpbf.html
