Naujos medžiagos pagerina MOSFET našumą

Pagrindiniai MOSFET principai ir iššūkiai
MOSFET yra lauko efekto tranzistorius, kuris priklauso nuo įtampos valdymo ir yra plačiai naudojamas tokiose srityse kaip galios valdymas, variklio valdymas, signalo stiprinimas ir kt. Didėjant galios tankio, perjungimo greičio ir efektyvumo elektroniniams prietaisams paklausai, atsiranda apribojimų. tradicinių MOSFET medžiagų ir procesų naudojimas tampa vis akivaizdesnis, daugiausia pasireiškiantis taip:

Sunkumai mažinant pasipriešinimą:Tradiciniai silicio pagrindu pagaminti MOSFET susiduria su didesniais sunkumais mažinant atsparumą ir mažinant dydį, o tai riboja jų veikimą naudojant didelės galios ir aukšto dažnio įrenginius.

Prieštaravimas tarp atsparumo slėgiui ir šilumos išsklaidymo charakteristikų:Gerinant atsparumą slėgiui, šilumos išsklaidymo efektyvumo užtikrinimas tapo iššūkiu, ypač aukšto dažnio ir aukštos temperatūros darbo aplinkoje, kur tradicinėms medžiagoms sunku atitikti reikalavimus.

Naujų medžiagų pritaikymas ir privalumai
Susidūrę su tradicinių MOSFET iššūkiais, naujų medžiagų pristatymas atnešė naujų sprendimų našumui gerinti, daugiausia įskaitant šias medžiagas:

Silicio karbidas (SiC)
Silicio karbidas pasižymi puikiomis savybėmis, tokiomis kaip platus pralaidumas, didelis šilumos laidumas ir didelis elektrinio lauko stiprumas, todėl SiC pagrindu pagaminti MOSFET gerai veikia aukštoje temperatūroje, aukštoje įtampoje ir aukšto dažnio įrenginiuose. Palyginti su tradiciniais silicio pagrindu pagamintais MOSFET, SiC MOSFET turi šiuos privalumus:

Mažesnis pasipriešinimas:SiC MOSFET gali pasiekti mažesnę varžą esant aukštesnei įtampai, taip sumažinant galios nuostolius.

Puikus šilumos išsklaidymo efektyvumas:Didelis SiC medžiagos šilumos laidumas leidžia įrenginiui geriau išsklaidyti šilumą esant aukštai temperatūrai, todėl jis tinkamas naudoti didelės galios įrenginiuose.

Puikus aukšto dažnio našumas:SiC MOSFET turi mažus perjungimo nuostolius ir tinka aukšto dažnio galios elektronikos programoms, tokioms kaip inverteriai ir nuolatinės srovės keitikliai.

Galio nitridas (GaN)
Galio nitridas, kaip trečios kartos puslaidininkinė medžiaga, sulaukė didelio dėmesio dėl savo plačios juostos tarpo, didelio elektronų judrumo ir didelio skilimo elektrinio lauko stiprumo. GaN MOSFET turi unikalių pranašumų, palyginti su SiC:

Greitesnis aukšto dažnio atsakas:GaN MOSFET turi didesnį perjungimo greitį nei SiC, todėl tinka didelės spartos ryšio įrenginiams ir aukšto dažnio galios keitikliams.

Mažesnis įrenginio dydis:Dėl didelio GaN medžiagos elektrinio lauko stiprumo GaN MOSFET gali būti sumažintas esant tokiai pat atsparumo įtampai, o tai padeda pasiekti kompaktiškesnį grandinės dizainą.

Didesnis energijos vartojimo efektyvumas:Aukšto dažnio programose GaN MOSFET turi mažesnius perjungimo nuostolius ir bendrą didesnį energijos vartojimo efektyvumą, todėl jie ypač tinkami naudoti elektrinėse transporto priemonėse ir plataus vartojimo elektronikoje.

Galio oksidas (Ga2O3)
Galio oksidas, kaip nauja itin plataus diapazono medžiaga, parodė didelį potencialą. Dėl didesnio Ga2O3 diapazono gali būti naudojamas aukšto slėgio ir aukštos temperatūros laukuose.

Itin aukštos įtampos atsparumas:Ga2O3 MOSFET gali veikti esant ypač dideliems elektriniams laukams, todėl tinka itin aukštos įtampos galios elektronikai.

Mažos kainos potencialas:Palyginti su SiC ir GaN, Ga2O3 medžiaga turi didesnį sąnaudų potencialą ir tikimasi, kad ateityje ji taps ekonomišku aukštos įtampos energijos įrenginių sprendimu.

Naujų MOSFET medžiagų taikymo būsena ir ateities tendencijos
Rinkos paraiškos būsena
SiC MOSFET buvo plačiai naudojami tokiose srityse kaip elektrinės transporto priemonės, elektros tinklai ir pramoninis valdymas. Ypač elektrinėse transporto priemonėse didelis SiC MOSFET efektyvumas ir atsparumas aukštai įtampai padeda pagerinti akumuliatoriaus naudojimo efektyvumą ir bendrą ištvermę. GaN MOSFET gerai veikia greito įkrovimo įrenginiuose ir aukšto dažnio ryšio laukuose. Jo taikymas tokiose srityse kaip 5G bazinės stotys ir palydovinis ryšys palaipsniui plečiasi. Nors galio oksido MOSFET vis dar yra tyrimų ir plėtros stadijoje, jų potencialas buvo plačiai pripažintas.

Ateities plėtros tendencijos
Nuolat tobulėjant naujoms medžiagų technologijoms, MOSFET įrenginių našumas ir toliau gerės. Ateities plėtros tendencijos gali apimti:

Kelių medžiagų bendradarbiavimo programa:Iš skirtingų medžiagų pagaminti MOSFET išnaudos atitinkamus pranašumus įvairiuose taikymo scenarijuose, sudarydami papildomus efektus. Pavyzdžiui, SiC ir GaN MOSFET gali veikti kartu aukštos įtampos ir aukšto dažnio programose.

Įrenginio integravimas:Tobulėjant technologijoms, tendencija taps daugiafunkciniai integruoti MOSFET įrenginiai, integruojantys skirtingas medžiagas ir įrenginių charakteristikas į vieną lustą, kad būtų galima efektyviau konvertuoti ir valdyti energiją.

Nuolatinis naujų medžiagų tyrimas:Be esamų SiC, GaN ir Ga2O3, ateityje gali būti atrasta ir pritaikyta daugiau naujų medžiagų, tokių kaip deimantas, itin plačios juostos oksidai ir kt., kurios toliau skatins MOSFET technologijos plėtrą.

http://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/irlml2246trpbf.html