Silisyum karbür transistörler yüksek teknolojide giderek daha fazla kullanılıyor.Voltaj Bu uygulamaların boyutu, ağırlığı ve/veya verimliliği ile ilgili katı gereksinimleri karşılayabilecek güç dönüştürücüleri. Ama neden bu teknoloji mühendisler için bu kadar büyüleyici mi? Blog bazı bilgiler sağlayacaktır.
Silisyum karbürün (SiC) olağanüstü malzeme özellikleri, Yalıtımlı Çift Kutuplu Kapı yerine hızlı anahtarlamalı tek kutuplu cihazların tasarlanmasına olanak sağlar Transistor (IGBT) anahtarlar. Böylece, yalnızca alçak gerilim dünyasında 600V ve altındaki gerilimlerle mümkün olan çözümler artık daha yüksek gerilimlerde de mümkün. Sonuç olarak artan verimlilik, daha yüksek anahtarlama frekansları, daha az ısı dağılımı ve yerden tasarruf sağlanıyor; bu avantajlar da genel sistem maliyetini düşürüyor.
Infineon Technologies bu potansiyeli neredeyse 30 yıl önce tespit etti ve 1992 yılında yüksek güçlü endüstriyel uygulamalara yönelik SiC diyotlar ve transistörler geliştirmek üzere uzmanlardan oluşan bir ekip kurdu. O zamandan bu yana ulaşılan kilometre taşlarının kısa ve eksik bir listesi:
- 2001'de dünyanın ilk SiC bazlı Schottky diyotları piyasaya sürüldü
- 2006'da SiC cihazlarını içeren ilk güç modülleri
- Mevcut beşinci nesil SiC diyotların piyasaya sürülmesi
- Yenilikçi Trench CoolSiC'nin prömiyeri ile bağlantılı olarak Villach İnovasyon Fabrikasında 150 mm'lik levha teknolojisine tam geçiş™ mosfet 2017 yılında
Metal oksit-Yarıiletken Alan Etkili Transistörler (mosfetler), güvenilir SiC cihazlarını hedeflerken genellikle tercih edilen kavram olarak kabul edilmiştir. Başlangıçta bağlantı alanı etkisi Transistor (JFET) yapıları, bir SiC transistöründe performansı ve güvenilirliği birleştirmek için nihai çözüm gibi görünüyordu. Ancak artık kurulan 150 mm levha teknolojisiyle hendek tabanlı SiC MOSFET'ler uygulanabilir hale geldi. Bu şekilde, çift difüze metal oksit yarı iletken (DMOS) yapılarının performans ya da yüksek güvenilirliğe sahip olma ikilemi çözülebilir.
SiC diyotlar ve transistörler veya galyum nitrür yüksek elektron hareketlilik transistörleri (GaN HEMT'ler) gibi geniş bant aralığına dayalı güç cihazları, günümüzde güç elektroniği tasarımcılarının kütüphanesindeki ortak öğelerdir. Ama neden? Geleneksel silisyumun aksine silisyum karbür hakkında bu kadar büyüleyici olan şey nedir? SiC bileşenlerini tasarım mühendisleri için bu kadar çekici kılan şey, silikon yüksek voltajlı cihazlarla karşılaştırıldığında daha yüksek maliyetlerine rağmen tasarımlarında bu kadar sık kullanmalarıdır? Birkaç nedene bakalım.
Düşük Kayıplar ve Yüksek Arıza Alanı Önemlidir
Güç dönüşüm sistemlerinde tasarım mühendisleri sürekli olarak dönüşüm sırasındaki enerji kayıplarını azaltmaya çalışırlar. Modern sistemler, katı hal transistörlerinin pasif elemanlarla birlikte AÇIK ve KAPALI duruma getirildiği teknolojilere dayanmaktadır. Kullanılan transistörlerle ilgili kayıplar için çeşitli hususlar önemlidir.
- İlk olarak tasarım mühendisleri iletim aşamasındaki kayıpları dikkate almalıdır. MOSFET'lerde bunlar klasik bir dirençle tanımlanır. IGBT'lerde diz voltajı (V) şeklinde sabit bir iletim kaybı belirleyicisidir.ce_sat) ve ayrıca çıkış karakteristiğinin diferansiyel direnci. Bloklama aşamasındaki kayıplar genellikle ihmal edilebilir.
- İkincisi, tasarım mühendisleri, anahtarlama sırasında AÇIK ve KAPALI durumu arasında her zaman bir geçiş aşamasının bulunduğunu dikkate almalıdır (Şekil 1). İlgili kayıplar çoğunlukla cihazın kapasitansları tarafından tanımlanır. IGBT'lerde azınlık taşıyıcı dinamikleri (açılma zirvesi, kuyruk akımı) nedeniyle daha fazla katkı mevcuttur.
Bu hususlara dayanarak, tercih edilen cihazın her zaman bir MOSFET. Bununla birlikte, özellikle yüksek voltajlar için, silikon MOSFET'lerin direnci o kadar yüksek olur ki, toplam kayıp dengesi IGBT'lerinkinden daha düşük olur; çünkü bunlar, iletim modundaki direnci azaltmak için azınlık taşıyıcılar tarafından yük modülasyonunu kullanabilir.
Şekil 1: Şekilde anahtarlama işleminin ve statik IV davranışının grafiksel karşılaştırması gösterilmektedir. (Kaynak: Infineon Technologies)
Geniş bant aralıklı yarı iletkenler dikkate alındığında durum değişir. Şekil 2 SiC ve GaN'nin silikona karşı en önemli fiziksel özelliklerini özetler. Bant aralığı ile kritik elektrik alanı arasındaki doğrudan korelasyon yarıiletken önemlidir. SiC ile silikonla karşılaştırıldığında yaklaşık 10 kat daha yüksektir.
Şekil 2: Görüntü, silikona karşı SiC ve GaN'nin kritik fiziksel özelliklerini vurgulamaktadır. (Kaynak: Infineon Technologies)
Bu özelliği ile yüksek gerilim bileşenlerinin tasarımı farklılık göstermektedir. Şekil 3 5kV yarı iletken cihaz örneğini kullanarak etkiyi gösterir. Silikon söz konusu olduğunda, yarı iletken tasarımcılar, orta derecede iç arıza alanı nedeniyle nispeten kalın bir aktif bölge kullanmak zorunda kalıyorlar. Ek olarak, aktif alana yalnızca birkaç katkı maddesi dahil edilebilir, böylece yüksek seri direnç elde edilir (bkz. Şekil 1).
Şekil 3: SiC daha ince yarı iletken aktif bölgelere izin verir. (Kaynak: Infineon Technologies)
SiC'deki 10 kat daha yüksek arıza alanı sayesinde aktif bölge çok daha ince hale getirilebilir. Aynı zamanda çok daha fazla serbest taşıyıcı dahil edilebilir ve böylece önemli ölçüde daha yüksek bir iletkenlik elde edilebilir. Silisyum karbür durumunda MOSFET'ler veya Schottky diyotlar gibi hızlı anahtarlamalı tek kutuplu cihazlar ile IGBT'ler ve pn diyotlar gibi daha yavaş iki kutuplu yapılar arasındaki geçişin artık çok daha yüksek engelleme voltajlarına kaydığı söylenebilir.Şekil 4).
Şekil 4: SiC, geleneksel silikona göre daha yüksek engelleme voltajları sunar. (Kaynak: Infineon Technologies)
Veya tam tersi: 50V civarındaki düşük voltaj aralığında silikonla mümkün olan şey, SiC ile 1200V cihazlar için de mümkündür.
Sonuç
Dünya Bankası teknolojisindeki ilerlemeler ve silikon karbürün üstün malzeme özellikleri, bu cihazların daha hızlı anahtarlama, düşük anahtarlama kayıpları ve daha ince bir aktif bölge ile çalışmasına olanak tanır ve bu da daha yüksek verimlilik, daha yüksek anahtarlama frekansları ve daha iyi yer tasarrufu sağlayan tasarımlarla sonuçlanır. Sonuç olarak SiC MOSFET'ler, güç dönüştürme uygulamaları için geleneksel silikona göre tercih edilen seçenek haline geliyor.
Daha fazla bilgi için ziyaret edin: www.mouser.com
ELE Zamanları
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsYeni Tasarım Kiti Yeni Nesil Çiplerin Kapısını Açıyor
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsŞarj İstasyonları Hidrojen Üretimi ile Enerji Depolamayı Birleştirebilir
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInfineon Yeşil Tarımda Ekosistem Gelişimini Destekliyor
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsEn Yeni Samsung Galaxy Z Katlanabilir Cihazları Çıktı