Silikon, silikon karbida dan gallium nitrida

Di sebalik produk digital yang biasa digunakan dan kenderaan elektrik berteknologi tinggi, stesen pangkalan 5G, terdapat 3 bahan semikonduktor teras: silikon, silikon karbida dan galium nitride yang memandu industri. Mereka bukan alternatif untuk satu sama lain, mereka adalah pakar dalam satu pasukan, dan mempunyai usaha yang tidak dapat digantikan di medan perang yang berbeza. Memahami pembahagian buruh mereka, kita dapat melihat pokok pembangunan industri elektronik moden.

1.Silikon: Batu asas litar bersepadu

Silikon adalah raja semikonduktor yang tidak diragukan lagi, memerintah semua bidang pengkomputeran yang sangat bersepadu dan kompleks. CPU komputer, SOC mudah alih, pemproses grafik, memori, memori flash, dan pelbagai mikrokontroler dan cip logik digital, hampir semua dibina di atas asas silikon.

Mengapa silikon menguasai bidang ini

1) Ijazah bersepadu yang sangat baik

Silikon mempunyai sifat bahan yang hebat, ia boleh ditanam filem penebat SiO2 yang sempurna di permukaan melalui proses pengoksidaan haba. Harta ini adalah asas untuk membina transistor CMOS, mengintegrasikan berbilion -bilion walaupun sepuluh berbilion transistor pada sekeping kecil cip, untuk mencapai fungsi logistik kompleks yang melampau.

2) Proses matang dan kos rendah

Melalui lebih daripada setengah abad, proses silikon adalah hasil dari seluruh tamadun perindustrian manusia. Dari pemurnian, penarikan kristal, kepada fotolitografi, etsa, ia telah membentuk rantai industri yang matang dan besar, untuk menghasilkan kristal berkualiti tinggi dengan skala yang mengagumkan dan kos yang sangat rendah.

3) Keseimbangan yang baik

Silikon mencapai keseimbangan terbaik antara kekonduksian, kelajuan penukaran, kos pembuatan, dan prestasi terma. Walaupun ia mungkin tidak sepadan dengan prestasi bahan awalnya dalam prestasi yang melampau, ia cukup mencukupi dan pilihan yang paling ekonomik untuk mengendalikan isyarat digital dan operasi logik yang kompleks.

2.Silikon Carbide: Power Guardians di medan perang volt tinggi

SiC adalah bahan revolusi dalam bidang volt tinggi, kuasa tinggi. Ia digunakan terutamanya dalam "peranti kuasa" untuk penukaran dan kawalan kuasa. Seperti penyongsang utama, pengecas di papan, penukar DC-DC dalam kenderaan tenaga baru; Stesen penukar grid pintar, pemacu motor perindustrian, dan transit kereta api dalam industri dan grid kuasa; Inverter fotovoltaik dan penukar kuasa angin dalam industri penjanaan tenaga tenaga baru.

Mengapa sic sesuai untuk aplikasi voltan tinggi

1) Kekuatan medan elektrik yang sangat tinggi

Kekuatan medan elektrik kerosakan SIC adalah 10 kali lebih tinggi maka silikon. Ini bermakna membuat voltan yang sama menahan peranti, lapisan epitaxial SIC boleh menjadi lebih nipis, kepekatan doping boleh lebih tinggi, untuk mengurangkan rintangan peranti. Apabila rintangan menjadi lebih rendah, kehilangan tenaga dan penjanaan haba dapat dikurangkan dengan ketara apabila pengaliran.

2) Kekonduksian terma yang baik

Kekonduksian terma SIC adalah 3 kali silikon. Dalam aplikasi kuasa tinggi, pemanasan adalah "pembunuh atas". Peranti SIC boleh lebih cepat keluar pemanasan itu sendiri, untuk membolehkan kerja stabil sistem di bawah ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, atau memudahkan sistem pelesapan haba.

3) Kapasiti kerja suhu tinggi

Suhu kerja peranti silikon biasanya berada di bawah 175 ° C, manakala peranti SIC boleh stabil berfungsi di atas 200 ° C. Ini menjadikannya lebih dipercayai dalam persekitaran suhu tinggi dan keras, seperti sistem elektronik yang terletak berhampiran dengan enjin kereta.

3.Gallium nitride: perintis kelajuan di trek frekuensi tinggi

Kelebihan teras GAN berada pada frekuensi tinggi. Ia bersinar dalam dua bidang:

Elektronik kuasa frekuensi tinggi (Pengecasan Cepat): Aplikasi yang paling meluas pada masa ini, membolehkan kami menggunakan pengecas cepat GAN yang padat dan sangat cekap.

RF Front-End: Penguat kuasa dalam stesen asas komunikasi 5G dan sistem radar dalam industri pertahanan.

Mengapa Gan adalah raja prestasi frekuensi tinggi

1) Halaju drift ketepuan elektron yang sangat tinggi: Elektron bergerak sangat cepat dalam bahan GaN, yang bermaksud bahawa transistor dapat mencapai kelajuan beralih yang sangat tinggi. Untuk menukar bekalan kuasa, frekuensi beralih yang lebih tinggi membolehkan penggunaan kapasitor dan induktor yang lebih kecil dan lebih ringan, dengan itu membolehkan pengurangan pengecas.

Kekuatan medan elektrik kerosakan SIC adalah 10 kali lebih tinggi maka silikon. Ini bermakna membuat voltan yang sama menahan peranti, lapisan epitaxial SIC boleh menjadi lebih nipis, kepekatan doping boleh lebih tinggi, untuk mengurangkan rintangan peranti. Apabila rintangan menjadi lebih rendah, kehilangan tenaga dan penjanaan haba dapat dikurangkan dengan ketara apabila pengaliran.

3) Bandgap yang lebih luas: Sama seperti karbida silikon, GAN juga mempunyai bandgap yang luas, menjadikannya tahan terhadap suhu tinggi dan voltan tinggi, dan lebih kuat daripada silikon.