New-Tech Magazine | Jan 2021 | Digital Edition

מוליכים למחצה בעלי מרווח פס רחב פותחיםהזדמנויותחדשות בהמרתהספק ובקרתמנועים באנרגיה גבוהה

מארק פטריק, מאוזר אלקטרוניקס

הנה גורם המצביע על מהירות תנועת האלקטרונים דרך המוליך למחצה המורכב, ומדגיש את ההבדלים בין סיליקון הקרביד , והיישומים שלהם הם מתאימים. GaN ל- סמ"ר/ 2,000 מציג ניידות חשמלית של GaN סמ"ר/וולט*שנייה 1,500 וולט*שנייה לעומת עבור סיליקון. ואולם, סיליקון הקרביד הוא בעל ניידות איטית הרבה יותר, המתקרבת סמ"ר/וולט*שנייה, ובשל כך הוא 650- ל פחות מתאים ליישומי מיתוג במהירות גבוהה. לעומת זאת, הניידות החשמלית של גליום הקרביד מהירה פי שלוש לעומת סיליקון הקרביד, ולכן הוא מתאים לעבודה בתדירויות מיתוג גבוהות יותר. מאפיין פיזיקלי נוסף המשפיע על המרת הספק גבוהה ויישומי הנעת מנועים הוא מוליכות חום (מוליכות תרמית). חובה לפנות את החום שנוצר בתוך המכשיר החוצה ביעילות המרבית. מדד המוליכות התרמית מדגיש את המידה שבה החומר יעיל בהולכת החום דרך עצמו. במקרה הזה, נופל במעט מזה GaN כושר הולכת החום של היתרונות הטכניים של מכשירי מרווח פס רחב

יחסית הם בדרך כלל מוליכים למחצה, ואלה בעלי מרווח פס גבוה הם מבודדים. לדוגמה, סיליקון הוא חומר בעל מאפיין אלקטרון וולט, בעוד 1.1 מרווח פס של וסיליקון הקרביד ערכי מרווח פס GaN של- אלקטרון וולט. עם 3.4 עד 3.2 דומים, של מרווח פס לפחות פי שלוש מזה של סיליקון, MOSFET מוליכים למחצה להספק כגון המיוצרים מחומרי מתאימים יותר JFET ו- ליישומי מתח גבוה כגון דרייברים למנועים ומעגלי מיתוג. ערכי מרווח פס גבוהים גורמים לזרמי זליגה נמוכים יותר, ומדד מהירות רוויית אלקטרונים גבוה מאפשרת פעולה בתדירויות מיתוג גבוהות. הבדלים חשמליים אחרים בין סיליקון GaN סיליקון הקרביד ו- WBG חומרי כוללים מתח פריצה גבוה יותר באופן משמעותי, ודרגה גבוהה של ניידות חשמלית. מגה- 0.3- מתח הפריצה של סיליקון הוא כ מגה-וולט/ס"מ 3.5- וולט/ס"מ בהשוואה ל מגה-וולט/ס"מ 3.3- עבור סיליקון הקרביד, ו . הדבר ממחיש כי מכשירי מרווח GaN עבור פס רחב מציגים מאפיין מתח פריצה של לפחות פי עשר טוב יותר לעומת הסיליקון. הניידות החשמלית (ניידות אלקטרונים),

פעם לפעם, מגזר מסוים בתעשיית האלקטרוניקה משיגה התקדמות טכנולוגיתמשמעותיתבזכותשניםשל מחקר וחדשנות. לאחרונה היה תורה של מגזר ) power electronics אלקטרוניקת ההספק ( ליהנות מחידושים בטכנולוגיית תהליכי המוליכים למחצה, שהובילו להתפתחויות WBG – wide במכשירי מרווח פס רחב ( ). במשך עשרות שנים, סיליקון band gap (צורן) היה החומר הדומיננטי שנבחר לייצור מוליכים למחצה. ואולם, מחקר שנערך על חומרי מוליכים למחצה מורכבים אחרים, ) וגליום ניטריד SiC ובפרט סיליקון קרביד ( ), העניק חיות חדשה ליישומי המרת GaN ( הספק והנעת מנועים עם מכשירי מוליכים למחצה יעילים יותר, קטנים יותר וחזקים יותר המביאים שיפור משמעותי בביצועים. בפיזיקה של המוליכים למחצה, מרווח פס הנו טווח אנרגיה במוצק, בין פס ערכות ) לפס הולכה, שאין בו מצבים valence band ( חשמליים. מעבר על פני המרווח דורש מהאלקטרון להיות בעל אנרגיה מספקת, ,) eV הנמדדת ביחידות של אלקרטון וולט ( כדי להגיע להולכה ולחולל זרם חשמלי. חומרים בעלי תכונות מרווח פס נמוכות מ

New-Tech Magazine l 48