Uued materjalid parandavad MOSFETi jõudlust
Jäta sõnum
MOSFETi põhiprintsiibid ja väljakutsed
MOSFET on väljatransistor, mis tugineb pinge juhtimisele ja mida kasutatakse laialdaselt sellistes valdkondades nagu toitehaldus, mootori juhtimine, signaali võimendamine jne. Seoses kasvava nõudlusega elektroonikaseadmete võimsustiheduse, lülituskiiruse ja tõhususe järele on piirangud. Traditsioonilised MOSFET-id materjalides ja protsessides muutuvad üha ilmsemaks, mis avaldub peamiselt järgmiselt:
Resistentsuse vähendamise raskused:Traditsioonilised ränipõhised MOSFET-id seisavad silmitsi suurema raskusega takistuse vähendamisel, vähendades samas suurust, mis piirab nende jõudlust suure võimsusega ja kõrgsageduslike rakenduste puhul.
Vastuolu rõhukindluse ja soojuse hajumise jõudluse vahel:Rõhukindluse parandamisel on soojuse hajumise tagamine muutunud väljakutseks, eriti kõrgsageduslikes ja kõrgetemperatuurilistes töökeskkondades, kus traditsiooniliste materjalide nõudeid on raske täita.
Uute materjalide kasutusala ja eelised
Seistes silmitsi traditsiooniliste MOSFET-ide väljakutsetega, on uute materjalide kasutuselevõtt toonud uusi lahendusi jõudluse parandamiseks, sealhulgas peamiselt järgmiste materjalide jaoks:
Ränikarbiid (SiC)
Ränikarbiidil on suurepärased omadused, nagu lai ribalaius, kõrge soojusjuhtivus ja suur läbilöögivõimeline elektrivälja tugevus, mistõttu ränikarbiidil põhinevad MOSFET-id toimivad hästi kõrge temperatuuri, kõrgepinge ja kõrgsageduslike rakenduste puhul. Võrreldes traditsiooniliste ränipõhiste MOSFETidega, on SiC MOSFETidel järgmised eelised:
Madalam takistus:SiC MOSFET-id võivad kõrgematel pingetel saavutada väiksema takistuse, vähendades seeläbi võimsuskadu.
Suurepärane soojuse hajumise jõudlus:SiC materjali kõrge soojusjuhtivus võimaldab seadmel kõrge temperatuuri tingimustes paremat soojuse hajumist, mistõttu see sobib suure võimsusega rakendusteks.
Suurepärane kõrgsageduslik jõudlus:SiC MOSFET-il on väikesed lülituskaod ja see sobib kõrgsageduslike jõuelektroonika rakenduste jaoks, nagu inverterid ja DC-DC muundurid.
Galliumnitriid (GaN)
Galliumnitriid kui kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjal on pälvinud palju tähelepanu tänu oma laiale ribalaiusele, suurele elektronide liikuvusele ja suurele elektrivälja tugevusele. GaN MOSFETil on SiC-ga võrreldes ainulaadsed jõudluse eelised:
Kiirem kõrgsageduslik reaktsioon:GaN MOSFETil on kiirem lülituskiirus kui SiC-l, mistõttu sobib see kiirete sideseadmete ja kõrgsageduslike võimsusmuundurite jaoks.
Seadme väiksem suurus:Tänu GaN materjali suurele läbilöögi elektrivälja tugevusele saab GaN MOSFETi sama vastupidavuspinge all väiksemaks muuta, mis aitab saavutada kompaktsema vooluahela disaini.
Kõrgem energiatõhusus:Kõrgsageduslikes rakendustes on GaN MOSFET-idel väiksemad lülituskaod ja üldiselt kõrgem energiatõhusus, mistõttu need sobivad eriti hästi kasutamiseks elektrisõidukites ja olmeelektroonikas.
Galliumoksiid (Ga2O3)
Tekkiva ülilaia ribalaiusega materjalina on galliumoksiid näidanud suurt potentsiaali. Ga2O3 laiem ribalaius muudab selle suure potentsiaaliga kasutamiseks kõrgrõhu ja kõrge temperatuuriga väljadel.
Ülikõrge pingetakistus:Ga2O3 MOSFET võib töötada ülikõrgete elektriväljade all, mistõttu sobib ülikõrgepinge jõuelektroonika rakenduste jaoks.
Madala hinnaga potentsiaal:Võrreldes SiC ja GaN-ga on Ga2O3 materjalil suurem kulupotentsiaal ja sellest peaks tulevikus saama ökonoomne lahendus kõrgepingeseadmetele.
MOSFETide uute materjalide rakenduse olek ja tulevased suundumused
Tururakenduse olek
SiC MOSFETe on laialdaselt kasutatud sellistes valdkondades nagu elektrisõidukid, elektrivõrgud ja tööstuslik juhtimine. Eriti elektrisõidukites aitab SiC MOSFETide kõrge efektiivsus ja kõrge pingetakistus parandada aku kasutamise tõhusust ja üldist vastupidavust. GaN MOSFETid toimivad hästi kiirlaadimisseadmetes ja kõrgsageduslikes sideväljades. Selle rakendamine sellistes valdkondades nagu 5G tugijaamad ja satelliitside laieneb järk-järgult. Kuigi galliumoksiidi MOSFET-id on endiselt uurimis- ja arendusjärgus, on nende potentsiaali laialdaselt tunnustatud.
Tuleviku arengusuunad
Uue materjalitehnoloogia pideva arenguga paraneb MOSFET-seadmete jõudlus jätkuvalt. Tulevased arengusuunad võivad hõlmata järgmist:
Mitme materjali koostöörakendus:Erinevatest materjalidest valmistatud MOSFET-id kasutavad oma eeliseid erinevates rakendusstsenaariumides, moodustades täiendavaid efekte. Näiteks võivad SiC ja GaN MOSFET-id töötada koos kõrgepinge- ja kõrgsagedusrakendustes.
Seadme integreerimine:Tehnoloogia arenguga muutuvad trendiks multifunktsionaalsed integreeritud MOSFET-seadmed, mis integreerivad erinevad materjalid ja seadmete omadused ühte kiibi, et saavutada tõhusam võimsuse muundamine ja haldamine.
Uute materjalide pidev uurimine:Lisaks olemasolevatele SiC-le, GaN-ile ja Ga2O3-le võib tulevikus avastada ja rakendada veel uusi materjale, nagu teemant, ülilaia ribalaiusega oksiidid jne, mis veelgi edendavad MOSFET-tehnoloogia arengut.
http://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/irlml2246trpbf.html
