Einleitung: Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC) weisen hervorragende physikalische Materialeigenschaften für Halbleiter der dritten Generation auf und bieten damit großes Potenzial zur Leistungssteigerung von Leistungselektronikbauteilen. Als grundlegendste Halbleiterkomponente von Stromversorgungssystemen haben SiC-Leistungshalbleiter die Leistungs- und Energieeffizienz in einer Vielzahl militärischer und ziviler Anwendungsbereiche, wie z. B. Elektrofahrzeuge, Hochgeschwindigkeitszüge, Netzanschlüsse für Solar- und Windenergie, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), elektromagnetische Abschirmung und weitere, deutlich verbessert und sich zu einem Favoriten auf dem Markt für neue Energien entwickelt.    
           

Chat vor Beginn

Die Bedeutung von Halbleiterbauelementen der dritten Generation liegt in ihrer Fähigkeit, Leistung und Effizienz zu steigern und gleichzeitig die Größe zu reduzieren – ein Aspekt, der nicht außer Acht gelassen werden kann. China schenkt dem Halbleitersektor zunehmend mehr Aufmerksamkeit, und auch der Kapitalmarkt beginnt, diesem Thema Beachtung zu schenken. Insbesondere im Zuge des anhaltenden Handelskriegs ist sich jeder der Bedeutung der unabhängigen Produktion von Leistungshalbleitern noch bewusster geworden. Wie die notwendige Ausrüstung in einem Spiel, die für die Entwicklung von Artefakten unerlässlich ist, sind Leistungshalbleiter ein unverzichtbares Thema. Inzwischen haben sich in China bereits einige dynamische Teams im Bereich der Halbleiterbauelemente der dritten Generation etabliert. Eines dieser Unternehmen, die Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter mit exzellenter Leistung herstellt, ist Pinejie.  
Lassen Sie uns formell über die Aspekte der hervorragenden Leistung von SiC sprechen.  
           

Verlustwert des Leistungsgeräts

Der wichtigste Indikator für die Leistungsfähigkeit eines Leistungsgeräts ist nichts anderes als sein Gesamtverlust, der sich aus zwei Teilen zusammensetzt. Der eine istLeitungsverlust(Leitungsverlust) Einer istSchaltverluste(Schaltverluste). Anders ausgedrückt: Je geringer die Verluste, desto höher der Wirkungsgrad. Dies führt zu kleineren Abmessungen, höherem Wirkungsgrad und geringerem Gewicht, was den Anforderungen moderner Anwendungen besser entspricht. Ein wichtiger Grund dafür, dass Tesla den Preis des Model 3 auf rund 250,000 Euro senken konnte, ist beispielsweise die Verwendung einer SiC-Lösung. Diese verbesserte die Batterieleistung, reduzierte Größe und Gewicht und senkte somit weitere Kosten.

Um Anwendungsanbietern und Kapitalgebern zu helfen, zu verstehen, wie Leistungshalbleiterbauelemente und ihre wichtigsten Parameter in der Branche verglichen und bewertet werden, werden wir jedes einzelne horizontal vergleichen und im Folgenden kurz auf die technischen Vor- und Nachteile der SiC-MOSFET-Bauelementeprodukte der einzelnen Unternehmen eingehen.  
           

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Bei älteren Leistungselektronikanwendungen spielt aufgrund der niedrigen Schaltfrequenz der Leitungsverlust eine dominierende Rolle. Ein Pionier dieser Branche und Mitglied der National Academy of SciencesProfessor Jayant B. Baliga(im Folgenden als Bashen bezeichnet) Bereits 1989 wurde ein Qualitätsfaktor zur Bewertung der Leitungsverluste von Leistungshalbleitern vorgeschlagen.

(siehe [i]), ε, wobei die Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials und μ die Elektronenbeweglichkeit ist,E_CDie Durchbruchfeldstärke (BFM) wird als Durchbruchfeldstärke bezeichnet. Nach Bashens Formel beträgt die BFM von SiC 231 Einheiten, wenn man den BFM-Faktor von Silizium als Einheit annimmt. Was bedeutet das? Es zeigt, dass der Durchlasswiderstand von SiC-Materialien bei der Herstellung von Leistungshalbleitern (MOSFETs, Schottky-Dioden usw.) mit derselben hohen Spannung 230-mal geringer ist! Das bedeutet, dass die Leitungsverluste von SiC-Bauelementen bei gleichem Strom 230-mal geringer sind als die von Silizium-Bauelementen! Die normierte BFM von GaN relativ zu Silizium beträgt 2097 und die von Ga₂O₃ 6170! Zusammengefasst, und zwar für Laien verständlich, sagte Ba Shen dies bereits in den 1980er Jahren voraus.Die Zukunft der Leistungshalbleiter muss von Halbleitern mit großer Bandlücke dominiert werden.!
 

 

Bild i
 
 

Jayant B. Baliga   
Mit der Entwicklung der Leistungselektronik in den letzten 20 Jahren hat man festgestellt, dass höhere Schaltfrequenzen den Einsatz passiver Bauelemente wie Kondensatoren und Induktivitäten im Schaltkreis reduzieren und somit Volumen und Gewicht des Systems verringern können. Allerdings steigen mit zunehmender Systemfrequenz auch die Schaltverluste der Leistungshalbleiter, und Kosten und Volumen des benötigten Kühlsystems erhöhen sich entsprechend. Daher lässt sich das System durch eine weitere Frequenzerhöhung nicht wesentlich optimieren. Ein anderer bekannter Professor,Alex Q. HuangIm Jahr 2004 wurde ein Qualitätsfaktor vorgeschlagen, der die Leitungsverluste und Schaltverluste des Bauelements umfassend bewertet.

(siehe [ii]), wobei R_ds,onist der Einschaltwiderstand des Bauelements, der proportional zum Leitungsverlust Q ist._gdEs handelt sich um die im Gate-Drain-Miller-Kondensator des Bauelements gespeicherte Ladung, die proportional zum Schaltverlust ist. Gleichzeitig gilt aufgrund von R_ds,onQ ist umgekehrt proportional zur Gerätefläche._gdDas Produkt ist proportional zur Gerätefläche und kompensiert deren Einfluss (bzw. die Kosten) und zeigt den Gesamtverlust des Geräts im Hochfrequenzbetrieb an. Vereinfacht ausgedrückt: Je kleiner der HDFM-Gütefaktor, desto besser die Gesamtqualität des Geräts.Je geringer der Verlust, desto höher der Wirkungsgrad. !
 
 

Alex Q. Huang  
Mit dieser Methode wollen wir die Produktleistung der wichtigsten SiC-MOSFET-Anbieter auf dem Markt vergleichen:
     

Fabrik	Infineon	Italienisches Recht	Corey	Roma	Kiefernhäher	Eine einheimische Marke
Origin	Europa	Europa	USA	Japan	China, Kambodscha	China, Kambodscha
Technologieplattform	erste Generation von Gräben	Flugzeug der zweiten Generation	Flugzeug der dritten Generation	Graben der dritten Generation	Flugzeug der dritten Generation	Nein? Generationsflugzeug
Rds,on (m?)	90	60	75	80	80	80
Qgd (nC)	5	35	20	25	9.3	54
	21.2	45.8	38.7	44.7	27.3	65.7
Normalisiertes HDFM	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*Die obigen Daten stammen aus einem öffentlich im Internet herunterladbaren Datenblatt.

Lassen Sie uns zunächst anhand dieser Vergleichstabelle Schlussfolgerungen ziehen.Im Bereich der planaren MOS-Technologie sind die Produkte von Pinejie Semiconductor als einheimische Marke bereits weltweit führend und stehen der Trench-MOS-Technologie mit ihren komplexen Prozessen sehr nahe!Unter idealen Bedingungen, bei gleichem Anwendungsszenario, wenn Infineons neuestes CoolSiC-Gerät als Referenz dient und der Gesamtstromverbrauch des Geräts mindestens 10 W beträgt, liegt der Stromverbrauch des SiC-MOSFET von Penjie bei 12.9 W, der Stromverbrauch der Produkte von Kerui bei 18.3 W, der Stromverbrauch von STMicroelectronics und Rohm bei etwa 21 W und der Stromverbrauch einer einheimischen Marke bei 31 W.

Fazit

Angetrieben durch die Elektrifizierung von Transportfahrzeugen, neue Infrastrukturprojekte und weitere Vorhaben, werden Siliziumkarbid-Bauelemente im strategischen Fokus großer Kraftwerke stehen. Tesla kooperiert eng mit STMicroelectronics, und Volkswagen setzt auf Corey… Kraftwerke, die die neueste Technologie und Produktionskapazität von SiC-Leistungshalbleitern nutzen, werden sich unvergleichliche strategische Vorteile sichern.

Hinweis: Dieser Artikel ist ein Auszug aus „Dreieinhalb Generationen von Alchemisten“, das den Schutz geistigen Eigentums unterstützt. Bitte geben Sie die Originalquelle und den Autor des Nachdrucks an. Sollten Urheberrechte verletzt worden sein, kontaktieren Sie uns bitte, damit wir den entsprechenden Text entfernen können.

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