نیترید گالیومترانزیستورها وکاربید سیلیکونMOSFET یک نیمه‌رسانای قدرت نوظهور در دو یا سه سال گذشته است. در مقایسه با نیمه‌رساناهای قدرت سیلیکونی سنتی، آنها ویژگی‌های بسیار خوبی دارند: ولتاژ تحمل بالا، مقاومت در حالت روشن کوچک، پارامترهای پارازیتی کوچک و غیره. آنها همچنین ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند: پارامترهای پارازیتی بسیار کوچک و سرعت سوئیچینگ بسیار سریع ترانزیستورهای گالیوم نیترید، آنها را به ویژه برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب می‌کند. درایو آسان و قابلیت اطمینان بالای MOSFET سیلیکون کاربید، آن را برای منابع تغذیه سوئیچینگ با کارایی بالا مناسب می‌کند.

این مقاله بر اساس محصولات ترانزیستور گالیوم نیترید و ماسفت سیلیکون کاربید شرکت Infineon نوشته شده است و مقدمه‌ای مفصل در مورد ساختار، ویژگی‌ها و تفاوت‌های کاربردی بین این دو ارائه می‌دهد.      
ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید، به عنوان دوقلوهای بی‌نظیر نسل سوم نیمه‌رساناهای قدرت، به طور فزاینده‌ای توجه صنعت، به ویژه مهندسان برق را به خود جلب می‌کنند. دلیل توجه زیاد مهندسان برق به این دو نیمه‌رسانای قدرت، مزایای بسیاری است که مواد آنها در مقایسه با مواد سیلیکونی سنتی دارد، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. پهنای باند بزرگتر و قدرت میدان بحرانی بالاتر مواد گالیوم نیترید و سیلیکون کاربید، نیمه‌رساناهای قدرت مبتنی بر این دو ماده را دارای ویژگی‌های عالی مانند ولتاژ تحمل بالا، مقاومت کم در حالت روشن و پارامترهای انگلی کوچک می‌کند. هنگامی که در زمینه منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می‌شود، مزایای تلفات کم، فرکانس کار بالا و قابلیت اطمینان بالا را دارد که می‌تواند راندمان، چگالی توان و قابلیت اطمینان منبع تغذیه سوئیچینگ را تا حد زیادی بهبود بخشد.      
          شکل ۱: مقایسه خواص کلیدی سیلیکون، کاربید سیلیکون و نیترید گالیم
با توجه به ویژگی‌های عالی فوق، ترانزیستورهای نیترید گالیوم و ماسفت‌های کاربید سیلیکون به طور فزاینده‌ای در زمینه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در مقیاس بزرگتری نیز مورد استفاده قرار خواهند گرفت. شکل 2 زمینه‌های کاربرد و پیش‌بینی‌های فروش این دو نیمه‌رسانای قدرت را که توسط IHS Markit ارائه شده است، نشان می‌دهد. با گسترش زمینه‌های کاربرد، فروش ترانزیستورهای نیترید گالیوم و ماسفت‌های کاربید سیلیکون نیز به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت. شکل 3 پیش‌بینی فروش این دو نیمه‌رسانای قدرت است که توسط IHS Markit ارائه شده است.      
      شکل 2: زمینه‌های کاربرد و پیش‌بینی فروش ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید
      شکل 3: پیش‌بینی فروش ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید
در فصل دوم این مقاله، ساختار و ویژگی‌های ترانزیستورهای گالیوم نیترید به تفصیل معرفی خواهد شد. در فصل سوم، ساختار و ویژگی‌های ماسفت سیلیکون کاربید به تفصیل معرفی خواهد شد. در فصل چهارم، یک تحلیل مقایسه‌ای بر روی استفاده از این دو نیمه‌هادی قدرت در یک مدار انجام خواهد شد تا شباهت‌ها و تفاوت‌های کاربردهای آنها به طور واضح‌تری توضیح داده شود. در نهایت، متن کامل خلاصه خواهد شد.      
             ساختار و ویژگی‌های ترانزیستور گالیوم نیترید          

ساختار ترانزیستور گالیوم نیترید

برخلاف نیمه‌هادی‌های قدرت ساخته شده از سیلیکون، ترانزیستورهای نیترید گالیوم، الکتریسیته را از طریق یک گاز الکترونی دو بعدی (2DEG) که توسط اثر پیزوالکتریک دو ماده با شکاف‌های باندی متفاوت (معمولاً AlGaN و GaN) در سطح مشترک تشکیل شده است، هدایت می‌کنند، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. از آنجایی که گاز الکترونی دو بعدی فقط الکتریسیته را با غلظت بالای الکترون‌ها هدایت می‌کند، مشکلی در نوترکیبی حامل‌های اقلیت (یعنی بازیابی معکوس دیود بدنه) در MOSFET سیلیکونی وجود ندارد.      
      شکل ۴: نمودار شماتیک از اصل رسانایی نیترید گالیوم
ساختار ترانزیستور پایه نیترید گالیوم که در شکل 4 نشان داده شده است، یک ترانزیستور با تحرک الکترونی بالا (HEMT) در حالت تخلیه است، به این معنی که وقتی هیچ ولتاژی بین گیت و سورس اعمال نمی‌شود (VGS=0V)، درین ترانزیستور نیترید گالیوم و قطعه رسانا هستند، یعنی یک قطعه در حالت عادی روشن است. این کاملاً با سوئیچ‌های قدرت سنتی MOSFET یا IGBT که در حالت عادی بسته هستند و استفاده از آنها برای کاربردهای صنعتی، به ویژه در زمینه منابع تغذیه سوئیچینگ، بسیار دشوار است، متفاوت است. برای مقابله با این مشکل، صنعت معمولاً دو راه حل دارد. یکی استفاده از ساختار کاسکود و دیگری اضافه کردن نیترید گالیوم نوع P به گیت برای تشکیل یک ترانزیستور حالت افزایشی (در حالت عادی بسته) است. ساختار این دو در شکل 5 نشان داده شده است.      
      شکل ۵: دو ساختار از ترانزیستورهای گالیوم نیترید
نیترید گالیوم در ساختار آبشاری، نیترید گالیوم از نوع تخلیه‌ای است که با یک MOSFET سیلیکونی ولتاژ پایین آبشاری شده است. مزیت این ساختار این است که درایو آن دقیقاً مشابه MOSFET سیلیکونی سنتی است (زیرا یک MOSFET سیلیکونی را هدایت می‌کند). با این حال، این ساختار کاستی‌های بزرگی نیز دارد. اولاً، MOSFET سیلیکونی دارای یک دیود بدنه است. هنگامی که نیترید گالیوم جریان را در جهت معکوس هدایت می‌کند، مشکل بازیابی معکوس دیود بدنه وجود دارد. ثانیاً، درین MOSFET سیلیکونی به سورس نیترید گالیوم حالت تخلیه‌ای متصل است. در طول روشن و خاموش کردن MOSFET سیلیکونی، نوسان بین درین و سورس، نوسان بین سورس و گیت نیترید گالیوم است. از آنجایی که این نوسان اجتناب‌ناپذیر است، این احتمال وجود دارد که ترانزیستور نیترید گالیوم به اشتباه روشن و خاموش شود. در نهایت، از آنجایی که دو دستگاه قدرت به صورت آبشاری به هم متصل شده‌اند، امکان کاهش بیشتر مقاومت روشن کل دستگاه نیترید گالیوم محدود است.      
با توجه به مشکلات فوق در ساختار آبشاری، فناوری اصلی ترانزیستورهای گالیوم نیترید در صنعت نیمه‌هادی‌های قدرت، ترانزیستورهای گالیوم نیترید حالت بهبود یافته است. به عنوان مثال، ترانزیستور گالیوم نیترید CoolGaN از شرکت Infineon Technologies Co., Ltd. ساختار دقیق آن در شکل 6 نشان داده شده است.      
      شکل 6: نمودار شماتیک ساختار CoolGaN
همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، محصولات ترانزیستور نیترید گالیم فعلی در صنعت دارای ساختار مسطح هستند، یعنی منبع، گیت و درین در یک صفحه قرار دارند که با ساختار عمودی MOSFET سیلیکونی که توسط فناوری Super Junction نشان داده شده است، متفاوت است. ساختار P-GaN در زیر گیت، ترانزیستور نیترید گالیم حالت بهبود یافته را که قبلاً توضیح داده شد، تشکیل می‌دهد. ساختار p-GaN دیگر در کنار درین، برای حل مشکل فروپاشی جریان است که اغلب در ترانزیستورهای نیترید گالیم رخ می‌دهد. زیرلایه محصولات CoolGaN شرکت Infineon Technologies از مواد سیلیکونی استفاده می‌کند که می‌تواند هزینه مواد ترانزیستورهای نیترید گالیم را تا حد زیادی کاهش دهد. از آنجایی که ضرایب انبساط حرارتی مواد سیلیکونی و مواد نیترید گالیم بسیار متفاوت هستند، لایه‌های انتقال زیادی بین زیرلایه و GaN اضافه می‌شود تا اطمینان حاصل شود که ترانزیستور نیترید گالیم در شرایط کاری شدید مانند چرخه‌های دمای بالا و پایین و شوک‌های دمای بالا و پایین، مشکلات خرابی مانند لایه لایه شدن ویفر را تجربه نخواهد کرد.      
       

ویژگی‌های ترانزیستورهای گالیوم نیترید

بر اساس ساختار نشان داده شده در شکل 6، CoolGaN ویژگی‌های نشان داده شده در جدول 1 و مزایای آن را دارد.      
      جدول 1: ویژگی‌های CoolGaN و مزایای آن
از ویژگی‌های نشان داده شده در جدول 1، می‌توان دریافت که ترانزیستورهای گالیوم نیترید دیود بدنه ندارند اما همچنان می‌توانند جریان معکوس را هدایت کنند، بنابراین برای مدارهایی که نیاز به جریان معکوس سوئیچ قدرت دارند و کموتاسیون سخت خواهند داشت، مانند PFC بدون پل قطب توتم در حالت جریان پیوسته (CCM)، که می‌تواند به قابلیت اطمینان و راندمان بسیار بالایی دست یابد، بسیار مناسب هستند. نمودار توپولوژی مدار در شکل 7 نشان داده شده است. در شکل، Q1 و Q2 ترانزیستورهای گالیوم نیترید و Q3 و Q4 ماسفت‌های سیلیکونی هستند.      
      شکل 7: نمودار شماتیک توپولوژی PFC قطب توتم با استفاده از ترانزیستورهای گالیوم نیترید
از جدول 1، همچنین می‌توانیم بفهمیم که نیترید گالیوم سرعت سوئیچینگ بسیار سریع و تلفات راه‌انداز کمی دارد، بنابراین برای کاربردهای فرکانس بالا بسیار مناسب است. منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا که از ترانزیستورهای نیترید گالیوم استفاده می‌کنند، مزایای چگالی توان بالا و راندمان بالا را دارند. شکل 8 یک مبدل DC-DC با توپولوژی LLC با ظرفیت 3.6 کیلووات را نشان می‌دهد. فرکانس رزونانس LLC برابر با 350 کیلوهرتز است. چگالی توان مبدل به 160 وات بر اینچ مکعب می‌رسد و حداکثر راندمان آن از 98 درصد فراتر می‌رود.      
      شکل 8: مدار تبدیل LLC با توان 3.6 کیلووات با استفاده از CoolGaN
از تحلیل فوق می‌توان دریافت که ترانزیستورهای گالیوم نیترید برای کاربردهایی که نیاز به راندمان بالا، فرکانس بالا و چگالی توان بالا دارند، مناسب هستند.      
             ساختار و ویژگی‌های MOSFET سیلیکون کاربید          

ساختار MOSFET سیلیکون کاربید

ساختار یک MOSFET سیلیکون کاربید مسطح رایج در شکل 9 نشان داده شده است. به منظور کاهش مقاومت کانال، این ساختار معمولاً با یک لایه اکسید گیت بسیار نازک طراحی می‌شود که خطرات قابلیت اطمینان را برای لایه اکسید گیت در ولتاژهای ورودی گیت بالاتر به همراه دارد. برای حل این مشکل، محصول MOSFET سیلیکون کاربید CoolSiC از ساختار گیت متفاوتی استفاده می‌کند که MOSFET سیلیکون کاربید سنگری نامیده می‌شود. ساختار گیت آن در شکل 10 نشان داده شده است. پس از اتخاذ این ساختار، مقاومت کانال MOSFET سیلیکون کاربید دیگر ارتباط قوی با لایه اکسید گیت ندارد، بنابراین مقاومت روشن همچنان می‌تواند بسیار کم باشد و در عین حال قابلیت اطمینان و امکان‌سنجی بالای گیت را تضمین کند.      
      شکل 9: نمودار ساختاری شماتیک MOSFET کاربید سیلیکون مسطح
      شکل 10: ساختار دریچه ترانشه CoolSiC
       

ویژگی‌های MOSFET سیلیکون کاربید

مشابه ترانزیستورهای گالیوم نیترید، ماسفت‌های سیلیکون کاربید نیز دارای ویژگی‌های مقاومت روشن کوچک و پارامترهای پارازیتی کوچک هستند. علاوه بر این، ویژگی‌های دیود بدنه آنها نیز در مقایسه با ماسفت‌های سیلیکونی بسیار بهبود یافته است. شکل 11 مقایسه‌ای از دو شاخص اصلی RDS(on)*Qrr و RDS(on)*Qoss مربوط به ماسفت‌های سیلیکون کاربید مقاوم در برابر ولتاژ 650 ولت CoolSiC و CoolMOS CFD7 شرکت Infineon است، ماسفت‌های قدرت سیلیکونی با بهترین عملکرد دیود بدنه در صنعت. اولی شاخصی است که ویژگی‌های بازیابی معکوس دیود بدنه را اندازه‌گیری می‌کند و دومی شاخصی است که میزان بار ذخیره شده روی خازن خروجی ماسفت را اندازه‌گیری می‌کند. هرچه مقادیر این دو مورد کوچکتر باشد، ویژگی‌های بازیابی معکوس بهتر و بار ذخیره شده کمتر است (در توپولوژی سوئیچینگ نرم، منطقه مرده مورد نیاز برای لوله‌های قدرت بالا و پایین ساختار نیم پل کوتاه‌تر است). می‌توان مشاهده کرد که در مقایسه با MOSFET های سیلیکونی با مقاومت روشن مشابه، بار بازیابی معکوس MOSFET سیلیکون کاربید تنها حدود ۱/۶ و بار خازن خروجی تنها حدود ۱/۵ است. بنابراین، MOSFET سیلیکون کاربید به ویژه برای توپولوژی‌هایی که دیود بدنه به سختی خاموش می‌شود (مانند PFC بدون پل قطب توتم حالت پیوسته جریان) و توپولوژی‌های سوئیچینگ نرم (LLC، پل کامل با تغییر فاز و غیره) مناسب است.      
ماسفت‌های سیلیکون کاربید همچنین یک ویژگی برجسته دارند: قابلیت اتصال کوتاه. در مقایسه با ماسفت سیلیکونی، زمان اتصال کوتاه به میزان قابل توجهی بهبود یافته است که برای کاربردهای درایو موتور مانند اینورترها بسیار مهم است. شکل 12 نمودار مقایسه‌ای قابلیت‌های اتصال کوتاه CoolSiC و CoolMOS را نشان می‌دهد. از شکل می‌توان دریافت که CoolSiC به ویژگی‌های عالی مانند زمان اتصال کوتاه طولانی و جریان اتصال کوتاه کوچک دست می‌یابد و قابلیت اطمینان آن در شرایط اتصال کوتاه به میزان قابل توجهی بهبود یافته است.      
      شکل 11: مقایسه عملکرد MOSFET سیلیکون کاربید و MOSFET سیلیکونی
      شکل ۱۲: مقایسه قابلیت‌های اتصال کوتاه MOSFET های سیلیکون کاربید
فصل 3 ساختارها و ویژگی‌های مربوط به ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید را معرفی می‌کند. در ادامه پارامترها و مدارهای واقعی بین این دو مقایسه خواهد شد.      
             مقایسه ماسفت‌های گالیوم نیترید و سیلیکون کاربید          

مقایسه پارامترهای الکتریکی

جدول 2 ترانزیستور گالیوم نیترید CoolGaN و ماسفت سیلیکون کاربید CoolSiC را نشان می‌دهد و پارامترهای کلیدی این دو نیمه‌رسانای قدرت را با هم مقایسه می‌کند.      
      جدول 2: مقایسه پارامترهای کلیدی CoolGaN و MOSFET سیلیکون کاربید CoolSiC
از جدول 2، می‌توانیم ببینیم که پارامترهای دینامیکی ترانزیستورهای گالیوم نیترید کمتر از MOSFETهای سیلیکون کاربید هستند. بنابراین، تلفات سوئیچینگ ترانزیستورهای گالیوم نیترید کمتر از MOSFETهای سیلیکون کاربید است و مزایای آنها در فرکانس‌های کاری بالا آشکارتر خواهد بود. هنگامی که جریان در جهت مخالف (سورس به درین) جریان می‌یابد، افت ولتاژ ترانزیستور گالیوم نیترید به ولتاژ درایو گیت به سورس آن مربوط می‌شود. اینکه کدام یک بالاتر و کدام یک پایین‌تر است، باید با توجه به شرایط کاربرد مقایسه شود. برای آخرین ولتاژ آستانه Vgs(th)، مقدار ترانزیستور گالیوم نیترید بسیار کوچک است، به این معنی که باید توجه زیادی به طراحی درایو ترانزیستور گالیوم نیترید شود. اگر نویز روی گیت زیاد باشد، ممکن است باعث شود ترانزیستور گالیوم نیترید به طور تصادفی روشن شود. در عین حال، CoolGaN یک حالت درایو از نوع جریان است که با درایو از نوع ولتاژ سنتی متفاوت است. ولتاژ آستانه MOSFET سیلیکون کاربید بسیار بالاتر است و الزامات رانندگی آن بسیار نزدیک به رانندگی IGBT است.      
شکل ۱۳ مقایسه‌ای از یک پارامتر مهم دیگر، یعنی نرخ تغییر مقاومت روشن RDS(on) با دما را نشان می‌دهد. به خوبی شناخته شده است که مقاومت روشن سوئیچ‌های نیمه‌هادی قدرت دارای ضریب دمایی مثبت است، یعنی هرچه دمای اتصال بالاتر باشد، مقاومت روشن بیشتر است. از شکل ۱۳ می‌توان دریافت که ضریب افزایش دما در MOSFET کاربید سیلیکون بسیار کمتر از ترانزیستور نیترید سیلیکون و MOSFET سیلیکون است. هنگامی که دمای اتصال ۱۰۰ درجه سانتیگراد است، این اختلاف به ۳۰٪ و ۵۰٪ رسیده است. با توجه به شکل ۱۳، می‌توان مشاهده کرد که با فرض اینکه مقاومت روشن MOSFET سیلیکون کاربید و ترانزیستور گالیوم نیترید در دمای اتصال ۲۵ درجه سانتیگراد در یک مدار کاربردی یکسان باشد، به این معنی است که تلفات هدایت هر دو (〖I_Drms〗^2*R_(DS(on))) یکسان است، اما هنگامی که دمای اتصال این دو به ۱۰۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، تلفات هدایت MOSFET سیلیکون کاربید تنها ۷۰٪ تلفات هدایت ترانزیستور سیلیکون نیترید است که برای سناریوهای کاربردی با الزامات محیطی سخت و راندمان بالا در دماهای بالا بسیار جذاب است.      
      شکل ۱۳: منحنی‌های مقاومت روشن ماسفت سیلیکون کاربید، ترانزیستور گالیوم نیترید و ماسفت سیلیکونی به عنوان تابعی از دمای اتصال
       

مقایسه برنامه ها

ابتدا، تأثیر ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید بر بازده تبدیل بر روی مدار PFC بدون پل توتم-پل حالت پیوسته جریان (CCM) که در شکل 7 نشان داده شده است، آزمایش شد. شرایط آزمایش در جدول 3 نشان داده شده است.      
      جدول ۳: شرایط آزمایش مدار PFC
در این آزمایش، برای هر سوئیچ قدرت، دو قطعه با مقاومت روشن آزمایش شدند. برای ترانزیستور گالیوم نیترید، RDS(روشن) به ترتیب 35 و 45 مگا اهم و برای MOSFET سیلیکون کاربید به ترتیب 65 و 80 مگا اهم بود. نتایج آزمایش در شکل 14 نشان داده شده است. از آنجا که تلفات سوئیچینگ سوئیچ قدرت در شرایط بار سبک بیشتر از تلفات هدایت است، راندمان ترانزیستورهای گالیوم نیترید به طور قابل توجهی بیشتر از ترانزیستورهای سیلیکون کاربید است. هنگامی که بار به تدریج افزایش می‌یابد، تلفات هدایت نسبت به تلفات سوئیچینگ، سهم بیشتری از کل تلفات را تشکیل می‌دهد. در عین حال، با افزایش بار، افزایش دمای سوئیچ قدرت نیز افزایش می‌یابد. با توجه به نرخ تغییر مقاومت روشن با دمای اتصال در شکل 13، می‌توان مشاهده کرد که مقاومت روشن ترانزیستور سیلیکون کاربید با افزایش دما کمتر افزایش می‌یابد. بنابراین، اختلاف راندمان بین دو سوئیچ قدرت در دماهای بالا بسیار کم است، اگرچه مقاومت روشن ترانزیستور کاربید سیلیکون در دمای 25 درجه سانتیگراد بیشتر از ترانزیستور نیترید گالیوم است.      
      شکل 14: منحنی بازده ترانزیستور گالیوم نیترید ماسفت سیلیکون کاربید در سطح PFC
در مرحله بعد، بازده محاسبه‌شده ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید را در فرکانس‌های کاری مختلف در یک توپولوژی مداری از LLC نیمه پل موازی دو فاز درهم‌تنیده برای توان خروجی 3 کیلووات مقایسه می‌کنیم. این محاسبه تأثیر افزایش تلفات در اجزای مغناطیسی (از جمله سلف‌های رزونانس و سلف‌های اصلی قدرت) ناشی از افزایش فرکانس را نادیده می‌گیرد. توپولوژی مدار در شکل 15 نشان داده شده است. مدل ترانزیستور گالیوم نیترید انتخاب شده IGOT60R070D1 است (حداکثر RDS(روشن) در دمای 25 درجه سانتیگراد 70 مگا اهم است) که در مجموع 8 قطعه است. مدل ماسفت سیلیکون کاربید انتخاب شده IMZA65R048M1H است (حداکثر RDS(روشن) در دمای 25 درجه سانتیگراد 64 مگا اهم است) که در مجموع 8 قطعه است.      
      شکل ۱۵: نمودار شماتیک مدار LLC موازی پلکانی دو فاز
تحت بار 50% (1500 وات) و محیط کاری با دمای معمولی، مقایسه راندمان در فرکانس‌های کاری مختلف در شکل 16 نشان داده شده است. هنگامی که فرکانس کاری پایین است (<100khz)، راندمان استفاده از ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید با مقاومت روشن مشابه مشابه است و هر دو می‌توانند به راندمان بسیار بالایی (>99.2%) دست یابند. هنگامی که فرکانس کاری به 300 کیلوهرتز افزایش می‌یابد، به دلیل پارامترهای انگلی بسیار کوچک، گالیوم نیترید نسبت تلفات سوئیچینگ کمی در کل تلفات دارد، بنابراین راندمان آن بسیار کم (0.08%) کاهش می‌یابد، در حالی که راندمان ماسفت‌های سیلیکون کاربید 0.58% (99.28%-98.7%) کاهش می‌یابد. هنگامی که فرکانس کاری به 500 کیلوهرتز افزایش می‌یابد، شکاف راندمان بین این دو بسیار زیاد می‌شود (1%). البته اگر برای یک مدار واقعی، با توجه به اینکه افزایش فرکانس باعث افزایش شدید تلفات اجزای مغناطیسی خواهد شد، اختلاف راندمان بین این دو چندان زیاد نخواهد بود، اما روند تغییر راندمان یکسان است.      
      شکل ۱۶: مقایسه راندمان دو دستگاه قدرت در فرکانس‌های عملیاتی مختلف
             توصیه‌های کاربردی برای MOSFET گالیوم نیترید و سیلیکون کاربید          

طبق مباحث مطرح‌شده در فصل‌های ۳ و ۴، بر اساس ترانزیستورهای نیترید گالیوم و محصولات MOSFET کاربید سیلیکون شرکت Infineon Technologies، توصیه‌های کاربردی برای این دو نیمه‌رسانای قدرت با شکاف باند وسیع به شرح زیر است:
(1) به دلایلی، سیستم مورد استفاده باید در فرکانسی بیش از 200 کیلوهرتز کار کند. ترانزیستورهای گالیوم نیترید اولین انتخاب هستند و پس از آن MOSFET های سیلیکون کاربید قرار دارند. اگر فرکانس کاری کمتر از 200 کیلوهرتز باشد، هر دو قابل استفاده هستند.
(2) سیستم مورد استفاده نیاز به راندمان بسیار بالا از بار سبک تا نیمه بار دارد. ترانزیستورهای گالیوم نیترید اولین انتخاب هستند و پس از آن MOSFET های سیلیکون کاربید قرار دارند.
(3) اگر سیستم مورد استفاده دارای حداکثر دمای عملیاتی بالایی باشد، دفع گرما دشوار باشد، یا به راندمان بسیار بالایی در بار کامل نیاز داشته باشد، MOSFET های سیلیکون کاربید اولین انتخاب هستند و پس از آن ترانزیستورهای گالیوم نیترید قرار دارند.
(4) سیستم مورد استفاده دارای تداخل نویز زیادی است، به خصوص تداخل راه اندازی گیت. MOSFET سیلیکون کاربید انتخاب اول و ترانزیستور گالیوم نیترید انتخاب دوم است.
(5) اگر سیستم مورد استفاده به یک سوئیچ قدرت با قابلیت اتصال کوتاه زیاد نیاز داشته باشد، MOSFET سیلیکون کاربید اولین انتخاب است؛
(6) برای سایر سیستم‌های کاربردی بدون الزامات خاص، انتخاب محصول به عواملی مانند روش اتلاف گرما، چگالی توان و آشنایی طراح با این دو بستگی دارد.      
             خلاصه کردن          

این مقاله مقدمه‌ای مفصل در مورد ساختار، ویژگی‌ها، تفاوت‌های عملکردی و پیشنهادهای کاربردی نیمه‌رساناهای قدرت با شکاف باند وسیع که در سال‌های اخیر ظهور کرده‌اند، یعنی ترانزیستورهای گالیوم نیترید و ماسفت‌های سیلیکون کاربید، ارائه می‌دهد. از آنجایی که نیمه‌رساناهای قدرت با شکاف باند وسیع مزایای عملکردی زیادی دارند که نیمه‌رساناهای سیلیکونی نمی‌توانند با آنها برابری کنند، صنعت به طور فزاینده‌ای از آنها استفاده می‌کند.      
     

با آشنایی بیشتر صنعت با این فناوری و افزایش تجربه کاربردی، استفاده از هر دو به شدت افزایش خواهد یافت که منجر به کاهش قیمت هر دو خواهد شد. این امر به نوبه خود باعث می‌شود که نیمه‌هادی‌های قدرت با شکاف باند وسیع در مقیاس بزرگتری مورد استفاده قرار گیرند و یک چرخه مفید تشکیل دهند. بنابراین، برای مهندسان برق بسیار مهم است که هر چه سریعتر بر نیمه‌هادی‌های قدرت با شکاف باند وسیع تسلط پیدا کرده و از آنها استفاده کنند تا رقابت‌پذیری محصولات خود را بهبود بخشند، دید بهتری نسبت به محصولات خود داشته باشند و قابلیت‌های خود را بهبود بخشند. من معتقدم که این مقاله مرجع و مرجع بسیار مهمی برای مهندسان برق است تا با نیمه‌هادی‌های قدرت با شکاف باند وسیع آشنا شوند و از آنها استفاده کنند.

سلب مسئولیت: این مقاله از "TechSugar" بازنشر شده است. این مقاله فقط بیانگر دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و بیانگر دیدگاه‌های Sacco Micro و صنعت نیست. این مقاله فقط برای چاپ مجدد و به اشتراک گذاری جهت حمایت از حفاظت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً منبع اصلی و نویسنده را برای چاپ مجدد ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن