گیلیم نائٹرائڈٹرانجسٹر اورسلکان کاربائڈMOSFET پچھلے دو یا تین سالوں میں ایک ابھرتا ہوا پاور سیمی کنڈکٹر ہے۔ روایتی سلیکون پاور سیمی کنڈکٹرز کے مقابلے میں، ان میں بہت سی عمدہ خصوصیات ہیں: ہائی برداشت کرنے والا وولٹیج، چھوٹا آن مزاحمت، چھوٹے طفیلی پیرامیٹرز، وغیرہ۔ ان کی اپنی منفرد خصوصیات بھی ہیں: انتہائی چھوٹے طفیلی پیرامیٹرز اور گیلیم نائٹرائڈ ٹرانجسٹروں کی انتہائی تیز رفتار سوئچنگ کی رفتار انہیں اعلیٰ استعمال کے لیے خاص طور پر موزوں بناتی ہے۔ سلیکن کاربائیڈ MOSFET کی آسان ڈرائیو اور اعلی قابل اعتماد اسے اعلی کارکردگی والے سوئچنگ پاور سپلائیز کے لیے موزوں بناتی ہے۔

یہ مضمون Infineon کے گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر اور سلکان کاربائیڈ MOSFET مصنوعات پر مبنی ہے، اور ان کے ڈھانچے، خصوصیات اور ان دونوں کے درمیان اطلاق کے فرق کا تفصیلی تعارف فراہم کرتا ہے۔      
پاور سیمی کنڈکٹرز کی تیسری نسل کے بے مثال جڑواں بچوں کے طور پر، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs صنعت خصوصاً الیکٹریکل انجینئرز کی توجہ تیزی سے مبذول کر رہے ہیں۔ الیکٹریکل انجینئرز ان دو پاور سیمی کنڈکٹرز پر اتنی توجہ دینے کی وجہ یہ ہے کہ ان کے مواد کے روایتی سلیکون مواد کے مقابلے میں بہت سے فوائد ہیں، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ گیلیم نائٹرائڈ اور سلکان کاربائیڈ مواد کی بڑی بینڈ گیپ کی چوڑائی اور زیادہ اہم فیلڈ طاقت ان دونوں مواد پر مبنی پاور سیمی کنڈکٹرز بناتی ہے، اس طرح کے کم وولٹیج اور کم وولٹیج کے ساتھ بہترین خصوصیات کے حامل ہوتے ہیں۔ پرجیوی پیرامیٹرز جب سوئچنگ پاور سپلائی کے میدان میں استعمال کیا جاتا ہے، تو اس میں کم نقصان، اعلی آپریٹنگ فریکوئنسی اور اعلی وشوسنییتا کے فوائد ہیں، جو سوئچنگ پاور سپلائی کی کارکردگی، بجلی کی کثافت اور وشوسنییتا کو بہت بہتر بنا سکتے ہیں۔      
          شکل 1: سلکان، سلکان کاربائیڈ اور گیلیم نائٹرائیڈ کی کلیدی خصوصیات کا موازنہ
مندرجہ بالا بہترین خصوصیات کی وجہ سے، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs صنعتی شعبوں میں تیزی سے استعمال ہو رہے ہیں اور بڑے پیمانے پر استعمال کیے جائیں گے۔ شکل 2 IHS مارکیت کے ذریعہ دیے گئے ان دو پاور سیمی کنڈکٹرز کے ایپلیکیشن فیلڈز اور فروخت کی پیشن گوئی کو ظاہر کرتا ہے۔ جیسے جیسے ایپلی کیشن فیلڈز بڑھیں گی، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs کی فروخت میں بھی نمایاں اضافہ ہوگا۔ شکل 3 IHS مارکیت کے ذریعہ فراہم کردہ ان دو پاور سیمی کنڈکٹرز کے لئے فروخت کی پیشن گوئی ہے۔      
      تصویر 2: گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs کی ایپلیکیشن فیلڈز اور فروخت کی پیشن گوئی
      شکل 3: گیلیم نائٹرائڈ ٹرانجسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs کی فروخت کی پیشن گوئی
اس مضمون کے باب 2 میں، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹروں کی ساخت اور خصوصیات کو تفصیل سے متعارف کرایا جائے گا۔ باب 3 سلکان کاربائیڈ MOSFET کی ساخت اور خصوصیات کو تفصیل سے متعارف کرائے گا۔ باب 4 میں، ایک ہی سرکٹ میں ان دو پاور سیمی کنڈکٹرز کے استعمال پر ایک تقابلی تجزیہ کیا جائے گا تاکہ ان کی ایپلی کیشنز میں مماثلت اور فرق کو مزید واضح کیا جا سکے۔ آخر میں مکمل متن کا خلاصہ کیا جائے گا۔      
             گیلیم نائٹرائڈ ٹرانجسٹر کی ساخت اور خصوصیات          

گیلیم نائٹرائڈ ٹرانجسٹر کی ساخت

سلیکون سے بنے پاور سیمی کنڈکٹرز کے برعکس، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز انٹرفیس پر مختلف بینڈ گیپس (عام طور پر AlGaN اور GaN) کے ساتھ دو مادوں کے پیزو الیکٹرک اثر سے بننے والی دو جہتی الیکٹران گیس (2DEG) کے ذریعے بجلی چلاتے ہیں، جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ چونکہ دو جہتی الیکٹران گیس کے ساتھ بجلی کا کوئی اعلی کنڈکٹر نہیں ہوتا ہے۔ سلیکون MOSFET کے اقلیتی کیریئر کی بحالی کا مسئلہ (یعنی باڈی ڈائیوڈ ریورس ریکوری)۔      
      شکل 4: گیلیم نائٹرائڈ کے موصل اصول کا اسکیمیٹک خاکہ
تصویر 4 میں دکھائے گئے بنیادی گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کی ساخت ایک ڈیپلیشن موڈ ہائی الیکٹران موبلٹی ٹرانزسٹر (HEMT) ہے، جس کا مطلب ہے کہ جب گیٹ اور سورس (VGS=0V) کے درمیان کوئی وولٹیج لاگو نہیں ہوتا ہے، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانجسٹر کا ڈرین اور جزو عام طور پر ایک کنڈکٹیو ہوتا ہے، یعنی یہ ایک آلہ ہے۔ یہ روایتی طور پر بند MOSFET یا IGBT پاور سوئچز سے بالکل مختلف ہے، جو صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کرنا بہت مشکل ہے، خاص طور پر پاور سپلائی کو سوئچ کرنے کے شعبے میں۔ اس مسئلے سے نمٹنے کے لیے، صنعت کے پاس عام طور پر دو حل ہوتے ہیں۔ ایک کاس کوڈ ڈھانچہ استعمال کرنا ہے، اور دوسرا گیٹ پر P-type gallium nitride کو شامل کرنا ہے تاکہ ایک انہانسمنٹ موڈ (عام طور پر بند) ٹرانجسٹر بنایا جا سکے۔ دونوں کے ڈھانچے کو شکل 5 میں دکھایا گیا ہے۔      
      شکل 5: گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کے دو ڈھانچے
جھرن کے ڈھانچے میں گیلیم نائٹرائڈ کمی کی قسم کا گیلیم نائٹرائڈ ہے جو کم وولٹیج سلکان MOSFET کے ساتھ جھرنا۔ اس ڈھانچے کا فائدہ یہ ہے کہ اس کی ڈرائیو بالکل وہی ہے جو روایتی سلکان MOSFET کی ہے (کیونکہ یہ سلکان MOSFET چلاتا ہے)۔ تاہم اس ڈھانچے میں بھی بڑی خامیاں ہیں۔ سب سے پہلے، سلکان MOSFET میں ایک باڈی ڈایڈڈ ہوتا ہے۔ جب گیلیم نائٹرائڈ ریورس سمت میں کرنٹ چلاتا ہے، تو باڈی ڈائیوڈ کی ریورس ریکوری کا مسئلہ ہوتا ہے۔ دوم، سلکان MOSFET کا ڈرین ڈیپلیشن موڈ گیلیم نائٹرائڈ کے ماخذ سے جڑا ہوا ہے۔ سلکان MOSFET کو آن اور آف کرنے کے دوران، نالی اور ماخذ کے درمیان دوغلا پن ماخذ اور گیلیم نائٹرائڈ کے دروازے کے درمیان دولن ہے۔ چونکہ یہ دوغلا پن ناگزیر ہے، اس لیے اس بات کا امکان ہے کہ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر غلطی سے آن اور آف ہو جائے۔ آخر میں، چونکہ دو پاور ڈیوائسز ایک ساتھ جھڑکتی ہیں، اس لیے پورے گیلیم نائٹرائڈ ڈیوائس کی آن مزاحمت کو مزید کم کرنے کا امکان محدود ہے۔      
جھرن کے ڈھانچے میں مندرجہ بالا مسائل کی وجہ سے، پاور سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز کی مین اسٹریم ٹیکنالوجی اینہانسمنٹ موڈ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز ہے۔ مثال کے طور پر Infineon Technologies Co., Ltd. کے گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر CoolGaN کو لے کر، اس کی تفصیلی ساخت تصویر 6 میں دکھائی گئی ہے۔      
      شکل 6: CoolGaN ڈھانچے کا اسکیمیٹک خاکہ
جیسا کہ شکل 6 میں دکھایا گیا ہے، صنعت میں موجودہ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر مصنوعات کا پلانر ڈھانچہ ہے، یعنی ذریعہ، گیٹ اور ڈرین ایک ہی جہاز میں ہیں، جو سلیکون MOSFET کی عمودی ساخت سے مختلف ہے جس کی نمائندگی سپر جنکشن ٹیکنالوجی کرتی ہے۔ گیٹ کے نیچے P-GaN کا ڈھانچہ پہلے بیان کردہ انہینسمنٹ موڈ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر بناتا ہے۔ نالی کے ساتھ ایک اور p-GaN ڈھانچہ موجودہ گرنے کے مسئلے کو حل کرنا ہے جو اکثر گیلیم نائٹرائڈ ٹرانجسٹروں میں ہوتا ہے۔ Infineon Technologies Co., Ltd. کی CoolGaN پروڈکٹس کا سبسٹریٹ سلکان مواد استعمال کرتا ہے، جو گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹروں کی مادی لاگت کو بہت کم کر سکتا ہے۔ چونکہ سلیکون مواد اور گیلیم نائٹرائڈ مواد کے تھرمل توسیعی گتانک بہت مختلف ہیں، اس لیے سبسٹریٹ اور GaN کے درمیان بہت سی ٹرانزیشن لیئرز کو شامل کیا جاتا ہے تاکہ اس بات کو یقینی بنایا جا سکے کہ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کو کام کرنے کے شدید حالات جیسے کہ اونچی اور کم درجہ حرارت کے چکروں اور زیادہ اور کم درجہ حرارت کے جھٹکے میں ویفر ڈیلامینیشن جیسے ناکامی کے مسائل کا سامنا نہیں کرنا پڑے گا۔      
       

گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کی خصوصیات

شکل 6 میں دکھائے گئے ڈھانچے کی بنیاد پر، CoolGaN میں ٹیبل 1 میں دکھائی گئی خصوصیات اور اس سے حاصل ہونے والے فوائد ہیں۔      
      جدول 1: CoolGaN کی خصوصیات اور اس کے فوائد
جدول 1 میں دکھائی گئی خصوصیات سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز میں باڈی ڈائیوڈ نہیں ہوتا ہے لیکن وہ پھر بھی ریورس کرنٹ چلا سکتے ہیں، اس لیے وہ ایسے سرکٹس کے لیے بہت موزوں ہیں جن میں پاور سوئچ کے ریورس کرنٹ فلو کی ضرورت ہوتی ہے اور سخت کمیوٹیشن ہو گی، جیسے ٹوٹیم پول برج لیس پی ایف سی کرنٹ کنٹینسی موڈ میں (CCMefficiency) اور انتہائی اعلی صلاحیت حاصل کر سکتا ہے۔ سرکٹ ٹوپولوجی ڈایاگرام کو شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ شکل میں Q1 اور Q2 گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر ہیں، اور Q3 اور Q4 سلکان MOSFETs ہیں۔      
      شکل 7: گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز کا استعمال کرتے ہوئے ٹوٹیم پول پی ایف سی ٹوپولوجی کا اسکیمیٹک خاکہ
جدول 1 سے، ہم یہ بھی جان سکتے ہیں کہ گیلیم نائٹرائڈ میں انتہائی تیز رفتار سوئچنگ اور ڈرائیونگ کا چھوٹا نقصان ہے، لہذا یہ ہائی فریکوئنسی ایپلی کیشنز کے لیے بہت موزوں ہے۔ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹروں کا استعمال کرتے ہوئے ہائی فریکوئنسی سوئچنگ پاور سپلائیز میں اعلی طاقت کی کثافت اور اعلی کارکردگی کے فوائد ہیں۔ شکل 8 ایک 3.6KW LLC ٹوپولوجی DC-DC کنورٹر دکھاتا ہے۔ LLC کی گونجنے والی فریکوئنسی 350KHz ہے۔ کنورٹر کی طاقت کی کثافت 160W/in^3 تک پہنچ جاتی ہے اور زیادہ سے زیادہ کارکردگی 98% سے زیادہ ہے۔      
      شکل 8: CoolGaN کا استعمال کرتے ہوئے 3.6KW LLC کنورژن سرکٹ
مندرجہ بالا تجزیہ سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز ان ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہیں جن کے لیے اعلی کارکردگی، اعلی تعدد، اور اعلی طاقت کی کثافت کی ضرورت ہوتی ہے۔      
             سلیکن کاربائیڈ MOSFET ساخت اور اس کی خصوصیات          

سلکان کاربائیڈ MOSFET کی ساخت

ایک عام پلانر سلکان کاربائیڈ MOSFET کی ساخت کو شکل 9 میں دکھایا گیا ہے۔ چینل کی مزاحمت کو کم کرنے کے لیے، اس ڈھانچے کو عام طور پر ایک بہت ہی پتلی گیٹ آکسائیڈ پرت کے ساتھ ڈیزائن کیا جاتا ہے، جو زیادہ گیٹ ان پٹ وولٹیجز پر گیٹ آکسائیڈ پرت کے لیے قابل اعتماد خطرات لاتا ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، سلیکن کاربائیڈ MOSFET پروڈکٹ CoolSiC ایک مختلف گیٹ ڈھانچہ استعمال کرتی ہے، جسے ٹرینچ سلکان کاربائیڈ MOSFET کہا جاتا ہے۔ اس کے گیٹ کا ڈھانچہ شکل 10 میں دکھایا گیا ہے۔ اس ڈھانچے کو اپنانے کے بعد، سلکان کاربائیڈ MOSFET کی چینل ریزسٹنس کا گیٹ آکسائیڈ کی تہہ سے مضبوطی سے تعلق نہیں رہا، اس لیے اعلی گیٹ کی وشوسنییتا اور فزیبلٹی کو یقینی بناتے ہوئے آن مزاحمت اب بھی انتہائی کم ہو سکتی ہے۔      
      شکل 9: پلانر سلکان کاربائیڈ MOSFET کا اسکیمیٹک ساختی خاکہ
      شکل 10: CoolSiC ٹرینچ گیٹ کا ڈھانچہ
       

سلکان کاربائیڈ MOSFET کی خصوصیات

گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹروں کی طرح، سلکان کاربائیڈ MOSFETs میں بھی چھوٹے آن مزاحمت اور چھوٹے طفیلی پیرامیٹرز کی خصوصیات ہیں۔ اس کے علاوہ، ان کے باڈی ڈائیوڈ کی خصوصیات بھی سلکان MOSFETs کے مقابلے میں بہت بہتر ہیں۔ شکل 11 دو اہم اشاریوں کا موازنہ ہے RDS(on)*Qrr اور RDS(on)*Qoss of Infineon کے سلکان کاربائیڈ 650V وولٹیج مزاحم MOSFET CoolSiC اور CoolMOS CFD7، سلیکون پاور MOSFET جس میں باڈی ڈیوڈ میں بہترین کارکردگی ہے۔ سابقہ ​​ایک انڈیکیٹر ہے جو باڈی ڈائیوڈ کی ریورس ریکوری خصوصیات کی پیمائش کرتا ہے، اور بعد والا ایک انڈیکیٹر ہے جو MOSFET آؤٹ پٹ کیپسیٹر پر ذخیرہ شدہ چارج کی مقدار کی پیمائش کرتا ہے۔ ان دونوں آئٹمز کی قدریں جتنی چھوٹی ہوں گی، ریورس ریکوری کی خصوصیات اتنی ہی بہتر ہوں گی اور ذخیرہ شدہ چارج اتنا ہی کم ہوگا (سافٹ سوئچنگ ٹوپولوجی میں، نصف برج کے ڈھانچے کے اوپری اور نچلے پاور ٹیوبوں کے لیے ضروری ڈیڈ زون اتنا ہی چھوٹا ہوگا)۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سیلیکون MOSFETs کے مقابلے میں اسی طرح کی مزاحمت کے ساتھ، سلکان کاربائیڈ MOSFET کا ریورس ریکوری چارج تقریباً 1/6 ہے، اور آؤٹ پٹ کیپسیٹر پر چارج صرف 1/5 ہے۔ لہذا، سلکان کاربائیڈ MOSFET خاص طور پر ٹوپولاجیوں کے لیے موزوں ہے جہاں باڈی ڈائیوڈ کو سختی سے بند کیا جائے گا (جیسے کرنٹ کنٹینسی موڈ ٹوٹیم پول برج لیس پی ایف سی) اور نرم سوئچنگ ٹوپولاجیز (LLC، فیز شفٹڈ فل برج وغیرہ)۔      
سلکان کاربائیڈ MOSFET میں بھی ایک شاندار خصوصیت ہے: شارٹ سرکٹ کی صلاحیت۔ سلیکون MOSFET کے مقابلے میں، شارٹ سرکٹ کا وقت بہت بہتر ہوا ہے، جو موٹر ڈرائیو ایپلی کیشنز جیسے کہ انورٹرز کے لیے بہت اہم ہے۔ شکل 12 CoolSiC اور CoolMOS کی شارٹ سرکٹ صلاحیتوں کا موازنہ چارٹ دکھاتا ہے۔ یہ اعداد و شمار سے دیکھا جا سکتا ہے کہ CoolSiC بہترین خصوصیات حاصل کرتا ہے جیسے طویل شارٹ سرکٹ کا وقت اور چھوٹا شارٹ سرکٹ کرنٹ، اور شارٹ سرکٹ کے حالات میں اس کی بھروسے میں بہت بہتری آتی ہے۔      
      شکل 11: سلکان کاربائیڈ MOSFET اور سلکان MOSFET کی کارکردگی کا موازنہ
      شکل 12: سلکان کاربائیڈ MOSFETs کی شارٹ سرکٹ صلاحیتوں کا موازنہ
باب 3 گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs کے متعلقہ ڈھانچے اور خصوصیات کو متعارف کرایا ہے۔ مندرجہ ذیل دونوں کے درمیان پیرامیٹرز اور اصل سرکٹس کا موازنہ کریں گے۔      
             Gallium Nitride اور Silicon Carbide MOSFETs کا موازنہ          

برقی پیرامیٹر کا موازنہ

جدول 2 گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر CoolGaN اور سلکان کاربائیڈ MOSFET CoolSiC دکھاتا ہے، دو پاور سیمی کنڈکٹرز کے کلیدی پیرامیٹرز کا موازنہ کرتا ہے۔      
      جدول 2: CoolGaN اور سلکان کاربائیڈ MOSFET CoolSiC کے کلیدی پیرامیٹرز کا موازنہ
جدول 2 سے، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کے متحرک پیرامیٹرز سلکان کاربائیڈ MOSFETs سے کم ہیں۔ لہذا، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹروں کے سوئچنگ نقصانات سلکان کاربائیڈ MOSFETs کے مقابلے میں کم ہیں، اور ان کے فوائد زیادہ آپریٹنگ فریکوئنسیوں پر زیادہ واضح ہوں گے۔ جب کرنٹ مخالف سمت میں بہتا ہے (ذریعہ سے ڈرین)، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کا وولٹیج ڈراپ اس کے گیٹ ٹو سورس ڈرائیو وولٹیج سے متعلق ہے۔ درخواست کی صورتحال کے مطابق کون سا زیادہ ہے اور کون سا کم ہے اس کا موازنہ کرنے کی ضرورت ہے۔ آخری حد وولٹیج Vgs(th) کے لیے، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کی قدر بہت کم ہے، جس کا مطلب ہے کہ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کے ڈرائیو ڈیزائن پر بہت زیادہ توجہ دی جانی چاہیے۔ اگر گیٹ پر شور زیادہ ہے تو اس کی وجہ سے گیلیم نائٹرائیڈ ٹرانزسٹر حادثاتی طور پر آن ہو سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، CoolGaN ایک موجودہ قسم کی ڈرائیو موڈ ہے، جو روایتی وولٹیج کی قسم کی ڈرائیو سے مختلف ہے۔ سلکان کاربائیڈ MOSFET کا تھریشولڈ وولٹیج بہت زیادہ ہے، اور اس کی ڈرائیونگ کی ضروریات IGBT ڈرائیونگ کے بہت قریب ہیں۔      
شکل 13 ایک اور اہم پیرامیٹر کا موازنہ دکھاتی ہے، یعنی درجہ حرارت کے ساتھ مزاحمتی RDS(آن) کی تبدیلی کی شرح۔ یہ بات اچھی طرح سے معلوم ہے کہ پاور سیمی کنڈکٹر سوئچز کی آن ریزسٹنس میں مثبت درجہ حرارت کا گتانک ہوتا ہے، یعنی جنکشن کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، آن مزاحمت بھی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ یہ شکل 13 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ سلکان کاربائیڈ MOSFET کا درجہ حرارت میں اضافے کا گتانک سلکان نائٹرائڈ ٹرانزسٹر اور سلکان MOSFET کے مقابلے میں بہت چھوٹا ہے۔ جب جنکشن کا درجہ حرارت 100 ° C ہے، فرق 30% اور 50% تک پہنچ گیا ہے۔ شکل 13 کے مطابق، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ یہ فرض کرتے ہوئے کہ سلکان کاربائیڈ MOSFET اور گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کی مزاحمت 25 ° C کے جنکشن درجہ حرارت پر یکساں ہے، ایک ہی ایپلیکیشن سرکٹ میں، اس کا مطلب ہے کہ دونوں کی ترسیل کا نقصان (〖I_Drms〗^2*R_(DS)) جب درجہ حرارت میں اضافہ ہوتا ہے، لیکن دو (DS) کے بڑھنے پر 100°C، سلیکون کاربائیڈ MOSFET کی ترسیل کا نقصان سلیکون نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کے صرف 70% ہے، جو کہ سخت ماحولیاتی تقاضوں اور اعلی درجہ حرارت پر اعلی کارکردگی کے ساتھ اطلاق کے ان منظرناموں کے لیے بہت پرکشش ہے۔      
      شکل 13: جنکشن کے درجہ حرارت کے ایک فنکشن کے طور پر سلکان کاربائیڈ MOSFET، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر اور سلکان MOSFET کے آن مزاحمتی منحنی خطوط
       

درخواست کا موازنہ

سب سے پہلے، تبادلوں کی کارکردگی پر گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs کے اثرات کا ٹیسٹ کرنٹ کنٹینسی موڈ (CCM) کے ٹوٹیم پول برج لیس پی ایف سی سرکٹ پر کیا گیا جو شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ ٹیسٹ کے حالات ٹیبل 3 میں دکھائے گئے ہیں۔      
      جدول 3: پی ایف سی سرکٹ ٹیسٹ کے حالات
ٹیسٹ میں، ہر پاور سوئچ کے لیے دو آن مزاحمتی آلات کا تجربہ کیا گیا۔ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کے لیے، RDS(آن) بالترتیب 35mohm اور 45mohm تھا، اور سلکان کاربائیڈ MOSFET بالترتیب 65mohm اور 80mohm تھا۔ ٹیسٹ کے نتائج شکل 14 میں دکھائے گئے ہیں۔ چونکہ بجلی کے سوئچ کا سوئچنگ نقصان ہلکے بوجھ کے حالات میں ترسیل کے نقصان سے زیادہ ہے، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹروں کی کارکردگی سلکان کاربائیڈ ٹرانزسٹروں کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ہے۔ جب بوجھ دھیرے دھیرے بڑھتا ہے، تو کنڈکشن نقصان کل نقصان کا زیادہ تناسب سوئچنگ نقصان کے مقابلے میں ہوتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، جیسے جیسے بوجھ بڑھتا ہے، پاور سوئچ کے درجہ حرارت میں اضافہ ہوتا ہے۔ شکل 13 میں جنکشن ٹمپریچر کے ساتھ آن ریزسٹنس کی تبدیلی کی شرح کے مطابق، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سلکان کاربائیڈ ٹرانزسٹر کی آن ریزسٹنس درجہ حرارت کے ساتھ کم بڑھ جاتی ہے۔ لہذا، اعلی درجہ حرارت پر دو پاور سوئچز کے درمیان کارکردگی کا فرق بہت کم ہے، حالانکہ 25 ° C پر سلکان کاربائیڈ ٹرانزسٹر کی آن مزاحمت گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر سے زیادہ ہے۔      
      شکل 14: سیلیکون کاربائیڈ MOSFET، PFC کی سطح پر گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کی کارکردگی کا منحنی خطوط
اس کے بعد، ہم 3KW آؤٹ پٹ پاور کے لیے دو فیز انٹرلیویڈ متوازی ہاف برج LLC کے سرکٹ ٹوپولاجی میں مختلف آپریٹنگ فریکوئنسیوں پر گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs کی حسابی افادیت کا موازنہ کرتے ہیں۔ حساب کتاب فریکوئنسی میں اضافے کی وجہ سے مقناطیسی اجزاء (بشمول ریزوننٹ انڈکٹرز اور مین پاور انڈکٹرز) میں بڑھتے ہوئے نقصانات کے اثرات کو نظر انداز کرتا ہے۔ سرکٹ ٹوپولوجی کو شکل 15 میں دکھایا گیا ہے۔ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر کا منتخب کردہ ماڈل IGOT60R070D1 ہے (25°C پر زیادہ سے زیادہ RDS(آن) 70mohm ہے)، کل 8 pcs کے ساتھ۔ سلکان کاربائیڈ MOSFET ماڈل منتخب کیا گیا ہے IMZA65R048M1H (25°C پر زیادہ سے زیادہ RDS(آن) 64mohm ہے)، کل 8 ٹکڑے۔      
      شکل 15: دو فیز کے متوازی ایل ایل سی سرکٹ کا سکیمیٹک خاکہ
50% بوجھ (1500W) اور عام درجہ حرارت کے کام کرنے والے ماحول کے تحت، مختلف آپریٹنگ فریکوئنسیوں کے تحت کارکردگی کا موازنہ شکل 16 میں دکھایا گیا ہے۔ جب آپریٹنگ فریکوئنسی کم ہو (<100khz)، گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ ماسفیٹ استعمال کرنے کی کارکردگی یکساں ہوتی ہے اور بہت زیادہ مزاحمت حاصل کر سکتے ہیں۔ (>99.2%)۔ جب آپریٹنگ فریکوئنسی کو 300KHz تک بڑھایا جاتا ہے، تو اس کے بہت چھوٹے طفیلی پیرامیٹرز کی وجہ سے، گیلیم نائٹرائڈ کے مجموعی نقصانات میں سوئچنگ نقصانات کا تناسب کم ہوتا ہے، اس لیے اس کی کارکردگی بہت کم (0.08%) کم ہو جاتی ہے، جب کہ سلکان کاربائیڈ MOSFETs کی کارکردگی میں %98-95% (%98-95) کی کمی واقع ہو جاتی ہے۔ جب آپریٹنگ فریکوئنسی 500KHz تک بڑھ جاتی ہے، تو دونوں کے درمیان کارکردگی کا فرق بہت بڑا ہو جاتا ہے (1%)۔ بلاشبہ، اگر کسی حقیقی سرکٹ کے لیے، اس بات پر غور کیا جائے کہ فریکوئنسی میں اضافہ مقناطیسی اجزاء کے نقصان میں تیزی سے اضافے کا سبب بنے گا، دونوں کے درمیان کارکردگی کا فرق اتنا بڑا نہیں ہوگا، لیکن کارکردگی میں تبدیلی کا رجحان ایک جیسا ہے۔      
      شکل 16: مختلف آپریٹنگ فریکوئنسیوں پر دو پاور ڈیوائسز کی کارکردگی کا موازنہ
             Gallium Nitride اور Silicon Carbide MOSFET درخواست کی سفارشات          

Infineon Technologies Co., Ltd. کے gallium nitride transistors اور Silicon carbide MOSFET پروڈکٹس پر مبنی باب 3 اور 4 میں بحث کے مطابق، ان دو وسیع بینڈ گیپ پاور سیمی کنڈکٹرز کے لیے درخواست کی سفارشات درج ذیل ہیں:
(1) کچھ وجوہات کی بنا پر، لاگو نظام کو 200KHz سے زیادہ فریکوئنسی پر کام کرنا چاہیے۔ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر پہلی پسند ہیں، اس کے بعد سلکان کاربائیڈ MOSFETs۔ اگر آپریٹنگ فریکوئنسی 200KHz سے کم ہے، تو دونوں کو استعمال کیا جا سکتا ہے۔
(2) لاگو نظام کو ہلکے بوجھ سے آدھے بوجھ تک انتہائی اعلی کارکردگی کی ضرورت ہوتی ہے۔ گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹر پہلی پسند ہیں، اس کے بعد سلکان کاربائیڈ MOSFETs؛
(3) اگر اپلائیڈ سسٹم کا زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت ہے، گرمی کو ختم کرنے میں دشواری ہے، یا پورے بوجھ پر انتہائی اعلی کارکردگی کی ضرورت ہے، سیلیکون کاربائیڈ MOSFETs پہلا انتخاب ہیں، اس کے بعد گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز؛
(4) لاگو نظام میں بڑے شور مداخلت ہے، خاص طور پر گیٹ ڈرائیو مداخلت. سلکان کاربائیڈ MOSFET پہلا انتخاب ہے، اور گیلیم نائٹرائڈ ٹرانجسٹر دوسرا انتخاب ہے۔
(5) اگر لاگو نظام کو بڑے شارٹ سرکٹ کی صلاحیت کے ساتھ پاور سوئچ کی ضرورت ہے، تو سلکان کاربائیڈ MOSFET پہلا انتخاب ہے۔
(6) خصوصی تقاضوں کے بغیر دیگر ایپلیکیشن سسٹمز کے لیے، کس پروڈکٹ کا انتخاب کرنا ہے اس کا انحصار عوامل پر ہوتا ہے جیسے کہ گرمی کی کھپت کا طریقہ، طاقت کی کثافت، اور ڈیزائنر کی ان دونوں سے واقفیت۔      
             مختصر          

یہ مضمون حالیہ برسوں میں سامنے آنے والے وسیع بینڈ گیپ پاور سیمی کنڈکٹرز کی ساخت، خصوصیات، کارکردگی کے فرق اور اطلاق کی تجاویز کا تفصیلی تعارف فراہم کرتا ہے، یعنی گیلیم نائٹرائڈ ٹرانزسٹرز اور سلکان کاربائیڈ MOSFETs۔ چونکہ وسیع بینڈ گیپ پاور سیمی کنڈکٹرز میں کارکردگی کے بہت سے فوائد ہیں جو سلیکون میٹیریل سیمی کنڈکٹرز سے مماثل نہیں ہوسکتے ہیں، اس لیے صنعت تیزی سے ان کا استعمال کر رہی ہے۔      
     

جیسے جیسے انڈسٹری زیادہ واقف ہوتی ہے اور اس کے پاس استعمال کا زیادہ تجربہ ہوتا ہے، دونوں کے استعمال میں تیزی سے اضافہ ہوتا جائے گا، جس سے دونوں کی قیمتیں کم ہو جاتی ہیں۔ اس کے نتیجے میں وسیع بینڈ گیپ پاور سیمی کنڈکٹرز کو بڑے پیمانے پر استعمال کرنے کے لیے فروغ ملے گا، جس سے ایک نیکی کا دور ہوگا۔ لہذا، الیکٹریکل انجینئرز کے لیے یہ بہت ضروری ہے کہ وہ اپنی مصنوعات کی مسابقت کو بہتر بنانے، اپنی مصنوعات کی نمائش کو بہتر بنانے، اور اپنی صلاحیتوں کو بہتر بنانے کے لیے جلد از جلد وسیع بینڈ گیپ پاور سیمی کنڈکٹرز میں مہارت حاصل کریں اور ان کا استعمال کریں۔ مجھے یقین ہے کہ یہ مضمون الیکٹریکل انجینئرز کے لیے وسیع بینڈ گیپ پاور سیمی کنڈکٹرز سے واقف ہونے اور استعمال کرنے کے لیے بہت بڑا حوالہ اور حوالہ اہمیت رکھتا ہے۔

دستبرداری: یہ مضمون "TechSugar" سے دوبارہ شائع کیا گیا ہے۔ یہ مضمون صرف مصنف کے ذاتی خیالات کی نمائندگی کرتا ہے اور Sacco Micro اور صنعت کے خیالات کی نمائندگی نہیں کرتا ہے۔ یہ صرف دوبارہ پرنٹ کرنے اور اشتراک کرنے کے لیے ہے تاکہ املاک دانش کے حقوق کے تحفظ کی حمایت کی جا سکے۔ دوبارہ پرنٹ کرنے کے لیے براہِ کرم اصل ماخذ اور مصنف کی نشاندہی کریں۔ اگر کوئی خلاف ورزی ہوتی ہے تو اسے حذف کرنے کے لیے ہم سے رابطہ کریں۔

کمپنی کا فون نمبر: +86-0755-83044319
فیکس/FAX: +86-0755-83975897
ای میل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 منیجر لی

QQ: 332496225 منیجر Qiu

پتہ: کمرہ 809، بلڈنگ سی، ژانتاو ٹیکنالوجی بلڈنگ، نمبر 1079 منزی ایونیو، لونگہوا نیو ڈسٹرکٹ، شینزین