Giới thiệu: Gallium Nitride (GaN) và Silicon Carbide (SiC) sở hữu các đặc tính vật lý tuyệt vời cho chất bán dẫn thế hệ thứ ba, mở ra nhiều tiềm năng hơn để nâng cao hiệu suất của các thiết bị điện tử công suất. Là thành phần bán dẫn cơ bản nhất của hệ thống cung cấp điện, các thiết bị điện SiC đã cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng và công suất trong nhiều kịch bản ứng dụng quân sự và dân sự, chẳng hạn như xe điện, đường sắt cao tốc, kết nối lưới điện năng lượng mặt trời và gió, nguồn điện dự phòng UPS, phóng điện từ và các lĩnh vực khác, và đã trở thành lựa chọn ưa thích mới của thị trường năng lượng mới.    
           

Trò chuyện trước khi bắt đầu

Tầm quan trọng của các thiết bị bán công suất thế hệ thứ ba là tăng công suất, nâng cao hiệu quả và giảm kích thước, điều này là không thể bỏ qua. Trong nước, lĩnh vực bán dẫn đang dần được chú trọng hơn, và thị trường vốn cũng bắt đầu quan tâm. Đặc biệt trong bối cảnh chiến tranh thương mại hiện nay, mọi người càng nhận thức rõ hơn tầm quan trọng của việc tự sản xuất các thiết bị công suất. Giống như các thiết bị cần thiết trong trò chơi, để tổng hợp các sản phẩm, yếu tố thiết bị công suất là một chủ đề không thể thiếu. Hiện nay, các đội ngũ trong nước trong lĩnh vực thiết bị bán công suất thế hệ thứ ba cũng đã nổi lên và đang hoạt động vô cùng sôi nổi. Trong đó, Công ty Pinejie đã sản xuất các thiết bị công suất silicon carbide với hiệu năng tuyệt vời.  
Chúng ta hãy cùng thảo luận chi tiết về những khía cạnh tạo nên hiệu năng vượt trội của SiC.  
           

Giá trị tổn thất của thiết bị điện

Chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất của một thiết bị điện không gì khác ngoài tổng tổn hao của nó, bao gồm hai phần. Một phần làtổn thất dẫn truyền(Mất dẫn truyền) Một làchuyển đổi tổn thất(Tổn thất chuyển mạch). Nói cách khác, tổn thất càng thấp thì hiệu suất càng cao, dẫn đến kích thước nhỏ hơn, hiệu suất cao hơn và trọng lượng nhẹ hơn, phù hợp hơn với nhu cầu ứng dụng hiện đại. Ví dụ, một trong những lý do quan trọng giúp Tesla Model 3 giảm giá xuống khoảng 250,000 đô la là do họ sử dụng giải pháp SiC, giúp cải thiện hiệu suất pin và giảm kích thước, trọng lượng, từ đó giảm các chi phí khác.

Để giúp các nhà cung cấp ứng dụng và các bên đầu tư hiểu rõ hơn về cách so sánh và đánh giá các thiết bị bán dẫn công suất và các thông số chính của chúng trong ngành, chúng tôi sẽ so sánh từng thiết bị một cách tổng quan và bình luận ngắn gọn về những ưu điểm và nhược điểm kỹ thuật của các sản phẩm thiết bị MOSFET SiC của mỗi công ty dưới đây.  
           

                           派恩杰参数领先

Trong các ứng dụng điện tử công suất thế hệ cũ, do tần số chuyển mạch thấp, tổn hao dẫn điện đóng vai trò chủ đạo. Một người tiên phong trong ngành này và là viện sĩ của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.Giáo sư Jayant B. Baliga(sau đây gọi tắt là Bashen) Ngay từ năm 1989, một hệ số chất lượng để đánh giá tổn hao dẫn điện của các thiết bị điện đã được đề xuất.

(xem [i]), ε trong đó là hằng số điện môi của vật liệu bán dẫn, μ là độ linh động của electron,E_CĐó là điện trường đánh thủng. Theo công thức của Ba Shen, nếu ta lấy hệ số BFM của vật liệu silicon là 1 đơn vị, thì hệ số BFM của vật liệu SiC là 231 đơn vị. Ý nghĩa của điều này là gì? Điều này cho thấy rằng khi chế tạo các thiết bị đa công suất (MOSFET, điốt Schottky, v.v.) với cùng điện áp cao, điện trở bật của vật liệu SiC nhỏ hơn 230 lần! Điều này có nghĩa là tổn hao dẫn điện của các thiết bị SiC nhỏ hơn 230 lần so với các thiết bị silicon dưới cùng một dòng điện! Hệ số BFM chuẩn hóa của GaN so với silicon là 2097, và của Ga2O3 là 6170! Tóm lại, theo cách hiểu đơn giản, Ba Shen đã dự đoán từ những năm 1980,Tương lai của chất bán dẫn công suất phải do các chất bán dẫn có dải năng lượng rộng thống trị.!
 

 

Hình ảnh i
 
 

Jayant B. Baliga   
Với sự phát triển của công nghệ điện tử công suất trong 20 năm qua, người ta đã phát hiện ra rằng tần số chuyển mạch cao hơn của các công tắc có thể giảm việc sử dụng các linh kiện thụ động như tụ điện và cuộn cảm trong mạch, đồng thời giảm kích thước và trọng lượng của hệ thống. Tuy nhiên, khi tần số hệ thống tăng lên, tổn thất chuyển mạch của các thiết bị công suất trở nên ngày càng đáng kể, và chi phí cũng như kích thước của hệ thống làm mát cần thiết cũng tăng lên tương ứng, dẫn đến việc hệ thống không thể được tối ưu hóa đáng kể bằng cách tăng tần số hơn nữa. Một giáo sư nổi tiếng khác,Alex Q. HoàngVào năm 2004, người ta đã đề xuất một hệ số chất lượng đánh giá toàn diện tổn hao dẫn điện và tổn hao chuyển mạch của thiết bị.

(xem [ii]), trong đó R_ds,bậtlà điện trở bật của thiết bị, tỷ lệ thuận với tổn hao dẫn điện, Q._gdĐó là điện tích được lưu trữ trong điện dung Miller giữa cổng và cực thoát của thiết bị và tỷ lệ thuận với tổn hao chuyển mạch. Đồng thời, vì R_ds,bậtTỷ lệ nghịch với diện tích thiết bị, Q_gdTỷ lệ thuận với diện tích thiết bị, sản phẩm của họ chỉ bù đắp phần nào tác động của diện tích thiết bị (hoặc chi phí), thể hiện mức độ suy hao tổng thể của thiết bị khi hoạt động ở tần số cao. Nói một cách đơn giản, hệ số chất lượng HDFM càng nhỏ thì chất lượng tổng thể của thiết bị càng tốt.Tổn thất càng nhỏ, hiệu suất càng cao. !
 
 

Alex Q. Hoàng  
Sử dụng phương pháp này, chúng ta hãy so sánh hiệu năng sản phẩm của các nhà cung cấp MOSFET SiC hàng đầu trên thị trường:
     

nhà máy	Infineon	Luật Ý	Corey	Roma	Chim sẻ thông	Một thương hiệu nội địa
Xuất xứ	Châu Âu	Châu Âu	US	Nhật Bản	Trung Quốc	Trung Quốc
Nền tảng công nghệ	chiến hào thế hệ đầu tiên	máy bay thế hệ thứ hai	máy bay thế hệ thứ ba	chiến hào thế hệ thứ ba	máy bay thế hệ thứ ba	Không.? mặt phẳng thế hệ
Rds, trên (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
HDFM được chuẩn hóa	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*Dữ liệu trên được lấy từ một bảng dữ liệu công khai có thể tải xuống trên Internet.

Trước tiên, chúng ta hãy rút ra kết luận thông qua bảng so sánh này.Trong công nghệ MOS phẳng, với tư cách là một thương hiệu nội địa, các sản phẩm của Pinejie Semiconductor đã dẫn đầu thế giới và rất gần với công nghệ MOS rãnh với quy trình phức tạp!Trong điều kiện lý tưởng, với cùng một kịch bản ứng dụng, nếu sử dụng thiết bị CoolSiC mới nhất của Infineon làm chuẩn, và tổng công suất tiêu thụ của thiết bị ít nhất là 10W, thì công suất tiêu thụ của MOSFET SiC của Penjie là 12.9W, công suất tiêu thụ của sản phẩm Kerui là 18.3W, công suất tiêu thụ của STMicroelectronics và Rohm gần 21W, và công suất tiêu thụ của một thương hiệu trong nước là 31W.

Kết luận

Được thúc đẩy bởi quá trình điện khí hóa phương tiện giao thông, cơ sở hạ tầng mới và các dự án khác, các thiết bị silicon carbide sẽ trở thành trọng tâm trong bố cục chiến lược của các nhà máy điện lớn. Tesla hợp tác toàn diện với STMicroelectronics, và Volkswagen đón nhận Corey... Các nhà máy điện có thể nắm bắt công nghệ mới nhất và năng lực sản xuất các thiết bị điện SiC sẽ đạt được lợi thế chiến lược vô song.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Ba thế hệ rưỡi nhà giả kim", một tác phẩm ủng hộ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn gốc và tác giả của bài viết. Nếu phát hiện bất kỳ sự vi phạm nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến