Ha habido mucha investigación alrededor de los transistores de GaN, demostrando que tienen una muy baja resistencia, baja carga de la puerta- y son muy efectivos a altas temperaturas.
Así que ¿por qué estamos nosotros aún sobre todo produciendo transistores Si? ¿Aunque los transistores de GaN es más costoso en la producción, seguramente debe compensar si se utiliza en la IC?
He estado usando GaN ampliamente desde 2013 o así, principalmente para un nicho de aplicación que fácilmente puede beneficiarse de una ventaja enorme GaN tiene más de Si -- tolerancia a la radiación. No hay ninguna puerta-el óxido de punción y sufren de SEGR, y el público la investigación ha demostrado que las partes viviente del pasado 1MRad con un mínimo de degradación. El tamaño pequeño es increíble como bien -- en el tamaño de tal vez una o dos trimestres (la moneda), se puede implementar un 10A+ DC/DC converter con facilidad. Junto con la capacidad de compra de ellos con plomo-soldadura de barras, y algunos terceros embalaje en envases herméticos, ellos son el futuro.
Es más caro, y "más complicado" para trabajar con. No hay ninguna puerta-óxido, sólo un metal-semiconductor de unión, por lo que la puerta de la unidad de tensión es muy restrictiva (para la mejora del modo como la construida por el EPC) -- cualquier exceso de voltaje de destruir la parte. Hay sólo un puñado de disponible públicamente puerta de controladores de ahora, la gente apenas están empezando a construir más controladores y nos dan más opciones que el Nacional LM5113. El 'canónica' aplicación verás que todo es el BGA LM5113 + AGL GaN FETs, porque incluso el vínculo de los alambres en otros paquetes añadir demasiado inductancia. Como recordatorio, aquí es donde ese zumbido proviene de:
EPC del eGaN dispositivos utilizan un 2DEG y puede ser clasificado como un HEMT en nuestras aplicaciones. Aquí es donde muchos de sus estúpidamente bajo RDS(on) viene por lo general en el de un solo dígito mω. Tienen velocidades increíblemente rápidas, lo que significa que usted tiene que ser muy consciente de Miller-efecto inducido de encendido. Además, como se mencionó anteriormente, inductancias parásitas en la conmutación de bucle ser mucho más importante a estas velocidades -- usted realmente tiene que pensar acerca de su dieléctrico espesores y la colocación de los componentes para mantener ese lazo de inductancia baja (<3nH está haciendo bien, si mal no recuerdo, pero como se discute a continuación, puede/debe ser mucho menor), como también se ve a continuación:
La CPE, también se construyen en un convencionales de fundición, con la reducción de costos. Otras personas incluyen GaN sistemas de Triquint, Cree, etc ... algunos de esos son específicamente para los RF de los efectos, mientras que la EPC se dirige principalmente a la conversión de energía / aplicaciones relacionadas (LIDAR, etc.). GaN nativa es el agotamiento de modo, así que la gente tiene diferentes soluciones para hacer de ellos de mejora, incluyendo la simple apilamiento de una pequeña P-MOSFET de canal en la puerta para invertir su comportamiento.
Otro comportamiento interesante es la "falta" de revertir la recuperación de la carga, a expensas de una mayor que la del silicio del diodo de la gota cuando en ese estado. Es un tipo de marketing lo tienen, ellos te dicen que "porque no hay ninguna minoría transportistas involucrados en la conducción en una mejora de modo GaN HEMT, no hay reverso de la recuperación de las pérdidas". ¿Qué tipo de brillo es que V_{SD} es por lo general hasta en el 2-3V+ intervalo en comparación a 0.8 V en un espacio de inteligencia FET -- algo de lo que estar conscientes de que un diseñador del sistema.
Voy a tocar en la puerta de nuevo-sus conductores, básicamente, tienen que mantener un ~5.2 V bootstrap diodo internamente para evitar el agrietamiento de las puertas en las piezas. Cualquier exceso de la inductancia en la puerta de seguimiento puede conducir a un zumbido que va a destruir la parte, mientras que su promedio Si MOSFET por lo general tiene un Vgs alrededor de +/-20V o así. He tenido que pasar más de una hora con una de aire caliente pistola de sustitución de una AGL parte porque he metido a esto.
En general, soy un fan de las piezas para mi aplicación. No creo que el costo es de allí con el Si, pero si usted está haciendo nicho de trabajo o desea el mayor rendimiento posible, GaN es el camino a seguir -- los ganadores de Google Pequeña Caja Reto utiliza un GaN basado en la etapa de potencia en su convertidor. Silicio todavía es barato, fácil de usar, y la gente lo entiende, sobre todo a partir de una fiabilidad POV. GaN vendedores se están esforzando para demostrar su fiabilidad del dispositivo cifras, pero MOSFETs tienen muchas décadas de lecciones aprendidas y de ingeniería de fiabilidad de los datos en el dispositivo de la física a nivel de convencer a la gente de que la parte no va a quemar a lo largo del tiempo.
seguramente debe compensar si se usa en IC
Bueno, no, no, por varias razones:
Comparar SiGe (Silicio, Germanio) que ha estado disponible por muchos años. Tiene más rápido (bipolar) de los transistores. Se utiliza en todas partes? No, porque pocos ICs uso de los transistores bipolares. El 99% de los ICs uso de transistores CMOS sólo lo que SiGe los procesos de fabricación de un nicho de aplicación.
Lo mismo es cierto para GaN, sólo es útil para los transistores de Potencia. ICs lo general, no tienen necesidad de este tipo de transistores de potencia.
Actualmente GaN no está en una posición para superar a silicon en el típico IC aplicaciones como la litografía y el proceso no es tan maduro como el silicio, y CMOS GaN aún está en investigación. Varios transistor de integración ya es posible con GaN, pero la principal aplicación es la de conmutación de alimentación debido a que es donde la mayoría de los beneficios puede ser realizado. Para un gran número de circuitos, un exitoso GaN aplicación no es posible o sólo ha nicho de usos. Un GaN microcontrolador no es algo alcanzable con la tecnología actual, por ejemplo.
Sin embargo, en circuitos de potencia, son muchas las ventajas que usted puede darse cuenta de que con los actuales dispositivos de GaN:
Con gran poder de conmutación de velocidad viene una gran responsabilidad para la administración de inductancia parásita. Usted verá adversos en el comportamiento de los circuitos con bucle de inductancias por encima de 1 nH, y es muy duro para evitar que tanto la inductancia en su diseño. Para muchos de los circuitos de silicio, usted puede conseguir lejos con relativa asesinato. Con el fin de obtener el máximo provecho de estos transistores, usted debe prestar atención a todos los aspectos de su convertidor de potencia de diseño mucho más allá del nivel de detalle que se requiere normalmente de silicio diseños.
El embalaje es también más pequeño, con EPC venta de lo que son esencialmente de la soldadura-golpeado morir que usted directamente de reflujo en un PCB. Por ejemplo, este 40V, 16mΩ, 10A dispositivo es de 1,7 mm x 1.1 mm, o un poco más grande que el tamaño de un 0603 resistencia. La manipulación y el procesamiento debe estar preparado para BGA-técnicas de estilo en lugar de la más grande de SMT de partes o a través del agujero.
Y la buena temperatura de operación es inútil si usted necesita un estándar de silicio parte junto a él para el control.
El bajo voltaje de la puerta de la unidad (normalmente 5V para EPC partes) es también coincidió con una baja máxima de la tensión de puerta (-4V +6V Vgs para la parte enlazado más arriba). Esto significa que la puerta del conductor debe ser firme como una roca en el fin de mantener el dispositivo se dañe a sí mismo, y (de nuevo) su diseño debe ser bueno. Esto ha mejorado, pero todavía es una preocupación.
Hay un montón de ganas de ver los beneficios de GaN como una gota en el reemplazo para una silicio parte. A este ritmo, el trabajo adicional necesario para garantizar un funcionamiento estable y seguro, y el trabajo necesario para tomar ventaja de la rápida velocidad de conmutación significa que no basta con sustituir el silicio Fet en los viejos diseños. Como FakeMoustache menciona, no siempre se necesita el máximo rendimiento (y, a veces, el transistor no es el punto débil).
GaN se está convirtiendo útil en RF amplificación y conversión de energía (fuentes de alimentación conmutadas). En este último caso se necesita mucho menos de refrigeración que Si, en la antigua se puede correr más rápido.
Pero para el RF de la amplificación de los usos, no sólo compiten con el Si, es competir con GaAs (por ejemplo, MMICs) y SiGe. Para la conversión de energía, la SiC también se está convirtiendo en muy interesante.
Pero no es sólo acerca de los costos y las tecnologías de la competencia. La mejor GaN dispositivos para la resistencia y la velocidad de conmutación son HEMTs. GaN HEMTs son normalmente-en devices1 que requieren de un negativo de la polarización de puerta para apagarlos. Esto agrega complejidad y los costos para el sistema, y también significa que un circuito de control de fracaso puede conducir al transistor falta, que es "interesante" si usted está tratando con cosas como HVDC.
GaN tiene que ser cultivadas en una hetero-sustrato, lo que hace que el crecimiento más difícil (además de añadir a los costes). A pesar de años de investigación en este aún afecta a la calidad de los materiales de la epilayers, con implicaciones para el rendimiento/tiempo de vida de compromiso.
Así que GaN es probable que sea un muy útil la tecnología para ciertos nichos de mercado, cada vez más convencional si se desarrolla más rápido que algunos de los rivales tecnologías.
1I han trabajado con algunos GaN HEMTs sobre substratos de Si que tienen un resultado positivo de la tensión de umbral, pero no creo que todavía no han alcanzado el mercado.
Así que ¿por qué estamos todavía en su mayoría la producción Si los transistores? Incluso si el GaN transistor es más caro en la producción, seguramente debe compensar si se utiliza en la IC?
¿Qué te hace creer que "seguramente debe compensar"? Definitivamente no es el caso.
(Alemán) Wikipedia-artículo de GaN dice que el principal problema en la producción de GaN-dispositivos basados fue y aún es la dificultad de producir grandes cristales individuales. El artículo también muestra, por ejemplo, de un único cristal, cuya longitud es de tan solo 3 mm (Incluso si puede ser posible producir más grandes no va a ser mucho más grande).
En contraste con los que es posible producir Si sola cristales cuyo diámetro es casi la mitad de un metro (ca. 500 mm) y cuya longitud es un múltiplo de que.
Sólo de esta enorme diferencia en obtenible solo el tamaño del cristal, deja claro que dominar Si la tecnología es mucho más avanzada que la de la Tecnología de GaN.
Y hay más aspectos que los que solo el tamaño del cristal.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
