Galliumnitrid, das einen Chip auf einmal anzieht

Herstellung von Prozessoren / CPUs / Chips / Transistoren (Animation) (Januar 2019).

Anonim

Galliumnitrid, das einen Chip auf einmal anzieht


GaN-Transistoren sind kleiner, schneller und energieeffizienter. Die Einführung von Halbbrücken in Dialog zeigt, dass sie für die Vermarktung in Massenanwendungen bereit sind.

Die Galliumnitrid (GaN) -Technologie holt nun endlich die seit mehr als einem Jahrzehnt zu beobachtenden höheren Schaltgeschwindigkeiten und Leistungsdichten ein.

GaN-Halbleiterbauteile werden bereits in LEDs und Leistungsverstärkern für 4G-Funkbasisstationen verwendet, und jetzt werden GaN-basierte Transistoren zu einer Schlüsseltechnologie in Leistungselektronikprodukten wie Adaptern, Stromversorgungen und Solarwechselrichtern.

Ein Beispiel für Galliumnitrid. Bild mit freundlicher Genehmigung der Michigan Tech University.

Die Leistungselektronik, die derzeit von Leistungs-MOSFETs und IGBTs dominiert wird, schafft ständig Platz für die GaN-Technologie, die eine höhere Spannung und Frequenz und eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist. Dies wiederum reduziert die Energieverluste bei der Energieumwandlung wesentlich.

GaN ist eine Technologie mit großer Bandlücke - eine Eigenschaft, die das Ausmaß der Elektronenmobilität bestimmt - und weist die höchste Bandlücke von 3, 4 eV im Vergleich zu konkurrierenden Technologien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumarsenid (GaAs) auf. Dies ermöglicht, dass GaN-Transistoren höheren elektrischen Feldern widerstehen, was wiederum die Leistungsdichte erhöht und die Vorrichtung kleiner macht.

GaN-Leistungsschalter sind kleiner, schneller und energieeffizienter. Bild mit freundlicher Genehmigung von Dialog Semiconductor.

Neben technischen Herausforderungen wie Niederspannungsbetrieb und Wärmeleitfähigkeit waren die höheren Kosten von GaN-Transistoren das Haupthindernis bei ihrer kommerziellen Realisierung. Aber das ändert sich jetzt. Efficient Power Conversion oder EPC, von Alex Lidow, dem ehemaligen CEO von International Rectifier, mitbegründet, zielt darauf ab, die GaN-Leistungstransistoren durch die Bereitstellung von Leistungstransistoren, die mit ihren Siliziumgegenstücken wie MOSFETs wettbewerbsfähig sind, in die Economy of Scale zu bringen.

Die Technologie der GaN-Technologie verwendet eine Transistorarchitektur, die alle elektrischen Verbindungen - Source, Drain und Gate - auf der Seite des Chips platziert, so dass sie einfach auf einer PCB platziert werden kann. Ein weiterer entscheidender Faktor, um den Preis von GaN-Teilen zu senken, ist die Erzeugung von kleineren GaN-Transistoren, so dass mehr Chips aus dem Wafer herausgehobelt werden können.

Dialog Betritt den Kampf

Dialog Semiconductor, ein neues Kind am GaN-Block, hat kürzlich ein GaN-basiertes 650-Volt-Halbbrücken-Design angekündigt, das kleinere Netzteile und höhere Dichten im Vergleich zu herkömmlichen MOSFET-Lösungen ermöglicht. Der Chiphersteller hat den Leistungs-IC auf der 650-Volt-GaN-on-Silicon-Prozesstechnologie von TSMC hergestellt.

Es ist eines der ersten kommerziellen Leistungs-ICs, das auf der GaN-Technologie basiert und auf Massenmärkte wie Computeradapter und Smartphone-Schnellladegeräte ausgerichtet ist. Laut Dialog können die 650-Volt-Leistungsschalter die Leistungsverluste um bis zu 50 Prozent reduzieren und die Energieeffizienz um bis zu 94 Prozent steigern.

Die SmartGan-Halbbrücke von Dialog integriert 650-V-Hoch- und Niederspannungs-Leistungsschalter. Bild mit freundlicher Genehmigung von Dialog Semiconductor.

Damit passt ein 45-Watt-Adapterdesign in den Formfaktor eines 25-Watt-Adapters. Darüber hinaus integriert der DA8801-Leistungsschalter von Dialog Funktionen wie Gate-Antriebe und Pegelschiebeschaltungen, um die Konstruktionslösung weiter zu vereinfachen. Der Leistungs-IC DA8801 wird im vierten Quartal 2016 zur Bemusterung verfügbar sein.

Der Power-IC von Dialog für Netzteile zeigt deutlich den Wunsch der OEMs nach kleineren, schnelleren und effizienteren Geräten und wie GaN-Chips diese Anforderungen erfüllen können. Es ist auch ein Beweis dafür, dass GaN-Chips nach einer langsamen Entwicklungsphase endlich die Wende schaffen.

Andere bemerkenswerte Akteure im GaN-Halbleitermarkt sind Cree, Infineon, Macom, NXP, Qorvo und Transphorm.