Перемещение за пределы кремния: новый силовой транзистор GaN от EPC
Такие детали, как EPC2046, которые используют альтернативные полупроводниковые технологии, имеют преимущества перед типичными кремниевыми устройствами.
В предыдущей статье мы рассмотрели силиконовый карбид (SiC) FET от Wolfspeed. Этот компонент является одним из примеров того, что, по-видимому, является ускоряющейся тенденцией: на самом деле производятся и продаются действительно не кремниевые полупроводниковые устройства. Однако это не так просто.
Дело в том, что альтернативные полупроводниковые технологии не новы. Быстрый поиск в Интернете показывает, что такие материалы, как нитрид галлия, арсенид галлия и кремний германий, используются в различных специализированных приложениях более двадцати лет. Однако представляется новым, что производители все чаще используют устройства на основе альтернативных материалов в качестве замены обычных компонентов, таких как транзисторы. Предположительно, мы достигли точки, в которой затраты и трудности, связанные с альтернативными материалами, более оправданны в отношении улучшений производительности, которые ищут инженеры.
В этой статье мы фокусируемся на полевом транзисторе с нитридом галлия (GaN). Вы можете быть знакомы с GaN в контексте радиочастотной схемы. Он предлагает отличные высокочастотные характеристики, а его высокая плотность мощности делает его очень ценным материалом для радиочастотных усилителей, поскольку более высокая плотность мощности означает, что вы можете получить такое же количество энергии от меньшего устройства. FET, о котором мы говорим в этой статье, - EPC2046 от Efficient Power Conversion (EPC) - также выигрывает от более высокой плотности мощности GaN.
A (Многое) Меньшее решение
В наши дни миниатюризация - большой бизнес, и поэтому меня не удивляет, что EPC подчеркивает сокращение площади платы, требуемой EPC2046:
Изображение предоставлено EPC
Разумеется, коэффициент уменьшения в двенадцать случаев является значительным, хотя некоторые из этих сокращений обусловлены тем фактом, что сравнение проводится между чипом EPC2046 и типично упакованным кремниевым устройством. Как отмечает EPC в пресс-релизе EPC2046, пакет чип-пакетов неизбежно улучшает тепловые характеристики, поскольку тепло направляется прямо в окружающую среду, а не удерживается в изоляционном пластике типичной упаковки IC. Разница в размерах между кремниевым раствором и раствором GaN была бы менее экстремальной, если бы оба устройства были в упаковке на основе кристаллов.
Спекуляции
Но EPC не представляет собой уменьшенный размер компонента как единственное значительное преимущество. Они относятся к процессу производства «пятого поколения», который позволяет устройствам GaN предлагать более высокую производительность и меньшую стоимость. Мой любимый отрывок из пресс-релиза - это утверждение о том, что эта новейшая технология GaN «открывает совершенно новые приложения, недоступные стареющему кремниевому MOSFET». Я не согласен с тем, что силиконовые полевые транзисторы были долгое время, но я еще не заметил, что кто-то явно обозначил их как «старение». Я предполагаю, что это просто поражает меня как слегка забавное прилагательное, которое следует использовать при описании транзистора.
В любом случае, характеристики кажутся впечатляющими, хотя было бы неплохо увидеть прямое сравнение с эквивалентными кремниевыми устройствами. Максимальное сопротивление в состоянии EPC2046 составляет 25 мОм, а часть может выдерживать напряжение стока от источника до 200 В. Стабильный номинальный ток стока составляет 11 А при комнатной температуре и может обрабатывать 55 А импульсного тока - Имейте в виду, что эта часть действительно маленькая:
Изображение взято из таблицы данных
Пороговое напряжение
Карбоиды из карбида кремния немного сложны в отношении порогового напряжения. В приведенной выше статье указывается, что хотя теоретическое пороговое напряжение (V TH) устройства составляет ~ 2, 5 В, для достижения хорошего сопротивления на входе вам требуется намного больше напряжения. Это приложение от Fairchild (в настоящее время входит в состав On Semiconductor) подтверждает, что кремниевый карбидный MOSFET с V TH ≈ 2, 5 В не будет полностью расширен до тех пор, пока напряжение затвора к источнику не достигнет 16 В. В примечании к приложению также упоминается, что SiC МОП-транзисторы страдают от высокой пороговой напряженности.
Так же, как и у полевых транзисторов GaN, те же недостатки "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/CCTB_EPC2046_3.jpg" />
Участок, взятый из таблицы данных
Есть ли у вас опыт работы с мощными полевыми транзисторами GaN? Дайте нам знать об этом в комментариях.