Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TermopastyTermopasty
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Tranzystory mocy z azotku galu tańsze od krzemowych

ghost666 12 Maj 2015 13:05 3969 15
  • Tranzystory mocy z azotku galu tańsze od krzemowych W zeszłym tygodniu firma Efficient Power Conversion (EPC) z El Segundo w Kalifornii ogłosiła wprowadzenie do swojej oferty dwóch nowych tranzystorów mocy opartych o azotek galu, których cena jest niższa niż analogicznych układów krzemowych.

    "To pierwszy raz w historii, że coś ma lepsze parametry i niższą cenę niż układy krzemowe" - mówi Alex Lidow, CEO wspomnianej firmy - "Azotek galu przejął pochodnię pierwszeństwa i teraz jest na czele".

    Azotek galu i węglik krzemu od dawna znane są jako atrakcyjne alternatywy dla energoelektroniki. Układy te zdolne są do szybkiego przełączania i są w stanie pracować przy większym napięciu niż układy krzemowe tej samej wielkości, ale krzem zawsze był tańszy w wytwarzaniu niż te materiały.

    EPS oferuje dwa tańsze od krzemowych układów tranzystory mocy - o napięciu pracy 60 V i 100 V. Tranzystory te idealnie nadają się, według producenta, do szeregu aplikacji, wliczając w to bezprzewodowy system przesyłu mocy, systemy laserowe w samochodach czy nadajniki RF. Firma wytwarza swoje układy poprzez hodowanie warstwy azotku galu na krzemowym podłożu. Tego rodzaju substraty są droższe niż zwykłe krzemowe, ale ponieważ natężenie pola elektrycznego potrzebne do przebicia w azotku galu jest większe niż w samym krzemie, to układy mogą być znacznie mniejsze. Oznacza to, że z jednego podłoża o standardowej wielkości, można wykonać więcej tranzystorów, co czyni je tańszymi. Oczywiście wszystko zależy też od wydajności procesu produkcji i skali w jakiej się je produkuje.

    Innymi czynnikami które pozwoliły zredukować koszt jest architektura tranzystora: wszystkie połączenie elektryczne (źródło, dren i bramka) są wykonane na jednej stronie elementu, co znacznie ułatwia jego montaż na płytce drukowanej. Aby osiągnąć taki sam rezultat z układami krzemowymi potrzebne są specjalne obudowy. Obudowa tranzystora to średnio 50% jego finalnych kosztów (w przypadku MOSFETów).

    "To pierwszy raz, gdy ktoś może wznieść tabliczkę z napisem >arsenek galu tańszy niż krzem<" - mówi analityk rynku półprzewodników Steve Ohr. Jednakże zauważa on też, że to część zmian na rynku, będących wynikiem wysiłków wkładanych w obniżenie kosztów produkcji takich układów - "przełom to może za duże słowo, zważywszy na to, że wszyscy od dawna próbują to zrealizować".

    Inne firmy pracujące nad tranzystorami mocy z azotku galu to m.in. Transphorm i przemysłowy gigant Infineon, który niedawni zakupił firmę w której wcześniej pracował Lidow - International Rectifier. Jednym z celów stawianych przed tymi tranzystorami jest chęć zmuszenia ich do pracy z napięciami do 600 V, jak mówi Ohr. Pozwoliłoby im to pracować w zasilaczach przemysłowych czy w sieci przesyłowej prądu elektrycznego.

    Jak mówi Lidow, CEO EPC, firma ma zamiar stworzyć pierwsze tranzystory z azotku galu pracujące z napięciem około 200 V, aby móc wyprodukować kolejne konkurujące z ceną układów krzemowych tranzystory mocy. Układy tej klasy pracują w niewielkich systemach obrazowania medycznego oraz układach wirtualnej rzeczywistości. "Chcemy wytwarzać zupełnie nowe układy, a nie poprawiać już istniejące" - mówi Lidow.

    Źródło:

    http://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconduc...tride-transistors-priced-cheaper-than-silicon

    Fajne! Ranking DIY
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9747 postów o ocenie 7915, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • TermopastyTermopasty
  • #2
    SQLmaster
    Poziom 24  
    ghost666 napisał:
    To pierwszy raz w historii, że coś ma lepsze parametry i niższą cenę niż układy krzemowe" mówi Alex Lidow, CEO wspomnianej firmy.


    Bzdura. Na początku ery tranzystorowej lampy były i lepsze i tańsze. Tranzystory germanowe też przez jakiś czas były lepsze i tańsze jak krzemowe.

    Poza tym póki co musimy producentowi wierzyć na słow że lepsze i tańsze bo:
    - nie znamy parametrów
    - nie znamy ceny
  • #3
    atom1477
    Poziom 43  
    Diody LED też mają lepsze parametry jak są wykonane z innych materiałów niż z krzemu.
    Bo po prostu te z krzemu nie mają żadnych parametrów (bo się ich nie robi z krzemu).
    Po prostu pewne rzeczy są bardzo trudne do wykonania z krzemu.
    Ktoś powie że to bez sensu bo do diody LED musowo używać innych półprzewodników bo potrzeba innej przerwy energetycznej. No niby tak ale to nie argument.
    W krzemie da się przysunąć przerwę energetyczną. Po prostu jest to bardzo trudne i drogie.
    Można też bez przesuwania przerwy energetycznej z bardzo długiego promieniowania z krzemu wyciągnąć światło widzialne (fotoluminescencją w górę). Tyle że to też będzie drogie a sprawność będzie żałośnie mała.
    Tak więc i w diodach LED już dawno temu inne półprzewodniki wygrały z krzemem.
  • #4
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    atom1477 napisał:
    Diody LED też mają lepsze parametry jak są wykonane z innych materiałów niż z krzemu.
    Bo po prostu te z krzemu nie mają żadnych parametrów (bo się ich nie robi z krzemu).
    Po prostu pewne rzeczy są bardzo trudne do wykonania z krzemu.
    Ktoś powie że to bez sensu bo do diody LED musowo używać innych półprzewodników bo potrzeba innej przerwy energetycznej. No niby tak ale to nie argument.
    W krzemie da się przysunąć przerwę energetyczną. Po prostu jest to bardzo trudne i drogie.
    Można też bez przesuwania przerwy energetycznej z bardzo długiego promieniowania z krzemu wyciągnąć światło widzialne (fotoluminescencją w górę). Tyle że to też będzie drogie a sprawność będzie żałośnie mała.
    Tak więc i w diodach LED już dawno temu inne półprzewodniki wygrały z krzemem.


    A zawsze myślałem, że problemem jest skośna przerwa krzemu...
  • #5
    atom1477
    Poziom 43  
    Aż tak nie wnikałem :D
    Teraz doczytałem i widzę nie ma to znaczenia. Z półprzewodników ze skośną przerwą nie można zbudować lasera. Diodę LED jednak można.
    Taki półprzewodnikiem jest zresztą GaN a z niego przecież robi się niebieskie diody LED.
  • TermopastyTermopasty
  • #6
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    atom1477 napisał:
    Aż tak nie wnikałem :D
    W każdym razie GaN też ma przerwę skośną i nie przeszkodziło to w zrobieniu z niego diody LED.


    To polecam wniknąć, fizyka półprzewodników jest niezwykle fascynująca. I polecam się douczyć, zanim będzie się gadało głupoty - GaN ma przerwę prostą, bezpośrednią, zobacz (nie mam danych eksperymentalnych, to model):

    Tranzystory mocy z azotku galu tańsze od krzemowych

    W punkcie gamma (Γ) przerwa jest wyraźnie prosta, nie? Nawet na wikipedii jest napisane, że to półprzewodnik o direct band gap.
  • #7
    atom1477
    Poziom 43  
    Faktycznie, chyba pomyliłem z GaP (dokładniej z AlGaP, z zielonych diod LED).
    Tak więc i z krzemu można zrobić diodę LED.
    Mi po prostu chodzi o samą możliwość. Wiele właściwości jest jeszcze nieodkrytych i nie jest powiedziane wprost że z krzemu się nie da. Nie da się co najwyżej przy użyciu dzisiejszego stanu techniki.
    Niewiedza działa wyjątkowo na plus jak się jest jej świadomym.
    I ja np. wiem że w żadnej dziedzinie nie wiem wszystkiego więc nie banuję od razu możliwości zrobienia czegoś.
    Tylko o to mi chodziło.
  • #8
    vodiczka
    Poziom 43  
    atom1477 napisał:
    Mi po prostu chodzi o samą możliwość. Wiele właściwości jest jeszcze nieodkrytych i nie jest powiedziane wprost że z krzemu się nie da. Nie da się co najwyżej przy użyciu dzisiejszego stanu techniki.

    Idąc tym tokiem rozumowania, da się wszystko teraz lub w przyszłości. Obecnie (od lat) da się wytwarzać diamenty i jest to opłacalne i da się się przekształcać niektóre pierwiastki w złoto ale to nie jest opłacalne :)
  • #9
    atom1477
    Poziom 43  
    W pewnym sensie właśnie o to mi chodziło :D
  • #10
    REVISOR
    Poziom 25  
    Nie jestem pewny do końca, ale chyba tkwimy w pewnym stereotypie półprzewodnika którym od wielu dekad jest krzem, jest tak obstukanym tematem że każdy myśli że da się z nim zrobić wszystko ale to mrzonka, za bardzo się na "si" skupiamy, a są inne super fajne półprzewodniki i krzem z germanem nie mają wyłączności na wszystko i praktyka to potwierdza.
  • #11
    Pokrentz
    Poziom 21  
    W sumie tranzystor mocy o paśmie w zakresie GHz a może nawet i dziesiątek GHz... Ciekawe by to było.
  • #12
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #13
    janusz27
    Poziom 30  
    Panowie - proszę........ Weźcie trochę poczytajcie. Emiter światła na półprzewodniku ze skrośną przerwą energetyczną jaką ma krzem lub german?! Na emitery światła z zakresu widzialnego używa się półprzewodników z prostą przerwą energetyczną.

    Dlaczego obecnie prawie wszystko robi się z krzemu? Bo jest tani, jest go dużo, jest dobrze poznany, łatwo się go obrabia etc.
    Galu jest mało, procesy z jego wykorzystaniem są drogie i skomplikowane, jest dużo toksycznych odpadów.
    Sam GaN jakoś się utlenia, ale uzyskać powtarzalność w wytwarzaniu Ga2O3 już nie jest takie łatwe. Uzyskanie trójlenku tlenku galu jako jednorodnej powierzchni nie jest łatwe, ale Ga2O3 zwłaszcza jako odmiana β-a2O3 ma wyśmienite parametry do wywarzania elementów mocy, no i dużo wyższe napięcie przebicia tlenku.

    GaN jest bardzo chętnie wykorzystywany do emiterów światła niebieskiego - przerwa energetyczna ma pewną korelację z długością fali - w końcu Eg=hc/λ.
    A no i najważniejsze - istnieje takie coś jak inżynieria pasma przewodnictwa.

    Dla przykładu, głupi AlGaN - wzór ogólny to Al(x)Ga(1-x)N. W zależności od wartości parametru x (zakres od 0-1) możemy zbudować detektor na różne długości fali, a zmieniamy tylko i wyłącznie zawartość procentową glinu w stopie.
  • #14
    atom1477
    Poziom 43  
    janusz27 napisał:
    Panowie - proszę........ Weźcie trochę poczytajcie. Emiter światła na półprzewodniku ze skrośną przerwą energetyczną jaką ma krzem lub german?! Na emitery światła z zakresu widzialnego używa się półprzewodników z prostą przerwą energetyczną.

    Używa się tych prostą przerwą energetyczną tylko dlatego że tak jest lepiej (taniej i sprawność jest większa).
    I właśnie o to mi chodziło: że krzem w tym zastosowaniu przegrał z innymi półprzewodnikami (tymi ze skrośną przerwą energetyczną) już na starcie (a nawet nie na starcie a w przedbiegach).

    Natomiast z Twojej wypowiedzi domyślam się że chodziło Ci o coś więcej. Mianowicie że na krzemie czy innych półprzewodnikach ze skrośną przerwą energetyczną w ogóle się nie da zbudować emitera promieniowania.
    No to jak tak uważasz to poczytaj o DELED (Dislocation Engineered Light Emitting Diode).
    http://essay.utwente.nl/61349/1/MSc_R_Schippers.pdf
    http://www.brunel.ac.uk/__data/assets/pdf_file/0005/295556/boron.pdf
    http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.430.7849&rep=rep1&type=pdf
    http://www.environment.harvard.edu/docs/faculty_pubs/aziz_point.pdf

    Dlaczego tak się uczepiłem tego krzemu?: Żeby można go było użyć do porównania.
    Bo gdyby nie możliwość zrobienia diody LED na krzemie to nie mógł bym napisać "krzem przegrał z innymi półprzewodnikami".
    Bo gdybym tak napisał to by ktoś inny napisał "Krzem nie przegrał bo się go w ogóle nie używa (nie da użyć) do produkcji LEDów. Więc takie porównanie ma sensu".
    I miał by rację. Bo jak ktoś nie bierze udziału w zawodach to nie może wygrać. Ale i przegrać też nie.
    Więc trzeba było pokazać że krzem występuje w zawodach. I dopiero wtedy napisać że te zawody na razie przegrywa. Czyli że nie jest to pierwszy raz jak jakiś inny półprzewodnik okazał się w jakimś zastosowaniu lepszy od krzemu.
  • #15
    necroorcen
    Poziom 11  
    atom1477 napisał:

    Używa się tych prostą przerwą energetyczną tylko dlatego że tak jest lepiej (taniej i sprawność jest większa).
    I właśnie o to mi chodziło: że krzem w tym zastosowaniu przegrał z innymi półprzewodnikami (tymi ze skrośną przerwą energetyczną) już na starcie (a nawet nie na starcie a w przedbiegach).


    Chłopie, jaką skrośną przerwą? To krzem na SKOŚNĄ, a drugim rodzajem jest prosta przerwa... Skończ już udowadniać, że masz rację, bo nie masz, a tylko się kompromitujesz i co gorsza, piszesz rzeczy, które ktoś może później powtarzać.
    Prawdopodobieństwo rekombinacji promienistej w krzemie jest ok. 4 rzędy wielkości mniejsze, niż w półprzewodnikach z prostą przerwą - co wynika z konieczności zajścia oddziaływania z trzecią cząstką odbierającą pęd elektronu, jaką jest fonon.
  • #16
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    necroorcen napisał:
    atom1477 napisał:

    Używa się tych prostą przerwą energetyczną tylko dlatego że tak jest lepiej (taniej i sprawność jest większa).
    I właśnie o to mi chodziło: że krzem w tym zastosowaniu przegrał z innymi półprzewodnikami (tymi ze skrośną przerwą energetyczną) już na starcie (a nawet nie na starcie a w przedbiegach).


    Chłopie, jaką skrośną przerwą? To krzem na SKOŚNĄ, a drugim rodzajem jest prosta przerwa... Skończ już udowadniać, że masz rację, bo nie masz, a tylko się kompromitujesz i co gorsza, piszesz rzeczy, które ktoś może później powtarzać.
    Prawdopodobieństwo rekombinacji promienistej w krzemie jest ok. 4 rzędy wielkości mniejsze, niż w półprzewodnikach z prostą przerwą - co wynika z konieczności zajścia oddziaływania z trzecią cząstką odbierającą pęd elektronu, jaką jest fonon.


    I jeszcze w dodatku pomijając, że coś z tymi fononami trzeba potem zrobić ;) bo nie można ich tak w nieskończoność generować.