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

Następca krzemu? czy azotek galu zrewolucjonizuje świat półprzewodników.

ghost666 22 Sty 2016 19:56 3141 9
  • Następca krzemu? czy azotek galu zrewolucjonizuje świat półprzewodników.
    Azotek galu (GaN) do niedawna był dosyć egzotycznym półprzewodnikiem, ale teraz wydaje się, że zrewolucjonizuje on elementy mocy - układy wyprodukowane z GaN-u są istotnie bardziej wydajne niż krzemowe.

    W 2013 roku amerykański Departament Energii (DOE) przeznaczył około połowy kwoty przeznaczonej na rozwój elektroniki mocy (140 milionów USD) na rozwój układów opartych o GaN. W założeniu ma to zmniejszyć światowe zużycie energii czyniąc elektronikę bardziej wydajną. Firma Cambridge Electronics Inc, spin-out MIT, wprowadza właśnie do sprzedaży pierwsze tranzystory oparte o GaN - ich wykorzystanie w zasilaczach komputerowych, samochodach elektrycznych pozwoli zredukować pobór mocy o nawet 20%.

    Elektronika mocy to kluczowy element wielu systemów, pozwala stabilizować napięcia zasilające dla układów elektronicznych, tak jak na przykład zasilacz w laptopie czy falownik konwertujący wyższe napięcie na niższe. Wiele z tych układów wykorzystuje krzemowe tranzystory, które zastąpić można GaNowymi i zmniejszyć ilość mocy traconej w postaci ciepła.

    GaNowe tranzystory charakteryzują się o wiele mniejszym oporem, równym 10% rezystancji ich krzemowych odpowiedników. Pozwala to na tworzenie systemów, które są o wiele bardziej wydajniejsze, zapewniają także o wiele szybsze przełączania co jest kluczowe np. w przetwornicach impulsowych, szeroko stosowanych w układach zasilających. Cambridge Electronics planuje zastosować swoje tranzystory w systemach zasilania serwerów i samochodów elektrycznych. Dzięki temu, że układy te są wydajniejsze i mniej się grzeją, mogą pracować z większym prądem - to pozwala na konstrukcję mniejszych zasilaczy. Być może doczekamy się momentu, gdy zasilacz wbudowany będzie mógł być w laptopa.

    "To jedyna w swoim rodzaju szansa na zmianę elektroniki dookoła nas - aby mieć wpływ na zużycie energii na całym świecie" mówi Tomas Palacios z MIT, jeden z założycieli Cambridge Electronics.

    Uczynić GaN opłacalnym

    GaNowe tranzystory znane są od dawna i ich zalety nie są żadną nowością. Problemem zawsze były metody ich wytwarzania, szczególnie na skalę przemysłową. Naukowcom z MIT udało się pokonać te problemy w późnych latach dwutysięcznych. Ale nie były to jedyne problemy. Tranzystory mocy mają za zadanie włączać i wyłączać przepływ prądu w pewnym obwodzie. Istotne jest, aby bez podłączonego napięcia sterującego był on wyłączony. Niestety tranzystory wykonane z GaNu domyślnie są załączone. Na szczęście badaczom udało się tak zmodyfikować strukturę tego materiału, że możliwe było wyprodukowanie tranzystorów odpowiedniego typu.

    Klasyczne GaNowe tranzystory wykonuje się wzrastając cienką warstewkę tego materiału na podłożu substratu. Naukowcy z MIT wykorzystali różne cienkie warstwy materiałów kompozytowych w tranzystorach GaNowych - odkrycie tego, jakie mają być te warstwy było kluczem to stworzenia układu odpowiedniego typu.

    "Zasadniczo wytwarzamy nasze zaawansowane GaNowe tranzystory i inne układy w klasycznych liniach do produkcji układów krzemowych i w cenie układów krzemowych. Koszty tych układów są takie same, ale parametry - 100 razy lepsze" podsumowują naukowcy.

    Źródło: http://phys.org/news/2015-07-silicon-gallium-nitride-electronics-drastically.html#jCp

    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.
  • #2
    speedy9
    Pomocny dla użytkowników
    ghost666 napisał:
    Być może doczekamy się momentu, gdy zasilacz wbudowany będzie mógł być w laptopa.

    Wątpię w to, bo to nie tranzystory są kluczowym elementem i problemem decydującym o wielkości, a transformator, który jednak w każdym impulsowym zasilaczu występuje oraz dławiki. Inna sprawa, że układ zasilania w samym laptopie będzie też dzięki takim tranzystorom bardziej sprawny, a więc laptop dłużej wytrzyma na jednym ładowaniu.
    Piękny to był by CPU lub GPU zbudowan z takich tranzystorów o TDP równym 10% TDP aktualnych procesorów.
    Jednak plus jest niewątpliwie taki, że całość będzie się mniej grzała.
    Zakładając że przeciętny zasilacz ATX ma sprawność 85% to przy poborze mocy rzędu 300W, 45W to wygenerowane ciepło. Jeśli dzięki takim tranzystorom zredukuje się straty do 30% tej wartości (bo są jeszcze inne elementy), to będzie można konstruować zasilacze pasywne niskim kosztem.
    P.S. Mam laptopa z wbudowanym zasilaczem: Comaq Armada 1750
  • #4
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    To już zależy od układu, zobacz np. ten http://www.gansystems.com/datasheets/20150904/GS66502B%20DS%20Rev%20150904.pdf

    Warto zwrócić uwagę na to, że ten układ m.in może pracować do 150 stopni Celsjusza.
  • #5
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #6
    tadeusz12345
    Poziom 17  
    W zasilaczach ATX największe straty są na diodach prostownicznych i tutaj jedynie prostowniki na tranzystorach MOSFET pomagają, ale rzadko kiedy się je stosuje.

    Tranzystory z azotku galu sa na rynku już od dłuższego czasu, a ich parametry są niesamowite.

    Aktualnie zastosowaniem tych tranzystorów może być technika wysokoczęstotliwościowa. np budowanie zasilaczy o częstotliwości pracy 27 MHz, 40 MHz (takie konstrukcje już są). Przy tych częstotliwościach możliwe że nie trzeba by było stosować rdzeni magnetycznych, tylko samo powietrze.

    W przyszłości fajnie jakby pojawiły się procesory oparte o azotek galu z częstotliwością taktowania większą niż 5 GHz. Ale obawiam się że ten półprzewodnik nie zastąpi krzemu.
  • #10
    pawel1148
    Poziom 21  
    Na procesory w zamian za krzem najprędzej zobaczymy germanek krzemu. Jest już jeden prototyp od IBM wytworzony w procesie 7nm. Niestety nie wiem jak prędko zobaczymy procesory w litografii poniżej 10nm. Chociaż część producentów mówi, że jest to niedługa przyszłośc. Ale to raczej informacja marketingowa, by akcjonariusze byli zadowoleni. Na drodze stoi niestety cena produkcji w technologii E-UV. No chyba że duzi sobie z tym poradzą.
    Co do obniżania napięcia przez falownik, to obniża je prawie zawsze przez PWM. Jak wyobrażasz sobie wykonanie funkcji u=Um*sin(wt) bez obniżenia napięcia?? pomijając już że oprócz tego przy starcie używana jest sterowania u/f, wektorowe czy przy charakterystyce kwadratowej. Można również nastawić napięcie znamionowe.