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GaN 對地球有益的三種方式

來源: | 發(fā)布日期:2022-07-17

GaN 對地球有益的三種方式 

寬帶隙半導(dǎo)體 (WBG) 在電力電子領(lǐng)域的普及率飆升。寬帶隙半導(dǎo)體具有高功率效率和小尺寸,通常被視為實現(xiàn)碳中和未來的關(guān)鍵工具。

低導(dǎo)通電阻和快速開關(guān)速度使 GaN 非常適合高頻性能

低導(dǎo)通電阻和快速開關(guān)速度使 GaN 非常適合高頻性能

在所有 WBG 半導(dǎo)體中,氮化鎵 (GaN) 似乎特別適合更環(huán)保的未來。今年早些時候,Navitas Semiconductor 發(fā)布了其第一份年度 GaN 可持續(xù)性報告,重點介紹了 GaN 可以通過多種方式實現(xiàn)環(huán)保電子產(chǎn)品。

以下是 GaN 用于優(yōu)化電源設(shè)計以減少高頻設(shè)備和系統(tǒng)的碳足跡的三種方式。

1. 能源效率

GaN 的主要吸引力之一是它是一種比硅好得多的半導(dǎo)體,提供更高的電子遷移率,因此具有更低的 R DS(on)。GaN 的電子遷移率幾乎是傳統(tǒng)硅的 1,000 倍,使其比硅對應(yīng)物的能效顯著提高。

提高效率還意味著 GaN 器件不會產(chǎn)生那么多熱量。由于 GaN 器件在較低溫度下運行,它們通常不需要散熱器或服務(wù)器機架或電源中的耗能主動冷卻系統(tǒng)。

2. 減少制造排放

除了節(jié)能之外,GaN 還通過減少制造過程中所需的排放和原材料來造福環(huán)境。

GaN 功率 IC 每單位的二氧化碳排放量更少

GaN 功率 IC 每單位的二氧化碳排放量更少

       由于 GaN 提供了如此高的效率,因此與硅相比,對于給定的功率或電流能力,給定應(yīng)用所需的基本裸片尺寸要小得多。需要更小的芯片來實現(xiàn)相同的性能意味著每個晶圓需要更多的單元,更好地利用資源,并且在相同能量的情況下,每個芯片的整體占用空間會更低——這相當(dāng)于晶圓加工中使用的二氧化碳和化學(xué)品更少。據(jù) Navitas 稱,與傳統(tǒng)的硅 FET 相比,2020 年 GaN 功率 FET 的二氧化碳排放量減少了四倍。

       3. 減少材料

最后,除了較低的通道電阻之外,GaN 還為設(shè)計人員提供了以極高頻率進(jìn)行開關(guān)的能力。

從歷史上看,基于硅的電力電子設(shè)備在開關(guān)頻率和系統(tǒng)效率之間產(chǎn)生反比關(guān)系:隨著開關(guān)頻率的增加,系統(tǒng)效率會降低。這通常是因為傳統(tǒng)硅 FET 的反向恢復(fù)損耗是系統(tǒng)中不可忽略的損耗源。

GaN 器件能夠在高開關(guān)速率下實現(xiàn)更高的效率

GaN 器件能夠在高開關(guān)速率下實現(xiàn)更高的效率

然而,GaN 通過消除反向恢復(fù)損耗改變了這種說法,這意味著它即使在極高頻率下也能保持高水平的功率效率。重要的推論是高開關(guān)頻率意味著這些系統(tǒng)中的外部無源元件可以小得多。

更小的無源器件意味著基于 GaN 的系統(tǒng)可以產(chǎn)生更小的外殼、更少的整體材料、更低的制造成本和更低的運輸成本。

綠色 GaN 的未來

在不止一個方面,GaN 具有獨特的優(yōu)勢,可以為電子行業(yè)實現(xiàn)更綠色、更碳中和的未來。一些半導(dǎo)體公司甚至將 GaN 的較低環(huán)境影響作為價值主張。例如,ROHM 最近推出了一系列新的 150 V GaN HEMT,屬于該公司的“EcoGaN”器件。這些器件旨在通過利用 GaN 的高開關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻來節(jié)省能源并使器件小型化。

憑借更高的功率效率、小型化的電子系統(tǒng)和減少的制造排放,GaN 可能成為對抗全球電子廢物戰(zhàn)的另一種方式。

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SNP705













































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