GaN lan SiC: Coexistence utawa Substitusi?

Dorong kanggo kapadhetan lan efisiensi daya sing luwih dhuwur wis dadi pembalap utama inovasi ing pirang-pirang industri, kalebu pusat data, energi sing bisa dianyari, elektronik konsumen, kendaraan listrik, lan teknologi nyopir otonom. Ing bidang bahan pita lebar (WBG), Gallium Nitride (GaN) lan Silicon Carbide (SiC) saiki dadi rong platform inti, sing dianggep minangka alat penting sing mimpin inovasi semikonduktor daya. Bahan-bahan kasebut kanthi jero ngowahi industri elektronik tenaga kanggo ngatasi panjaluk listrik sing saya tambah akeh.

Nyatane, sawetara perusahaan terkemuka ing industri SiC uga aktif njelajah teknologi GaN. Ing wulan Maret taun iki, Infineon entuk GaN Startup GaN Kanada kanthi awis $830 yuta. Kajaba iku, ROHM bubar nampilake produk SiC lan GaN paling anyar ing PCIM Asia, kanthi penekanan khusus ing piranti GaN HEMT merek EcoGaN. Kosok baline, ing wulan Agustus 2022, Navitas Semiconductor, sing wiwitane fokus ing teknologi GaN, entuk GeneSiC, dadi siji-sijine perusahaan sing darmabakti kanggo portofolio semikonduktor daya generasi sabanjure.

Pancen, GaN lan SiC nuduhake sawetara tumpang tindih ing skenario kinerja lan aplikasi. Mulane, penting kanggo ngevaluasi potensial aplikasi saka rong bahan kasebut saka perspektif sistem. Sanajan manufaktur beda bisa duwe sudut pandang dhewe sajrone proses R&D, penting kanggo ngevaluasi kanthi lengkap saka macem-macem aspek, kalebu tren pangembangan, biaya materi, kinerja, lan kesempatan desain.

Apa Tren Utama ing Industri Elektronik Daya sing Ditemu GaN?

Jim Witham, CEO GaN Systems, ora milih mundur kaya eksekutif liyane saka perusahaan sing dituku; tinimbang, dheweke terus nggawe penampilan umum. Bubar, ing pidato, dheweke negesake pentinge semikonduktor tenaga GaN, kanthi nyathet manawa teknologi iki bakal mbantu para perancang sistem tenaga lan produsen ngatasi telung tren utama sing saiki ngowahi industri elektronika daya, kanthi GaN duwe peran penting ing saben tren.

CEO GaN Systems Jim Witham

Kaping pisanan, masalah efisiensi energi. Diprediksi manawa panjaluk tenaga global bakal mundhak luwih saka 50% ing taun 2050, mula kudu ngoptimalake efisiensi energi lan nyepetake transisi menyang energi sing bisa dianyari. Transisi saiki ora mung fokus ing efisiensi energi nanging uga ngluwihi aspek sing luwih tantangan kayata kamardikan energi lan integrasi karo jaringan listrik utama. Teknologi GaN nawakake kaluwihan hemat energi sing signifikan ing aplikasi energi lan panyimpenan. Contone, microinverter solar nggunakake GaN bisa ngasilake listrik luwih akeh; Aplikasi GaN ing konversi AC-DC lan inverter bisa nyuda boros energi ing sistem panyimpenan baterei nganti 50%.

Kapindho, proses elektrifikasi, utamane ing sektor transportasi. Kendaraan listrik tansah dadi fokus tren iki. Nanging, elektrifikasi berkembang dadi transportasi roda loro lan roda telu (kayata sepedha, sepedha motor, lan becak) ing wilayah kutha sing padhet, utamane ing Asia. Nalika pasar kasebut diwasa, kaluwihan transistor daya GaN bakal dadi luwih penting, lan GaN bakal duwe peran penting kanggo ningkatake kualitas urip lan perlindungan lingkungan.

Pungkasan, jagad digital ngalami owah-owahan gedhe kanggo nyukupi panjaluk data wektu nyata lan pangembangan intelijen buatan (AI) kanthi cepet. Teknologi konversi lan distribusi daya saiki ing pusat data ora bisa ngimbangi panjaluk sing saya tambah cepet dening komputasi awan lan pembelajaran mesin, utamane aplikasi AI sing keluwen daya. Kanthi nggayuh penghematan energi, nyuda syarat pendinginan, lan nambah efektifitas biaya, teknologi GaN ngowahi lanskap sumber daya pusat data. Kombinasi teknologi AI generatif lan GaN bakal nggawe masa depan sing luwih efisien, lestari, lan mantep kanggo pusat data.

Minangka pimpinan bisnis lan advokat lingkungan sing teguh, Jim Witham percaya yen kemajuan teknologi GaN kanthi cepet bakal nyebabake macem-macem industri sing gumantung karo daya lan duwe implikasi sing jero ing ekonomi global. Dheweke uga setuju karo prediksi pasar yen revenue semikonduktor tenaga GaN bakal tekan $6 milyar sajrone limang taun sabanjure, amarga teknologi GaN nawakake kaluwihan lan kesempatan unik ing kompetisi karo SiC.

Kepiye GaN Dibandhingake karo SiC ing Sarat Kompetitif Edge?

Ing jaman biyen, ana sawetara misconceptions babagan semikonduktor daya GaN, kanthi akeh sing percaya yen luwih cocok kanggo aplikasi ngisi daya ing elektronik konsumen. Nanging, prabédan utama antarane GaN lan SiC dumunung ing aplikasi sawetara voltase. GaN performs luwih apik ing aplikasi voltase kurang lan medium, nalika SiC utamané digunakake kanggo aplikasi voltase dhuwur ngluwihi 1200V. Nanging, pilihan ing antarane rong bahan kasebut kalebu nimbang voltase, kinerja, lan faktor biaya.

Contone, ing pameran PCIM Eropa 2023, Sistem GaN nampilake solusi GaN sing nuduhake kemajuan sing signifikan babagan kapadhetan lan efisiensi daya. Dibandhingake karo desain transistor SiC, pangisi daya onboard 11kW / 800V berbasis GaN (OBC) entuk peningkatan 36% ing Kapadhetan daya lan nyuda biaya material 15%. Desain iki uga nggabungake topologi kapasitor mabur telung tingkat ing konfigurasi PFC totem-pole tanpa jembatan lan teknologi jembatan aktif dual, nyuda stres voltase kanthi 50% nggunakake transistor GaN.

Ing telung aplikasi utama kendaraan listrik - pangisi daya onboard (OBC), konverter DC-DC, lan inverter traksi - GaN Systems wis kolaborasi karo Toyota kanggo ngembangake prototipe mobil kabeh-GaN, nyedhiyakake solusi OBC sing siap produksi kanggo wiwitan EV Amerika. Canoo, lan kerja sama karo Vitesco Technologies kanggo ngembangake konverter GaN DC-DC kanggo sistem tenaga 400V lan 800V EV, nawakake luwih akeh pilihan kanggo produsen mobil.

Jim Witham percaya manawa para pelanggan sing saiki gumantung ing SiC bisa uga kanthi cepet ngalih menyang GaN amarga rong alasan: kasedhiyan winates lan biaya bahan sing dhuwur. Nalika panjaluk daya mundhak ing macem-macem industri, saka pusat data nganti otomotif, transisi awal menyang teknologi GaN bakal ngidini perusahaan kasebut nyepetake wektu sing dibutuhake kanggo nggayuh pesaing ing mangsa ngarep.

Saka perspektif rantai pasokan, SiC luwih larang lan ngadhepi kendala pasokan dibandhingake GaN. Wiwit GaN diprodhuksi ing wafer silikon, regane mudhun kanthi cepet kanthi nambah permintaan pasar, lan rega lan daya saing mbesuk bisa diprediksi kanthi luwih akurat. Kosok baline, jumlah pemasok SiC sing winates lan wektu timbal sing dawa, biasane nganti setaun, bisa nambah biaya lan nyebabake panjaluk manufaktur otomotif ngluwihi 2025.

Ing babagan skalabilitas, GaN meh "tanpa wates" skalabel amarga bisa diprodhuksi ing wafer silikon nggunakake peralatan sing padha karo milyaran piranti CMOS. GaN bisa enggal diprodhuksi ing wafer 8-inci, 12-inci, lan malah 15-inci, dene SiC MOSFET biasane digawe ing wafer 4-inch utawa 6-inci lan mung wiwit transisi menyang wafer 8-inch.

Ing babagan kinerja teknis, GaN saiki dadi piranti ngoper daya paling cepet ing donya, nawakake Kapadhetan daya lan efisiensi output sing luwih dhuwur tinimbang piranti semikonduktor liyane. Iki nggawa keuntungan sing signifikan kanggo konsumen lan bisnis, apa ing ukuran piranti sing luwih cilik, kacepetan ngisi daya luwih cepet, utawa nyuda biaya pendinginan lan konsumsi energi kanggo pusat data. GaN nuduhake kaluwihan gedhe tenan.

Sistem sing dibangun nganggo GaN nuduhake Kapadhetan daya sing luwih dhuwur dibandhingake karo SiC. Nalika adopsi GaN nyebar, produk sistem tenaga anyar kanthi ukuran sing luwih cilik terus muncul, dene SiC ora bisa nggayuh tingkat miniaturisasi sing padha. Miturut GaN Systems, kinerja piranti generasi pertama wis ngluwihi piranti semikonduktor SiC generasi kaping lima paling anyar. Minangka kinerja GaN nambah dening 5 kanggo 10 kaping ing short term, longkangan kinerja iki samesthine kanggo widen.

Kajaba iku, piranti GaN duwe kaluwihan sing signifikan kayata pangisian daya gerbang sing sithik, pemulihan bali nol, lan kapasitansi output sing rata, ngidini kinerja ngoper berkualitas tinggi. Ing agêng kanggo aplikasi voltase kurang ngisor 1200V, losses ngoper GaN paling telu luwih murah tinimbang SiC. Saka perspektif frekuensi, paling desain basis silikon saiki operate antarane 60kHz lan 300kHz. Sanajan SiC wis nambah frekuensi, perbaikan GaN luwih nyata, entuk 500kHz lan frekuensi sing luwih dhuwur.

Wiwit SiC biasane digunakake kanggo 1200V lan voltase sing luwih dhuwur kanthi mung sawetara produk sing cocog kanggo 650V, aplikasi kasebut diwatesi ing desain tartamtu, kayata elektronik konsumen 30-40V, kendaraan hibrida 48V, lan pusat data, kabeh minangka pasar penting. Mulane, peran SiC ing pasar kasebut diwatesi. GaN, ing sisih liya, unggul ing tingkat voltase kasebut, menehi kontribusi sing signifikan ing pusat data, elektronik konsumen, energi sing bisa dianyari, otomotif, lan sektor industri.

Kanggo mbantu para insinyur luwih ngerti bedane kinerja ing antarane GaN FET (Transistor Efek Lapangan) lan SiC, GaN Systems ngrancang loro pasokan listrik 650V, 15A nggunakake SiC lan GaN, lan nganakake tes komparatif sing rinci.

GaN vs SiC Head-to-head Comparison

Kanthi mbandhingake GaN E-HEMT (Enhanced High Electron Mobility Transistor) karo MOSFET SiC sing paling apik ing kelas ing aplikasi switching kacepetan dhuwur, ditemokake yen digunakake ing konverter DC-DC buck sinkron, konverter karo GaN E- HEMT nampilake efisiensi sing luwih dhuwur tinimbang sing nganggo SiC MOSFET. Perbandhingan iki kanthi jelas nuduhake yen GaN E-HEMT ngluwihi MOSFET SiC paling dhuwur ing metrik kunci kayata kacepetan ngalih, kapasitansi parasit, mundhut ganti, lan kinerja termal. Kajaba iku, dibandhingake karo SiC, GaN E-HEMT nuduhake kaluwihan sing signifikan kanggo nggayuh desain konverter daya sing luwih kompak lan efisien.

Napa GaN Bisa Ngluwihi SiC Ing Kahanan Tertentu?

Saiki, teknologi silikon tradisional wis tekan watesan lan ora bisa menehi akeh kaluwihan sing diduweni GaN, dene aplikasi SiC diwatesi kanggo skenario panggunaan tartamtu. Istilah "ing kahanan tartamtu" nuduhake watesan materi kasebut ing aplikasi tartamtu. Ing donya sing saya gumantung ing listrik, GaN ora mung nambah pasokan produk sing ana nanging uga nggawe solusi inovatif sing mbantu bisnis tetep kompetitif.

Minangka semikonduktor tenaga GaN transisi saka adopsi awal menyang produksi massal, tugas utama kanggo para pembuat keputusan bisnis yaiku ngerteni manawa semikonduktor tenaga GaN bisa menehi kinerja sakabèhé sing luwih dhuwur. Iki ora mung mbantu para pelanggan nambah pangsa pasar lan bathi nanging uga bisa nyuda biaya operasi lan belanja modal.

Ing wulan September taun iki, Infineon lan GaN Systems bebarengan ngluncurake platform Gallium Nitride generasi kaping papat (Gen 4 GaN Power Platform). Saka sumber daya server AI 3.2kW ing taun 2022 nganti platform generasi kaping papat saiki, efisiensine ora mung ngluwihi standar efisiensi 80 Plus Titanium, nanging kapadhetan daya uga tambah saka 100W/in³ dadi 120W/in³. Platform iki ora mung nyetel pathokan anyar babagan efisiensi lan ukuran energi, nanging uga menehi kinerja sing luwih unggul.

Ringkesan, apa perusahaan SiC sing entuk perusahaan GaN utawa perusahaan GaN sing entuk perusahaan SiC, motivasi sing ndasari yaiku ngembangake pasar lan lapangan aplikasi. Sawise kabeh, GaN lan SiC loro-lorone kalebu bahan lebar pita lebar (WBG), lan bahan semikonduktor generasi kaping papat ing ngarep kaya Gallium Oxide (Ga2O3) lan Antimonides bakal mboko sithik muncul, nggawe ekosistem teknologi sing macem-macem. Mula, bahan-bahan kasebut ora ngganti siji lan sijine, nanging kanthi kolektif nyurung pertumbuhan industri.**