سلکان کاربائیڈ (SiC) اور گیلیم نائٹرائڈ (GaN) ایپلی کیشنز میں کیا فرق ہے؟ - VeTek سیمی کنڈکٹر

SiCاوردونوں"وسیع بینڈ گیپ سیمیکمڈکٹرز" (ڈبلیو بی جی) کے طور پر جانا جاتا ہے۔ استعمال شدہ پیداوار کے عمل کی وجہ سے ، ڈبلیو بی جی ڈیوائسز مندرجہ ذیل فوائد دکھاتے ہیں:

1. وسیع بینڈ گیپ سیمیکمڈکٹرز

گیلیم نائٹرائڈ (GaN)اورسلکان کاربائیڈ (SiC)بینڈ گیپ اور خرابی والے فیلڈ کے لحاظ سے نسبتا similar ایک جیسے ہیں۔ گیلیم نائٹریڈ کا بینڈ گیپ 3.2 ای وی ہے ، جبکہ سلیکن کاربائڈ کا بینڈ گیپ 3.4 ای وی ہے۔ اگرچہ یہ اقدار ایک جیسے دکھائی دیتی ہیں ، لیکن وہ سلیکن کے بینڈ گیپ سے نمایاں طور پر زیادہ ہیں۔ سلیکن کا بینڈ گیپ صرف 1.1 ای وی ہے ، جو گیلیم نائٹریڈ اور سلیکن کاربائڈ سے تین گنا چھوٹا ہے۔ ان مرکبات کے اعلی بینڈ گیپس گیلیم نائٹرائڈ اور سلیکن کاربائڈ کو آرام سے اعلی وولٹیج سرکٹس کی حمایت کرنے کی اجازت دیتے ہیں ، لیکن وہ سلیکن جیسے کم وولٹیج سرکٹس کی حمایت نہیں کرسکتے ہیں۔

2. خرابی والے فیلڈ کی طاقت

گیلیئم نائٹرائڈ اور سلکان کاربائیڈ کے بریک ڈاؤن فیلڈز نسبتاً ملتے جلتے ہیں، گیلیئم نائٹرائڈ کا بریک ڈاؤن فیلڈ 3.3 ایم وی/سینٹی میٹر ہے اور سلکان کاربائیڈ کا بریک ڈاؤن فیلڈ 3.5 ایم وی/سینٹی میٹر ہے۔ یہ خرابی والے فیلڈز مرکبات کو زیادہ وولٹیج کو باقاعدہ سلکان سے بہتر طور پر سنبھالنے کی اجازت دیتے ہیں۔ سلکان میں 0.3 MV/cm کی خرابی کی فیلڈ ہے، جس کا مطلب ہے کہ GaN اور SiC زیادہ وولٹیج کو برقرار رکھنے کی تقریباً دس گنا زیادہ صلاحیت رکھتے ہیں۔ وہ نمایاں طور پر چھوٹے آلات کا استعمال کرتے ہوئے کم وولٹیج کی حمایت کرنے کے قابل بھی ہیں۔

3. ہائی الیکٹران موبلٹی ٹرانزسٹر (HEMT)

GAN اور SIC کے درمیان سب سے اہم فرق ان کی الیکٹران کی نقل و حرکت ہے ، جو اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ سیمیکمڈکٹر مواد کے ذریعہ الیکٹران کس طرح تیزی سے آگے بڑھتے ہیں۔ سب سے پہلے ، سلیکن میں الیکٹران کی نقل و حرکت 1500 سینٹی میٹر^2/بمقابلہ ہے۔ گان کے پاس الیکٹران کی نقل و حرکت 2000 سینٹی میٹر^2/بمقابلہ ہے ، جس کا مطلب ہے کہ الیکٹران سلیکن کے الیکٹرانوں سے 30 فیصد سے زیادہ تیز حرکت کرتے ہیں۔ تاہم ، ایس آئی سی کی الیکٹران کی نقل و حرکت 650 سینٹی میٹر^2/بمقابلہ ہے ، جس کا مطلب ہے کہ ایس آئی سی کے الیکٹران گان اور سی کے الیکٹرانوں سے آہستہ آہستہ حرکت کرتے ہیں۔ اس طرح کی اعلی الیکٹران کی نقل و حرکت کے ساتھ ، GAN اعلی تعدد ایپلی کیشنز کے ل almost تقریبا three تین گنا زیادہ قابل ہے۔ الیکٹران GAN سیمیکمڈکٹرز کے ذریعے ایس آئی سی سے کہیں زیادہ تیزی سے آگے بڑھ سکتے ہیں۔

4. گان اور ایس آئی سی کی تھرمل چالکتا

کسی مواد کی حرارتی چالکتا اس کی حرارت کو اپنے ذریعے منتقل کرنے کی صلاحیت ہے۔ حرارتی چالکتا براہ راست مواد کے درجہ حرارت کو متاثر کرتی ہے، اس ماحول کو دیکھتے ہوئے جس میں اسے استعمال کیا جاتا ہے۔ ہائی پاور ایپلی کیشنز میں، مواد کی غیر موثریت گرمی پیدا کرتی ہے، جو مواد کے درجہ حرارت کو بڑھاتی ہے اور بعد میں اس کی برقی خصوصیات کو تبدیل کرتی ہے. GaN کی تھرمل چالکتا 1.3 W/cmK ہے، جو درحقیقت سلیکون سے بدتر ہے، جس کی چالکتا 1.5 W/cmK ہے۔ تاہم، SiC کی تھرمل چالکتا 5 W/cmK ہے، جو اسے گرمی کے بوجھ کو منتقل کرنے میں تقریباً تین گنا بہتر بناتی ہے۔ یہ خاصیت SiC کو ہائی پاور، ہائی ٹمپریچر ایپلی کیشنز میں انتہائی فائدہ مند بناتی ہے۔

5. سیمیکمڈکٹر ویفر مینوفیکچرنگ کا عمل

موجودہ مینوفیکچرنگ کے عمل GAN اور SIC کے لئے ایک محدود عنصر ہیں کیونکہ وہ وسیع پیمانے پر اپنایا ہوا سلیکن مینوفیکچرنگ کے عمل سے کہیں زیادہ مہنگے ، کم عین مطابق ، یا زیادہ توانائی سے زیادہ ہیں۔ مثال کے طور پر ، گان میں ایک چھوٹے سے علاقے میں بڑی تعداد میں کرسٹل نقائص ہوتے ہیں۔ دوسری طرف ، سلیکن ، صرف 100 نقائص فی مربع سینٹی میٹر پر مشتمل ہوسکتا ہے۔ ظاہر ہے ، یہ بہت بڑی عیب شرح GAN کو غیر موثر بناتی ہے۔ اگرچہ حالیہ برسوں میں مینوفیکچررز نے بڑی پیشرفت کی ہے ، لیکن گان اب بھی سیمیکمڈکٹر ڈیزائن کی سخت ضروریات کو پورا کرنے کے لئے جدوجہد کر رہا ہے۔

6. پاور سیمیکمڈکٹر مارکیٹ

سلیکن کے مقابلے میں ، موجودہ مینوفیکچرنگ ٹکنالوجی گیلیم نائٹریڈ اور سلیکن کاربائڈ کی لاگت کی تاثیر کو محدود کرتی ہے ، جس سے دونوں اعلی طاقت والے مواد کو قلیل مدت میں زیادہ مہنگا بنا دیا جاتا ہے۔ تاہم ، دونوں مواد کو مخصوص سیمیکمڈکٹر ایپلی کیشنز میں مضبوط فوائد ہیں۔

سلیکن کاربائڈ قلیل مدت میں زیادہ موثر مصنوعات ہوسکتی ہے کیونکہ گیلیم نائٹرائڈ سے زیادہ بڑے اور یکساں ایس آئی سی ویفر تیار کرنا آسان ہے۔ وقت گزرنے کے ساتھ ، گیلیم نائٹریڈ کو اپنی جگہ کو چھوٹی ، اعلی تعدد مصنوعات میں مل جائے گا جس کی وجہ سے اس کی اعلی الیکٹران کی نقل و حرکت ہے۔ سلیکن کاربائڈ بڑی بجلی کی مصنوعات میں زیادہ مطلوبہ ہوگی کیونکہ اس کی بجلی کی صلاحیتیں گیلیم نائٹریڈ کی تھرمل چالکتا سے زیادہ ہیں۔

گیلیم نائٹریڈ اینڈی سلیکن کاربائڈ ڈیوائسز سلیکن سیمیکمڈکٹر (ایل ڈی ایم او ایس) موسفٹ اور سپرجکشن موسفٹ کے ساتھ مقابلہ کرتی ہیں۔ GAN اور SIC آلات کچھ طریقوں سے ایک جیسے ہیں ، لیکن اس میں اہم اختلافات بھی ہیں۔

تصویر 1. ہائی وولٹیج، ہائی کرنٹ، سوئچنگ فریکوئنسی، اور بڑے ایپلی کیشن ایریاز کے درمیان تعلق۔

وائڈ بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز

ڈبلیو بی جی کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز میں زیادہ الیکٹران کی نقل و حرکت اور اعلی بینڈ گیپ توانائی ہوتی ہے، جو سلکان پر اعلی خصوصیات میں ترجمہ کرتی ہے۔ ڈبلیو بی جی کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز سے بنے ٹرانزسٹروں میں بریک ڈاؤن وولٹیجز اور اعلی درجہ حرارت کو برداشت کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔ یہ ڈیوائسز ہائی وولٹیج اور ہائی پاور ایپلی کیشنز میں سلیکون پر فائدے پیش کرتی ہیں۔

چترا 2۔ ایک دوہری ڈیلی ڈبل-ایف ای ٹی کاسکیڈ سرکٹ ایک GAN ٹرانجسٹر کو عام طور پر آف ڈیوائس میں تبدیل کرتا ہے ، جس سے اعلی طاقت والے سوئچنگ سرکٹس میں معیاری اضافہ کے طریقہ کار کو قابل بناتا ہے۔

ڈبلیو بی جی ٹرانجسٹرز بھی سلیکن سے زیادہ تیزی سے سوئچ کرتے ہیں اور اعلی تعدد پر کام کرسکتے ہیں۔ کم "آن" مزاحمت کا مطلب ہے کہ وہ کم طاقت کو ختم کرتے ہیں ، توانائی کی کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں۔ خصوصیات کا یہ انوکھا امتزاج ان آلات کو آٹوموٹو ایپلی کیشنز ، خاص طور پر ہائبرڈ اور الیکٹرک گاڑیوں میں سب سے زیادہ مطالبہ کرنے والے سرکٹس کے لئے پرکشش بنا دیتا ہے۔

آٹوموٹو برقی آلات میں چیلنجوں کا مقابلہ کرنے کے لیے GaN اور SiC ٹرانجسٹر

دونوں اور SiC آلات کے اہم فوائد: ہائی وولٹیج کی صلاحیت، 650 V، 900 V اور 1200 V آلات کے ساتھ،

سلیکن کاربائڈ:

اعلی 1700V.3300V اور 6500V۔

تیز رفتار سوئچنگ کی رفتار ،

اعلی آپریٹنگ درجہ حرارت۔

مزاحمت ، کم سے کم بجلی کی کھپت ، اور اعلی توانائی کی کارکردگی پر کم۔

گان ڈیوائسز

ایپلی کیشنز کو تبدیل کرنے میں ، بڑھاوا دینے کے موڈ (یا ای موڈ) آلات ، جو عام طور پر "آف" ہوتے ہیں ، کو ترجیح دی جاتی ہے ، جس کی وجہ سے ای موڈ گان ڈیوائسز کی ترقی ہوتی ہے۔ پہلے دو ایف ای ٹی آلات (شکل 2) کا جھرن آیا۔ اب ، معیاری ای موڈ گین ڈیوائسز دستیاب ہیں۔ وہ 10 میگا ہرٹز تک تعدد پر سوئچ کرسکتے ہیں اور دسیوں کلو واٹ تک بجلی کی سطح۔

دونوں آلات وسیع پیمانے پر وائرلیس آلات میں 100 GHz تک کی فریکوئنسیوں پر پاور ایمپلیفائر کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ استعمال کے کچھ اہم کیسز سیلولر بیس سٹیشن پاور ایمپلیفائر، ملٹری ریڈار، سیٹلائٹ ٹرانسمیٹر، اور جنرل آر ایف ایمپلیفیکیشن ہیں۔ تاہم، ہائی وولٹیج (1,000 V تک)، اعلی درجہ حرارت، اور تیز سوئچنگ کی وجہ سے، وہ مختلف سوئچنگ پاور ایپلی کیشنز جیسے DC-DC کنورٹرز، انورٹرز، اور بیٹری چارجرز میں بھی شامل ہیں۔

SiC ڈیوائسز

SiC ٹرانجسٹر قدرتی ای موڈ MOSFETs ہیں۔ یہ آلات 1 میگاہرٹز تک فریکوئنسیوں پر اور وولٹیج اور موجودہ سطحوں پر سلکان MOSFETs سے بہت زیادہ سوئچ کر سکتے ہیں۔ زیادہ سے زیادہ ڈرین سورس وولٹیج تقریباً 1,800 V تک ہے، اور موجودہ صلاحیت 100 amps ہے۔ مزید برآں، SiC ڈیوائسز میں سلیکون MOSFETs کے مقابلے میں بہت کم مزاحمت ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں تمام سوئچنگ پاور سپلائی ایپلی کیشنز (SMPS ڈیزائن) میں اعلی کارکردگی ہوتی ہے۔

ایس آئی سی ڈیوائسز کو کم سے کم مزاحمت کے ساتھ ڈیوائس کو آن کرنے کے لئے 18 سے 20 وولٹ کی گیٹ وولٹیج ڈرائیو کی ضرورت ہوتی ہے۔ معیاری ایس آئی موسفیٹس کو مکمل طور پر آن کرنے کے لئے گیٹ پر 10 سے کم وولٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ مزید برآں ، ایس آئی سی ڈیوائسز کو آف اسٹیٹ میں جانے کے لئے -3 سے -5 V گیٹ ڈرائیو کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہائی وولٹیج ، ایس آئی سی ایم او ایس ایف ای ٹی کی اعلی موجودہ صلاحیتیں انہیں آٹوموٹو پاور سرکٹس کے ل ideal مثالی بناتی ہیں۔

بہت سی ایپلی کیشنز میں، IGBTs کو SiC آلات سے تبدیل کیا جا رہا ہے۔ SiC ڈیوائسز اعلی تعدد پر سوئچ کر سکتے ہیں، کارکردگی کو بہتر بناتے ہوئے انڈکٹرز یا ٹرانسفارمرز کے سائز اور لاگت کو کم کر سکتے ہیں۔ مزید برآں، SiC GaN سے زیادہ کرنٹ کو سنبھال سکتا ہے۔

GAN اور SIC آلات ، خاص طور پر سلیکن LDMOS MOSFETS ، SUPERJunction MOSFETS ، اور IGBTS کے مابین مقابلہ ہے۔ بہت ساری ایپلی کیشنز میں ، ان کی جگہ گان اور ایس آئی سی ٹرانجسٹروں نے لے جایا ہے۔

دونوں بمقابلہ SiC موازنہ کا خلاصہ کرنے کے لیے، یہاں جھلکیاں ہیں:

دونوں Si سے زیادہ تیزی سے سوئچ کرتا ہے۔

SiC GaN سے زیادہ وولٹیج پر کام کرتا ہے۔

ایس آئی سی کو ہائی گیٹ ڈرائیو وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔

GAN اور SIC کے ساتھ ڈیزائن کرکے بہت سے پاور سرکٹس اور آلات کو بہتر بنایا جاسکتا ہے۔ سب سے بڑا فائدہ اٹھانے والوں میں سے ایک آٹوموٹو بجلی کا نظام ہے۔ جدید ہائبرڈ اور الیکٹرک گاڑیوں میں وہ آلات ہوتے ہیں جو ان آلات کو استعمال کرسکتے ہیں۔ کچھ مشہور ایپلی کیشنز میں OBCs ، DC-DC کنورٹرز ، موٹر ڈرائیوز اور لیدر ہیں۔ چترا 3 برقی گاڑیوں میں اہم سب سسٹم کی نشاندہی کرتی ہے جس میں اعلی پاور سوئچنگ ٹرانجسٹروں کی ضرورت ہوتی ہے۔

چترا 3۔ ہائبرڈ اور الیکٹرک گاڑیوں کے لئے ڈبلیو بی جی آن بورڈ چارجر (او بی سی)۔ AC ان پٹ کی اصلاح کی جاتی ہے ، پاور فیکٹر کو درست کیا جاتا ہے (پی ایف سی) ، اور پھر DC-DC تبدیل کیا جاتا ہے

DC-DC کنورٹر. یہ ایک پاور سرکٹ ہے جو دیگر برقی آلات کو چلانے کے لیے ہائی بیٹری وولٹیج کو کم وولٹیج میں بدل دیتا ہے۔ آج کی بیٹری وولٹیج 600V یا 900V تک ہے۔ DC-DC کنورٹر اسے 48V یا 12V، یا دونوں، دوسرے الیکٹرانک اجزاء کے آپریشن کے لیے نیچے لے جاتا ہے (شکل 3)۔ ہائبرڈ الیکٹرک اور الیکٹرک گاڑیوں (HEVEVs) میں، DC-DC کو بیٹری پیک اور انورٹر کے درمیان ہائی وولٹیج بس کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔

آن بورڈ چارجرز (OBCs). پلگ ان HEVEVs اور EVs میں ایک اندرونی بیٹری چارجر ہوتا ہے جسے AC مین سپلائی سے منسلک کیا جا سکتا ہے۔ یہ بیرونی AC−DC چارجر کی ضرورت کے بغیر گھر پر چارج کرنے کی اجازت دیتا ہے (شکل 4)۔

مین ڈرائیو موٹر ڈرائیور. مین ڈرائیو موٹر ایک اعلی آؤٹ پٹ AC موٹر ہے جو گاڑی کے پہیے چلاتی ہے۔ ڈرائیور ایک انورٹر ہے جو موٹر کو موڑنے کے لئے بیٹری وولٹیج کو تین فیز AC میں تبدیل کرتا ہے۔

چترا 4۔ ایک عام DC-DC کنورٹر اعلی بیٹری وولٹیج کو 12 V اور/یا 48 V. IGBTs میں تبدیل کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے۔

GAN اور SIC ٹرانجسٹرس آٹوموٹو الیکٹریکل ڈیزائنرز لچک اور آسان ڈیزائن کے ساتھ ساتھ اعلی کارکردگی کی وجہ سے ان کی اعلی وولٹیج ، اعلی موجودہ اور تیز رفتار سوئچنگ خصوصیات کی وجہ سے پیش کرتے ہیں۔

ویٹیک سیمیکمڈکٹر ایک پیشہ ور چینی صنعت کار ہےٹینٹلم کاربائڈ کوٹنگ, سلیکن کاربائڈ کوٹنگ, GAN مصنوعات, خصوصی گریفائٹ, سلیکن کاربائیڈ سیرامکساوردیگر سیمی کنڈکٹر سیرامکس. VeTek Semiconductor سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے لیے مختلف کوٹنگ مصنوعات کے لیے جدید حل فراہم کرنے کے لیے پرعزم ہے۔

اگر آپ کے پاس کوئی پوچھ گچھ ہے یا آپ کو اضافی تفصیلات کی ضرورت ہے تو ، براہ کرم ہم سے رابطہ کرنے میں سنکوچ نہ کریں۔

موب/واٹس ایپ: +86-180 6922 0752

ای میل: any@veteksemi.com