GaN 對(duì)地球有益的三種方式

GaN 對(duì)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(shí)現(xiàn)碳中和未來(lái)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

以下是 GaN 用于優(yōu)化電源設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)物的能效顯著提高。

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

2. 減少制造排放

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

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(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)相同的性能意味著每個(gè)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(gè)芯片的整體占用空間會(huì)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(jì)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(huì)降低。這通常是因?yàn)閭鹘y(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(shí)現(xiàn)更高的效率

然而，GaN 通過(guò)消除反向恢復(fù)損耗改變了這種說(shuō)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(wú)源元件可以小得多。

更小的無(wú)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(yùn)輸成本。

綠色 GaN 的未來(lái)

在不止一個(gè)方面，GaN 具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以為電子行業(yè)實(shí)現(xiàn)更綠色、更碳中和的未來(lái)。一些半導(dǎo)體公司甚至將 GaN 的較低環(huán)境影響作為價(jià)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(guò)利用 GaN 的高開關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻來(lái)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(duì)抗全球電子廢物戰(zhàn)的另一種方式。

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