সিলিকন কার্বাইড (SiC) এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) অ্যাপ্লিকেশনের মধ্যে পার্থক্য কী? - VeTek সেমিকন্ডাক্টর

SiCএবংGaN"ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর" (WBG) হিসাবে উল্লেখ করা হয়। ব্যবহৃত উত্পাদন প্রক্রিয়ার কারণে, WBG ডিভাইসগুলি নিম্নলিখিত সুবিধাগুলি দেখায়:

1. ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর

গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN)এবংসিলিকন কার্বাইড (SiC)ব্যান্ডগ্যাপ এবং ব্রেকডাউন ক্ষেত্রের ক্ষেত্রে তুলনামূলকভাবে একই রকম। গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের ব্যান্ডগ্যাপ হল 3.2 eV, যেখানে সিলিকন কার্বাইডের ব্যান্ডগ্যাপ হল 3.4 eV। যদিও এই মানগুলি একই রকম দেখা যায়, তবে এগুলি সিলিকনের ব্যান্ডগ্যাপের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। সিলিকনের ব্যান্ডগ্যাপ মাত্র 1.1 eV, যা গ্যালিয়াম নাইট্রাইড এবং সিলিকন কার্বাইডের চেয়ে তিনগুণ ছোট। এই যৌগগুলির উচ্চতর ব্যান্ডগ্যাপ গ্যালিয়াম নাইট্রাইড এবং সিলিকন কার্বাইডকে আরামদায়কভাবে উচ্চ ভোল্টেজ সার্কিট সমর্থন করতে দেয়, কিন্তু তারা সিলিকনের মতো কম ভোল্টেজ সার্কিট সমর্থন করতে পারে না।

2. ভাঙ্গন ক্ষেত্রের শক্তি

গ্যালিয়াম নাইট্রাইড এবং সিলিকন কার্বাইডের ভাঙ্গন ক্ষেত্রগুলি তুলনামূলকভাবে একই রকম, গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের 3.3 এমভি/সেমি এবং সিলিকন কার্বাইডের ভাঙ্গন ক্ষেত্র 3.5 এমভি/সেমি। এই ব্রেকডাউন ক্ষেত্রগুলি যৌগগুলিকে নিয়মিত সিলিকনের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চতর ভোল্টেজগুলি পরিচালনা করতে দেয়। সিলিকনের একটি ব্রেকডাউন ক্ষেত্র রয়েছে 0.3 MV/cm, যার মানে হল GaN এবং SiC প্রায় দশগুণ বেশি ভোল্টেজ ধরে রাখতে সক্ষম। তারা উল্লেখযোগ্যভাবে ছোট ডিভাইস ব্যবহার করে নিম্ন ভোল্টেজ সমর্থন করতে সক্ষম।

3. হাই ইলেক্ট্রন মোবিলিটি ট্রানজিস্টর (HEMT)

GaN এবং SiC-এর মধ্যে সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য হল তাদের ইলেকট্রন গতিশীলতা, যা নির্দেশ করে যে ইলেক্ট্রনগুলি সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের মধ্য দিয়ে কত দ্রুত চলে। প্রথমত, সিলিকনের একটি ইলেক্ট্রন গতিশীলতা 1500 সেমি^2/Vs। GaN এর একটি ইলেক্ট্রন গতিশীলতা 2000 cm^2/Vs, যার মানে ইলেকট্রনগুলি সিলিকনের ইলেকট্রনের চেয়ে 30% বেশি দ্রুত গতিতে চলে। যাইহোক, SiC এর একটি ইলেক্ট্রন গতিশীলতা 650 cm^2/Vs, যার মানে হল SiC এর ইলেকট্রনগুলি GaN এবং Si এর ইলেকট্রনের চেয়ে ধীর গতিতে চলে। এই ধরনের উচ্চ ইলেকট্রন গতিশীলতার সাথে, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য GaN প্রায় তিনগুণ বেশি সক্ষম। ইলেক্ট্রনগুলি GaN সেমিকন্ডাক্টরের মাধ্যমে SiC এর চেয়ে অনেক দ্রুত গতিতে চলতে পারে।

4. GaN এবং SiC-এর তাপ পরিবাহিতা

একটি উপাদানের তাপ পরিবাহিতা হল তার নিজের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর করার ক্ষমতা। তাপ পরিবাহিতা একটি উপাদানের তাপমাত্রাকে সরাসরি প্রভাবিত করে, যে পরিবেশে এটি ব্যবহার করা হয়। উচ্চ-শক্তি প্রয়োগে, উপাদানের অদক্ষতা তাপ উৎপন্ন করে, যা উপাদানের তাপমাত্রা বাড়ায় এবং পরবর্তীকালে এর বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করে। GaN এর তাপ পরিবাহিতা 1.3 W/cmK, যা আসলে সিলিকনের চেয়ে খারাপ, যার পরিবাহিতা 1.5 W/cmK। যাইহোক, SiC-এর তাপ পরিবাহিতা 5 W/cmK, এটি তাপ লোড স্থানান্তর করার ক্ষেত্রে প্রায় তিনগুণ ভাল করে তোলে। এই বৈশিষ্ট্যটি উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-তাপমাত্রার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে SiC-কে অত্যন্ত সুবিধাজনক করে তোলে।

5. সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার উত্পাদন প্রক্রিয়া

বর্তমান উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলি GaN এবং SiC-এর জন্য একটি সীমিত কারণ কারণ এগুলি ব্যাপকভাবে গৃহীত সিলিকন উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলির চেয়ে বেশি ব্যয়বহুল, কম সুনির্দিষ্ট বা আরও শক্তি-নিবিড়। উদাহরণস্বরূপ, GaN-এ একটি ছোট অঞ্চলে প্রচুর পরিমাণে স্ফটিক ত্রুটি রয়েছে। অন্যদিকে, সিলিকন প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে মাত্র 100টি ত্রুটি থাকতে পারে। স্পষ্টতই, এই বিশাল ত্রুটির হার GaN কে অদক্ষ করে তোলে। যদিও নির্মাতারা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে দুর্দান্ত অগ্রগতি করেছেন, GaN এখনও কঠোর সেমিকন্ডাক্টর ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা মেটাতে লড়াই করছে।

6. পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টর মার্কেট

সিলিকনের তুলনায়, বর্তমান উৎপাদন প্রযুক্তি গ্যালিয়াম নাইট্রাইড এবং সিলিকন কার্বাইডের খরচ-কার্যকারিতাকে সীমিত করে, যা স্বল্পমেয়াদে উভয় উচ্চ-ক্ষমতার উপকরণকে আরও ব্যয়বহুল করে তোলে। যাইহোক, নির্দিষ্ট সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে উভয় উপকরণেরই শক্তিশালী সুবিধা রয়েছে।

সিলিকন কার্বাইড স্বল্পমেয়াদে আরও কার্যকর পণ্য হতে পারে কারণ গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের চেয়ে বড় এবং আরও অভিন্ন SiC ওয়েফার তৈরি করা সহজ। সময়ের সাথে সাথে, গ্যালিয়াম নাইট্রাইড তার উচ্চতর ইলেক্ট্রন গতিশীলতার কারণে ছোট, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পণ্যগুলিতে তার স্থান খুঁজে পাবে। সিলিকন কার্বাইড বৃহত্তর বিদ্যুতের পণ্যগুলিতে আরও পছন্দসই হবে কারণ এর শক্তি ক্ষমতা গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের তাপ পরিবাহিতা থেকে বেশি।

গ্যালিয়াম নাইট্রাইড একটিd সিলিকন কার্বাইড ডিভাইসগুলি সিলিকন সেমিকন্ডাক্টর (LDMOS) MOSFET এবং সুপারজাংশন MOSFET-এর সাথে প্রতিযোগিতা করে। GaN এবং SiC ডিভাইসগুলি কিছু উপায়ে একই রকম, তবে উল্লেখযোগ্য পার্থক্যও রয়েছে।

চিত্র 1. উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ কারেন্ট, স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রধান প্রয়োগের ক্ষেত্রের মধ্যে সম্পর্ক।

ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর

WBG যৌগিক সেমিকন্ডাক্টরগুলির উচ্চতর ইলেকট্রন গতিশীলতা এবং উচ্চতর ব্যান্ডগ্যাপ শক্তি থাকে, যা সিলিকনের চেয়ে উচ্চতর বৈশিষ্ট্যে অনুবাদ করে। WBG যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর থেকে তৈরি ট্রানজিস্টরগুলির উচ্চতর ব্রেকডাউন ভোল্টেজ এবং উচ্চ তাপমাত্রার সহনশীলতা রয়েছে। এই ডিভাইসগুলি উচ্চ-ভোল্টেজ এবং উচ্চ-শক্তি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সিলিকনের চেয়ে সুবিধা দেয়।

চিত্র 2. একটি ডুয়াল-ডাই ডুয়াল-এফইটি ক্যাসকেড সার্কিট একটি GaN ট্রানজিস্টরকে একটি সাধারণভাবে বন্ধ ডিভাইসে রূপান্তর করে, যা উচ্চ-পাওয়ার সুইচিং সার্কিটে স্ট্যান্ডার্ড এনহ্যান্সমেন্ট-মোড অপারেশন সক্ষম করে

WBG ট্রানজিস্টরগুলিও সিলিকনের চেয়ে দ্রুত স্যুইচ করে এবং উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে। নিম্ন "চালু" প্রতিরোধের মানে তারা কম শক্তি নষ্ট করে, শক্তির দক্ষতা উন্নত করে। স্বয়ংচালিত অ্যাপ্লিকেশন, বিশেষত হাইব্রিড এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনের জন্য সবচেয়ে চাহিদাপূর্ণ কিছু সার্কিটের জন্য বৈশিষ্ট্যগুলির এই অনন্য সমন্বয় এই ডিভাইসগুলিকে আকর্ষণীয় করে তোলে।

GaN এবং SiC ট্রানজিস্টরগুলি স্বয়ংচালিত বৈদ্যুতিক সরঞ্জামগুলিতে চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করতে

GaN এবং SiC ডিভাইসের মূল সুবিধা: উচ্চ ভোল্টেজ ক্ষমতা, 650 V, 900 V এবং 1200 V ডিভাইস সহ,

সিলিকন কার্বাইড:

উচ্চতর 1700V.3300V এবং 6500V।

দ্রুত স্যুইচিং গতি,

উচ্চ অপারেটিং তাপমাত্রা.

প্রতিরোধ ক্ষমতা কম, ন্যূনতম শক্তি অপচয়, এবং উচ্চ শক্তি দক্ষতা।

GaN ডিভাইস

অ্যাপ্লিকেশানগুলি স্যুইচ করার ক্ষেত্রে, এনহ্যান্সমেন্ট-মোড (বা ই-মোড) ডিভাইসগুলি, যা সাধারণত "বন্ধ" থাকে, পছন্দ করা হয়, যা ই-মোড GaN ডিভাইসগুলির বিকাশের দিকে পরিচালিত করে৷ প্রথমে দুটি FET ডিভাইসের ক্যাসকেড এসেছে (চিত্র 2)। এখন, স্ট্যান্ডার্ড ই-মোড GaN ডিভাইস পাওয়া যায়। তারা 10 MHz পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সি এবং দশ কিলোওয়াট পর্যন্ত পাওয়ার লেভেলে স্যুইচ করতে পারে।

GaN ডিভাইসগুলি 100 GHz পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে পাওয়ার পরিবর্ধক হিসাবে বেতার সরঞ্জামগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। সেলুলার বেস স্টেশন পাওয়ার এম্প্লিফায়ার, মিলিটারি রাডার, স্যাটেলাইট ট্রান্সমিটার এবং সাধারণ আরএফ অ্যামপ্লিফিকেশনের কিছু প্রধান ব্যবহার। যাইহোক, উচ্চ ভোল্টেজ (1,000 V পর্যন্ত), উচ্চ তাপমাত্রা এবং দ্রুত স্যুইচিংয়ের কারণে, এগুলি ডিসি-ডিসি কনভার্টার, ইনভার্টার এবং ব্যাটারি চার্জারগুলির মতো বিভিন্ন সুইচিং পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতেও অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে।

SiC ডিভাইস

SiC ট্রানজিস্টর হল প্রাকৃতিক ই-মোড MOSFET। এই ডিভাইসগুলি 1 MHz পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে এবং সিলিকন MOSFET-এর তুলনায় অনেক বেশি ভোল্টেজ এবং বর্তমান স্তরে স্যুইচ করতে পারে। সর্বাধিক ড্রেন-সোর্স ভোল্টেজ প্রায় 1,800 V পর্যন্ত, এবং বর্তমান ক্ষমতা 100 amps। অতিরিক্তভাবে, সিলিকন MOSFET-এর তুলনায় SiC ডিভাইসের অন-প্রতিরোধ অনেক কম থাকে, যার ফলে সমস্ত সুইচিং পাওয়ার সাপ্লাই অ্যাপ্লিকেশনে (SMPS ডিজাইন) উচ্চতর দক্ষতা থাকে।

SiC ডিভাইসে কম অন-রেজিস্ট্যান্স সহ ডিভাইস চালু করার জন্য 18 থেকে 20 ভোল্টের একটি গেট ভোল্টেজ ড্রাইভ প্রয়োজন। স্ট্যান্ডার্ড Si MOSFETs সম্পূর্ণরূপে চালু করার জন্য গেটে 10 ভোল্টের কম প্রয়োজন। অতিরিক্তভাবে, SiC ডিভাইসগুলির অফ স্টেটে স্যুইচ করার জন্য একটি -3 থেকে -5 V গেট ড্রাইভ প্রয়োজন। SiC MOSFET-এর উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ কারেন্ট ক্ষমতা এগুলোকে স্বয়ংচালিত পাওয়ার সার্কিটের জন্য আদর্শ করে তোলে।

In many applications, IGBTs are being replaced by SiC devices. SiC devices can switch at higher frequencies, reducing the size and cost of inductors or transformers while improving efficiency. Additionally, SiC can handle higher currents than GaN.

GaN এবং SiC ডিভাইসের মধ্যে প্রতিযোগিতা রয়েছে, বিশেষ করে সিলিকন LDMOS MOSFETs, সুপারজাংশন MOSFETs, এবং IGBTs। অনেক অ্যাপ্লিকেশনে, তারা GaN এবং SiC ট্রানজিস্টর দ্বারা প্রতিস্থাপিত হচ্ছে।

GaN বনাম SiC তুলনা সংক্ষিপ্ত করার জন্য, এখানে হাইলাইটগুলি রয়েছে:

GaN Si এর চেয়ে দ্রুত সুইচ করে।

SiC GaN এর চেয়ে বেশি ভোল্টেজে কাজ করে।

SiC উচ্চ গেট ড্রাইভ ভোল্টেজ প্রয়োজন.

অনেক পাওয়ার সার্কিট এবং ডিভাইস GaN এবং SiC দিয়ে ডিজাইন করে উন্নত করা যেতে পারে। সবচেয়ে বড় সুবিধাভোগীদের মধ্যে একটি হল স্বয়ংচালিত বৈদ্যুতিক ব্যবস্থা। আধুনিক হাইব্রিড এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনগুলিতে এমন ডিভাইস রয়েছে যা এই ডিভাইসগুলি ব্যবহার করতে পারে। কিছু জনপ্রিয় অ্যাপ্লিকেশন হল ওবিসি, ডিসি-ডিসি রূপান্তরকারী, মোটর ড্রাইভ এবং লিডার। চিত্র 3 বৈদ্যুতিক যানের প্রধান সাবসিস্টেমগুলিকে নির্দেশ করে যেগুলির জন্য উচ্চ শক্তি স্যুইচিং ট্রানজিস্টর প্রয়োজন৷

চিত্র 3. হাইব্রিড এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনের জন্য WBG অন-বোর্ড চার্জার (OBC)। এসি ইনপুট সংশোধন করা হয়, পাওয়ার ফ্যাক্টর সংশোধন করা হয় (PFC), এবং তারপর DC-DC রূপান্তরিত হয়

ডিসি-ডিসি কনভার্টার. এটি একটি পাওয়ার সার্কিট যা অন্যান্য বৈদ্যুতিক ডিভাইসগুলি চালানোর জন্য উচ্চ ব্যাটারি ভোল্টেজকে কম ভোল্টেজে রূপান্তর করে। আজকের ব্যাটারি ভোল্টেজের রেঞ্জ 600V বা 900V পর্যন্ত। DC-DC রূপান্তরকারী অন্যান্য ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির অপারেশনের জন্য এটিকে 48V বা 12V, বা উভয়েই নামিয়ে দেয় (চিত্র 3)। হাইব্রিড বৈদ্যুতিক এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনে (HEVEVs), DC-DC ব্যাটারি প্যাক এবং ইনভার্টারের মধ্যে উচ্চ-ভোল্টেজ বাসের জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে।

অন-বোর্ড চার্জার (ওবিসি). প্লাগ-ইন এইচইভিইভি এবং ইভিতে একটি অভ্যন্তরীণ ব্যাটারি চার্জার থাকে যা একটি এসি মেইন সরবরাহের সাথে সংযুক্ত হতে পারে। এটি একটি বাহ্যিক AC−DC চার্জারের প্রয়োজন ছাড়াই বাড়িতে চার্জ করার অনুমতি দেয় (চিত্র 4)।

প্রধান ড্রাইভ মোটর চালক. প্রধান ড্রাইভ মোটর একটি উচ্চ-আউটপুট এসি মোটর যা গাড়ির চাকা চালায়। ড্রাইভার হল একটি বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল যা মোটর চালু করতে ব্যাটারি ভোল্টেজকে তিন-ফেজ এসি-তে রূপান্তর করে।

চিত্র 4. একটি সাধারণ DC-DC কনভার্টার উচ্চ ব্যাটারি ভোল্টেজগুলিকে 12 V এবং/অথবা 48 V তে রূপান্তর করতে ব্যবহৃত হয়৷ উচ্চ-ভোল্টেজ সেতুতে ব্যবহৃত IGBTগুলিকে SiC MOSFETs দ্বারা প্রতিস্থাপিত করা হচ্ছে৷

GaN এবং SiC ট্রানজিস্টরগুলি স্বয়ংচালিত বৈদ্যুতিক ডিজাইনারদের নমনীয়তা এবং সহজ ডিজাইনের পাশাপাশি উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ কারেন্ট এবং দ্রুত পরিবর্তনের বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে উচ্চতর কর্মক্ষমতা প্রদান করে।

VeTek সেমিকন্ডাক্টর হল একটি পেশাদার চীনা প্রস্তুতকারকট্যানটালাম কার্বাইড লেপ, সিলিকন কার্বাইড আবরণ, GaN পণ্য, বিশেষ গ্রাফাইট, সিলিকন কার্বাইড সিরামিকএবংঅন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর সিরামিক. VeTek সেমিকন্ডাক্টর সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের জন্য বিভিন্ন আবরণ পণ্যের জন্য উন্নত সমাধান প্রদান করতে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ।

যদি আপনার কোন জিজ্ঞাসা থাকে বা অতিরিক্ত বিবরণ প্রয়োজন, আমাদের সাথে যোগাযোগ করতে দ্বিধা করবেন না দয়া করে.

মোব/হোয়াটসঅ্যাপ: +86-180 6922 0752

ইমেইল: anny@veteksemi.com