Вот подборка обязательных к прочтению новостей этой недели о материалах SiC, GaN и Wide Bandgap!

Новости SiC

Отраслевой взгляд на силовую электронику для электромобилей

Глобальное стремление сократить выбросы углекислого газа в атмосферу в автомобилестроении привело к постепенному отказу от бензиновых автомобилей и росту популярности электромобилей. Ведущие производители электромобилей недавно снизили цены, чтобы конкурировать за доли рынка, несмотря на быстрое расширение рынка. Для быстрой зарядки и увеличения дальности движения все больше электромобилей используют аккумуляторы напряжением 800 В с широкополосными SiC-инверторами тяги, которые более эффективны и имеют более высокую плотность мощности, чем Si-аккумуляторы.

Тем не менее, снизить затраты на подложку из SiC и эпитаксию непросто. Однако переключатели питания GaN обеспечивают быстрое переключение в преобразователях постоянного тока и бортовых зарядных устройствах электромобилей, уменьшая форм-фактор модуля. Из-за проблем с надежностью при высоких напряжениях, связанных с гетероэпитаксиальными дефектами, GaN не находит широкого применения в электромобилях. В этом обзоре рассматривается силовая электроника Si, SiC и GaN для электромобилей на всех уровнях — от устройства до схемы и модуля. При сравнении конкурирующих технологий оцениваются три ключевых компонента, обеспечивающих рост производства силовой электроники для электромобилей, — эффективность, стоимость и надежность.

NXP и ZF совместно разрабатывают тяговые преобразователи на основе SiC

Компания NXP Semiconductors объявила о сотрудничестве с ZF в разработке тяговых инверторов нового поколения на базе SiC для электромобилей. Благодаря использованию усовершенствованных высоковольтных драйверов с изолированным затвором GD316x от NXP, эти решения предназначены для ускорения внедрения устройств с напряжением питания 800 В и SiC.

Компания NXP утверждает, что ее серия сложных, функционально безопасных, изолированных высоковольтных вентильных приводов GD316x объединяет различные настраиваемые функции управления, диагностики, мониторинга и защиты для управления самыми современными силовыми модулями SiC для автомобильных тяговых инверторов. Конструкция системы упрощена, а занимаемая площадь уменьшена благодаря высокому уровню интеграции. Эти функции направлены на снижение уровня помех от электромагнитной совместимости (ЭМС) и минимизацию потерь энергии при переключении, что приводит к повышению эффективности. Быстрое срабатывание защиты от короткого замыкания, составляющее менее 1 микросекунды, в сочетании с надежными и настраиваемыми схемами привода затвора повышают производительность силовых модулей SiC в тяговом инверторе.

Новый бренд ROHM EcoSiC™ сочетает в себе производительность и экологичность

Компания ROHM представила свою последнюю линейку продуктов под брендом EcoSiC™. EcoSiC™ является зарегистрированной торговой маркой, которую компания ROHM использует для своих изделий, изготовленных с использованием инновационного материала, известного как карбид кремния (SiC). Карбид кремния (SiC) широко признан в качестве важнейшего материала для разработки передовых силовых полупроводниковых приборов в будущем. Технология обеспечивает заметные преимущества с точки зрения эффективности и надежности, особенно в таких сложных областях применения, как электромобили, промышленное оборудование и системы возобновляемой энергетики. С выпуском EcoSiC™ компания ROHM зарекомендовала себя как поставщик передовых и экологически чистых решений

SiCSem планирует построить завод в Одише, сотрудничает с IIT

Компания SiCSem Private Limited, расположенная в Ченнаи, намерена создать в Одише предприятие по производству, сборке, тестированию и упаковке SiC process (ATMP).

Эта инициатива позволит Индии достичь самообеспеченности в области силовых полупроводниковых устройств, используемых в новых технологиях, включая электромобили (EVS), быстрые зарядные устройства, системы экологически чистой энергетики, солнечные инверторы, системы управления двигателями и другие виды подключения, помимо 5G.

Первоначальным мероприятием в рамках сотрудничества является локализация процесса формирования кристаллов карбида кремния (SiC) в ИИТ Бхубанешвар. Ожидается, что эта инициатива обойдется в 45 крор рупий и направлена на внедрение опыта в крупномасштабном производстве пластин SiC толщиной 150 мм и 200 мм.

Новый “TRCDRIVE pack (TM)” от ROHM с формованным из SiC модулем 2-в-1: Значительно уменьшает размеры инвертора xEV

Компания ROHM Co., Ltd. создала четыре модели для серии TRCDRIVE pack (TM), состоящей из формованных из SiC модулей 2-в-1. Эти модули включают в себя два модуля с напряжением 750 В (BSTxxxD08P4A1x4) и два модуля с напряжением 1200 В (BSTxxxD12P4A1x1). Они были специально разработаны для тяговых инверторов xEV, используемых в электромобилях. Модуль TRCDRIVE (TM) имеет максимальную мощность 300 кВт и отличается высокой плотностью энергопотребления и характерным расположением клемм. Такая конструкция позволяет устранить основные трудности, с которыми сталкиваются тяговые инверторы, такие как уменьшение габаритов, повышение эффективности и минимизация трудозатрат.

Прогресс в создании общества, в котором не будет выбросов углекислого газа, стимулирует быстрое развитие автомобильной электрификации. В настоящее время продолжается разработка систем электрических силовых агрегатов, которые являются более эффективными, компактными и легкими. Тем не менее, стремление к использованию силовых устройств из SiC, которые становятся все более популярными в качестве важнейших элементов, оказалось серьезным препятствием на пути к получению минимальных потерь в компактной конструкции. Компания ROHM решает эти проблемы в силовых агрегатах, используя свой пакет TRCDRIVE (TM).

IDTechEx обобщает информацию о новом внедрении и будущих тенденциях SiC и GaN в электромобилях

SiC MOSFET — это транзистор, который обеспечивает высокую плотность мощности, повышенный КПД и более устойчив к высоким температурам. В результате электромобили получают такие преимущества, как увеличение дальности движения, более быстрое время зарядки и потенциальное снижение цен на электромобили с аккумуляторными батареями (BEV). За последние 5 лет использование МОП-транзисторов SiC в силовой электронике электромобилей (EV) значительно возросло.

Эти передовые компоненты широко используются такими производителями автомобилей, как Tesla и Hyundai. Согласно исследованию, проведенному IDTechEx, в 2023 году на долю инверторов SiC приходилось 28% рынка электромобилей с аккумуляторными батареями (BEV). Транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия (GaN HEMT) — относительно новая технология, которая в скором времени может оказать существенное влияние на рынок электромобилей (EV). Эти технологии обладают важными преимуществами с точки зрения эффективности, но они также сталкиваются со значительными препятствиями при внедрении, особенно в отношении их общей мощности. SiC-МОП-транзисторы и GaN-транзисторы HEM имеют значительные сходства и будут использоваться в секторе силовых полупроводников для автомобилей. Учитывая эти компромиссы, в каких областях бизнеса силовой электроники мы будем наблюдать внедрение SiC и GaN?

---

Новости GaN

Fraunhofer IZM обеспечивает двунаправленную зарядку с помощью встроенного зарядного устройства

Компания Fraunhofer IZM решила проблему разработки встроенного зарядного устройства, способного эффективно заряжаться от сети переменного тока в домашних условиях. Немецкий исследовательский центр создал встроенное зарядное устройство, которое уменьшает объем этих устройств до трех литров, сокращая объем вдвое по сравнению с традиционными зарядными устройствами, а также увеличивая мощность зарядки с 11 до 22 кВт.

Чтобы облегчить внедрение этого нового встроенного зарядного устройства, на заводе Fraunhofer IZM были созданы различные компоненты, которые были интегрированы в компактном корпусе. Одним из компонентов является синусоидально-амплитудный преобразователь (SAC), представляющий собой высокочастотный трансформатор, обеспечивающий гальваническую развязку между автомобильным аккумулятором и питающей сетью. Тем не менее, эффективному развитию SAC способствует использование полупроводников из нитрида галлия (GaN) – инновационных и мощных полупроводников с широкой энергетической запрещенной зоной, которые иногда называют широкополосными полупроводниками. Они позволяют включать и выключать трансформатор с тактовой частотой 1,3 МГц, то есть 1,3 миллиона раз в секунду.

Быстрый доступ к перспективному портфолио полевых транзисторов SuperGaN Power — это реальность

Высокопроизводительные и надежные силовые полупроводники SuperGaN от Transphorm завоевывают все большее распространение в отрасли силовой электроники благодаря использованию обширной коллекции интеллектуальной собственности GaN, которая включает более 1000 патентов. Инновации заключены в обычно неактивной платформе GaN d-mode, которая гарантирует исключительную долговечность и надежность. Продукты, в которых используются полевые транзисторы SuperGaN, обладают такими преимуществами, как повышенная удельная мощность, повышенный КПД и снижение общих затрат на энергосистему по сравнению с другими вариантами.

VisIC представляет новые GaN-транзисторы Gen 1+ 650 В/6 моМ и Gen 2+650 В/5 Мом на выставке PCIM

Компания VisIC Technologies Ltd, крупнейший поставщик устройств преобразования энергии с использованием транзисторов из нитрида галлия (GaN), представляет свои новейшие силовые устройства и силовые модули на выставке Power, Control and Intelligent Motion (PCIM) Europe 2024 в Нюрнберге, Германия. Компания представляет свои новые силовые устройства GaN HEMT Gen 1+ 650 В/6 Мом и Gen 2 + 650 В/5 Мом, а также новую линейку силовых модулей, способных выдерживать ток свыше 650 В/500 Мом. Эти продукты предназначены для использования в электромобилях с аккумуляторными батареями, центрах обработки данных с искусственным интеллектом и в системах использования возобновляемых источников энергии.

VisIC утверждает, что рынок быстро переходит от кремния к карбиду кремния (SiC) и в настоящее время переходит к новой тенденции использования GaN на кремнии для снижения выбросов углекислого газа (CO2) в системах преобразования энергии. Компания заявляет, что, используя 8-дюймовые (200 мм) пластины на основе кремния и новые 12-дюймовые (300 мм) пластины, они могут избежать каких-либо опасений по поводу нехватки поставок и добиться снижения затрат в будущем.

CML анонсирует усилитель мощности GaN Ka-диапазона

Компания CML Micro представила усилитель мощности из нитрида галлия (GaN) Ka-диапазона, который служит экономичным компонентом для коммерческих терминалов спутниковой связи, производимых в больших количествах.

CMX90A705 — это компактный двухкаскадный линейный усилитель мощности GaN с выходной мощностью насыщения +37,4 дБм (что эквивалентно 5,5 Вт). Он работает в диапазоне частот от 27,5 до 31 ГГц и обеспечивает незначительное усиление сигнала — 16,5 дБ. Он может служить как в качестве драйвера, так и в качестве конечной ступени усиления мощности в терминалах спутниковой связи.

Модуль PA был специально разработан для облегчения интеграции, его входные и выходные радиочастотные порты идеально согласованы на 50 Ом и оснащены встроенными блокирующими конденсаторами постоянного тока. Плата для тестирования включает в себя конденсаторы для развязки стока и питания затвора, которые специально разработаны для QPSK-модуляции.

Применение GaN, GaAs И SiGe

Нитрид галлия (GaN) находит все более широкое применение в широком спектре новых применений, демонстрируя свою адаптивность и исключительную производительность. Лидарные системы в автономных транспортных средствах, роботах и беспилотных летательных аппаратах используют высокую скорость переключения GaN.

Нитрид галлия (GaN) играет все более важную роль в телекоммуникационной инфраструктуре сетей 5G. GaN-on-SiC (карбид кремния) стал популярным благодаря своим исключительным характеристикам мощности, эффективности и полосы пропускания. Это делает его незаменимым элементом базовых станций, удаленных радиоголовок и крупных систем MIMO (с несколькими входами и несколькими выходами).

Технология GaN-on-Si (кремниевая) стала распространенным и важным компонентом сетей 5G, в частности, в диапазонах частот ниже 6 ГГц и миллиметровых волн. Она представляет собой экономичную альтернативу, которая становится все более популярной. Кроме того, исключительная плотность мощности и КПД GaN делают его весьма перспективным вариантом для усилителей мощности в телефонах 5G и установках с малыми ячейками, особенно в густонаселенных городских районах.

WIN Semis анонсирует технологию mmWave GaN-on-SiC

Тайваньская компания WIN Semiconductors, производящая композитные полупроводники, расширила ассортимент своих технологий RF GaN, представив бета-версию долговечного mmWave GaN на основе технологии SiC.

Платформа NP12-0B основана на технологии GaN HEMT с радиочастотным затвором толщиной 0,12 мкм, которая включает в себя ряд усовершенствований для повышения долговечности и устойчивости к влаге на уровне матрицы. NP12-0B включает в себя множество усовершенствований транзисторов, которые обеспечивают исключительную долговечность при использовании в условиях глубокого насыщения/высокой степени сжатия импульсных и непрерывных волн (CW).

Компания WIN заявляет, что новая технология устраняет эффект замедления импульсов, который обычно наблюдается в усилителях мощности GaN HEMT. В результате эта технология увеличивает дальность действия и чувствительность радиолокационных систем в импульсном режиме. Кроме того, модель NP12-0B обладает повышенной влагостойкостью, что обеспечивает исключительную устойчивость к влажности при использовании в пластиковых контейнерах.

---

Новости ГВБ

Второе издание полупроводниковой спинтроники с широкой запрещенной зоной

В настоящее время спинтроника исследуется во многих областях. Одной из областей, вызывающих интерес в последнее время, является полупроводниковая спинтроника, которая предполагает использование материалов, разработанных для электроники и оптоэлектроники, для управления спином частиц. Это позволяет создавать спиновые транзисторы и устройства квантовой логики, которые могут сочетать электронные и магнитные функции на одном полупроводниковом шаблоне. В этой книге основное внимание уделяется спинтронным характеристикам нитридных полупроводников III-V классов.

Ученые приручают квантовые биты в широко используемом полупроводниковом материале

Исследователи в этом исследовании изучали кубиты, построенные из вакансий в карбиде кремния (SiC), используя несколько теоретических подходов. Ранее исследователи имели ограниченные знания о контроле и манипулировании выбранным процессом формирования вакансий. Барьерные энергии, связанные с миграцией и комбинированием вакансий, представляют собой наиболее серьезные препятствия для теоретического анализа и компьютерного моделирования.

Исследователи из Среднезападного центра вычислительных материалов Министерства энергетики США (MICCoM) использовали передовые методы моделирования материалов и методику выборки на основе нейронных сетей, чтобы раскрыть атомистический механизм генерации кубитов из спиновых дефектов в полупроводнике с широкой запрещенной зоной. Исследователи продемонстрировали процесс, с помощью которого кубиты генерируются в SiC, очень многообещающем полупроводнике, который демонстрирует длительные периоды когерентности кубитов и обладает способностью инициализировать и считывать спины, используя только оптические методы. MICCoM — это центр вычислительных материаловедческих исследований, финансируемый Министерством энергетики. Основное внимание уделяется созданию программных средств с открытым исходным кодом, которые помогут ученым в моделировании и прогнозировании свойств и поведения функциональных материалов. Исследователи, участвующие в этой работе, связаны с Аргоннской национальной лабораторией и Чикагским университетом.

Идеальное сочетание – (U) Полупроводники WBG и информационные технологии революционизируют силовую электронику

В настоящее время ведется разработка нового типа передовой силовой электроники, известной как когнитивная силовая электроника, которая включает в себя дополнительные возможности искусственного интеллекта. Эти “системы восприятия” оснащены датчиками, которые могут определять различные физические характеристики, и встроенной электроникой, которая может немедленно собирать и анализировать данные. Электроприводы преобразуются в интегрированные интеллектуальные системы, обладающие информацией об их текущем рабочем состоянии. Электрические системы Cognitive power используют методы машинного обучения для точного прогнозирования и независимого реагирования как на внутренние, так и на внешние раздражители и происшествия.

Поразительно естественное совпадение: исследователи обнаружили, что при нагревании нитрида галлия и магния образуется сверхрешетка

Исследования, проведенные Университетом Нагои в Японии, показали, что при термической реакции нитрида галлия (GaN) с металлическим магнием (Mg) образуется уникальная сверхрешеточная структура. Это первый случай, когда исследователи успешно обнаружили включение двумерных металлических слоев в более крупный полупроводниковый материал.

Благодаря тщательному изучению материалов с использованием передовых методов определения характеристик, исследователи получили новое представление о процессах, связанных с легированием полупроводников и созданием упругих деформаций. Исследователи опубликовали свои открытия в научном издании, известном как журнал Nature.

Мировой рынок инверторов для электромобилей (EV), по прогнозам, вырастет до 13 миллиардов долларов к 2030 году, что составит 14% в годовом исчислении в 2024-2030 годах

Согласно последнему отраслевому исследованию, проведенному компанией Mobility Foresights, прогнозируется значительный рост рынка “Global EV Inverter 2024-2030”, который увеличится с 2,98 млрд долларов в 2023 году до 12,98 млрд долларов к 2030 году, а совокупный годовой темп роста (CAGR) составит 14%.

По прогнозам, в обозримом будущем рынок автомобильных инверторов значительно расширится, чему в первую очередь будет способствовать растущий спрос на электромобили (EV), в частности на электромобили с аккумуляторными батареями (BEV). Кроме того, строгие правила по выбросам вредных веществ и субсидии на электромобили еще больше ускоряют глобальный переход к электромобилям.

Наиболее существенный рост в 2024-2034 годах будет наблюдаться на рынках Китая и Европы, за которыми вплотную последуют США. Расширение рынка будет обусловлено растущим использованием электромобилей с аккумуляторными батареями (BEV) и гибридных электромобилей (HEV) на мировом рынке инверторных электромобилей (EV).

Гонконг присоединяется к китайско-американскому технологическому соревнованию

Целенаправленная политика Гонконга по инвестированию в полупроводники и технологии демонстрирует его намерение соответствовать амбициям Китая и воспользоваться лазейками в правилах США.

В мае 2024 года Финансовый комитет Законодательного совета обсудил вопрос о значительных инвестициях в размере 2,83 миллиарда гонконгских долларов в строительство “Гонконгского научно-исследовательского института микроэлектроники”, специализирующегося на полупроводниках третьего поколения. Это предприятие предполагает создание экспериментальной производственной линии, оснащенной необходимым оборудованием, включая оборудование для литографии I-line, инструменты для разработки фоторезистов, высокотемпературные ионные имплантеры, печи для высокотемпературного отжига и инструменты для изготовления тонких пленок. Финансирование было быстро одобрено всего за 84 минуты, благодаря настоятельной рекомендации министра технологий и инноваций Гонконга Сунь Дуна.

Хотя I-line литография считается более старой технологией по сравнению с литографией в глубоком ультрафиолетовом (DUV) и экстремальном ультрафиолетовом (EUV) излучении, она, тем не менее, играет жизненно важную роль в производстве определенных типов полупроводников. Примерами таких материалов являются полупроводники третьего поколения, такие как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN). Эти полупроводники используются в высокопроизводительных приложениях, но для них не всегда требуется исключительно точное разрешение, обеспечиваемое новейшими технологиями литографии.

Революционизирующие силовые полупроводники: трансформация и тенденции

За последнее десятилетие в области силовых полупроводников произошли заметные преобразования, свидетельствующие о том, что на горизонте грядут существенные перемены. Совокупный объем рынка силовой электроники, который включает в себя отдельные компоненты и интегрированные модули, достиг 20,9 млрд долларов США в 2022 году и, по прогнозам, увеличится до 33,3 млрд долларов США к 2028 году. На протяжении всей истории преобладающей технологией был кремний. Его разработка продолжается, поскольку в настоящее время он включает в себя 300-мм Si-MOSFET-транзисторы и IGBT-платформы, которые гарантируют его постоянную конкурентоспособность по стоимости. Однако именно быстрое развитие технологий с широкой запрещенной зоной (WBG), в частности карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN), в первую очередь привело к преобразованию отрасли.

Производство карбида кремния (SiC) значительно расширяется. Ожидается, что к 2029 году объем рынка силовой электроники SiC достигнет 10 миллиардов долларов США, что составит 28,6% мирового рынка. Этому способствуют такие технологические достижения, как использование платформ диаметром 200 мм, повышение плотности энергопотребления и эффективная комплектация силовых модулей. Тенденции усиливаются за счет продвижения к вертикальной интеграции в рамках экосистемы SiC. Такие компании, как STMicroelectronics, ROHM, onsemi и Wolfspeed, совершенствуют свои цепочки поставок, внедряя внутренние технологии изготовления подложек. Китайские компании, такие как Tankeblue, SICC, SemiSiC и другие, приложили значительные усилия для увеличения мощностей по производству пластин из SiC.

Технология нитрида галлия (GaN) получает значительное распространение в различных отраслях, таких как бытовая электроника и автомобилестроение. Она особенно активно применяется в устройствах быстрой зарядки и системах предотвращения перенапряжения, а также в системах электропитания бытовой техники и центров обработки данных. Инновации стимулируют разработку полупроводников следующего поколения, таких как объемный GaN, оксид галлия и алмаз.