与硅相比,制造过程更简单、能耗更低、成本更低的GaN功率IC符合未来可持续发展道路的需求
可持续能源是当今世界的一项重要需求。 发展中经济体努力建设能源基础设施,以支持工业并为偏远村庄供电。 与此同时,工业化经济体正在努力平衡对更多电力的相互冲突的需求,同时减少对环境的影响。 氮化镓IC为设计人员提供了可提高功率密度、提高效率并支持新应用的功率器件。 随着全球能源成本的上升,GaN器件的采用率急剧加快也就不足为奇了。
为什么选择氮化镓?
氮化镓是一种宽带隙材料,这意味着GaN可以支持比硅高得多的电场强度。 对于给定的电压,GaN结构的端接可以更紧密地结合在一起。这意味着GaN电子的传输效率是硅的1000多倍,并且只需移动硅电子十分之一的距离即可完成其预期工作。 因此,使用GaN电源IC的电路可以在更小的面积内提供比硅更高的效率。 GaN效率还转化为更好的电源设计热管理(热量=浪费:更少的浪费=更少的热量)。
为什么可持续能源很重要
必须了解85%的能源来自燃烧化石燃料[1]。 化石燃料以汽油的形式用于运输,但也以油的形式用于塑料、煤的润滑剂,有时用于取暖,有时用于钢铁生产。 由于化石燃料的供应有限,而且人们越来越意识到使用它们对环境的影响,因此不仅要使用风能和太阳能等替代能源,还要找到更有效利用能源的方法变得至关重要。
GaN功率IC打造更可持续的未来
与能源相关的成本有多种,包括发电、配电、储存、转换、消耗和清理的成本。 这些成本中的每一项都因能源类型及其使用方式而异。 GaN功率IC会对这些成本要素中的几个产生影响。
更高的速度、更低的生产成本、更小的尺寸和更低的电阻有助于提高电力利用率和改变拓扑结构,从而节省大量资金。 客户已经证明,通过使用GaN,他们可以节省约30%的电源能耗,约20%的更高效太阳能电池板产生的能源,以及约10%的数十亿台电机所用能源,这些能源消耗用于你的冰箱、空调、电动火车和工业自动化。 这三种应用每年可节省约8%的总用电量。
交通运输是将大容量应用从对化石燃料的依赖转变为电力的最明显机会。 全球能源消耗的26.6%来自交通运输。 [2] 运输每年消耗26,750TWh,其中70%是道路车辆,而这些道路车辆中只有不到1%是电动的。 [3]
电池电动汽车使用的能量大约是内燃机的三分之一。 如果所有汽车都转换为电动汽车,每年将节省约12000TWh。 此外,在这些系统中,GaN相对于硅的优势约为10%至15%,这意味着每年可节省100至1800TWh的能源。
GaN与硅的可持续性
与现有的硅技术相比,GaN提供了一个对可持续发展目标产生重大影响的机会。 首先,与硅相比,制造过程更简单、能耗更低、成本更低。
GaN是外延工艺中的关键元素,是铝生产的副产品(铝是一种广泛使用的矿物)。 晶圆加工是在现有的硅设施中完成的,但与硅生产相比,工艺步骤更少,工厂能源消耗更少。 此外,对于相同的电压和导通电阻,GaN器件比硅器件小得多,因此对于相同尺寸的晶圆,芯片的成品率更高。
GaN FET和IC更快的开关速度和改进的性能使系统设计人员能够提高功率密度,以实现更小、更轻且能耗低于硅基设计的解决方案。 更高频率的操作允许使用更少和更小的无源元件。 此外,GaN解决方案的热性能得到改善,可以消除对散热器和其他高能耗机械部件的需求。
这些优势导致越来越多的市场采用GaN来提高效率并实现新的应用。
准备好使用GaN功率IC了吗? 采取下一步
基于GaN的解决方案提供了对可持续性产生重大影响的机会; 它们的制造成本更低,可实现更小更轻的更高效解决方案,并减少整体系统组件的使用和成本。 在快节奏的电力电子世界中,竞争优势是成功的关键因素。 利用新的半导体解决方案和新兴材料(如GaN)为设计工程师提供了一种让他们的设计脱颖而出并超越竞争对手的强大方法。 GaN设计使工程师能够提供丰富的功能、引人注目的电路性能以及影响能效和可持续性的解决方案,改变我们的世界。
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