استفاده از تکنیکهای جدید در طراحی مبدلهای قدرت مبتنی بر SiC و GaN
Keywords:
مبدلهای قدرت, کاربید سیلیکون (SiC), نیترید گالیوم (GaN), تلفات انرژی, الکترونتحرکAbstract
با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به بهینهسازی مصرف انرژی، استفاده از مواد نیمهرسانای جدید مانند کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیوم (GaN) در مبدلهای قدرت به طرز چشمگیری افزایش یافته است. این مطالعه به بررسی ویژگیها، عملکرد و چالشهای این دو ماده در زمینه مبدلهای قدرت میپردازد. SiC به دلیل تحمل ولتاژهای بالا، عملکرد در دماهای بالا و تلفات انرژی کم، گزینهای مناسب برای کاربردهای صنعتی و خودروهای الکتریکی است. از سوی دیگر، GaN با الکترونتحرک بالا و تلفات انرژی بسیار پایین، در سیستمهای فرکانس بالا و تجهیزات مخابراتی به کار میرود. در این مطالعه، مقایسهای بین ویژگیها، هزینهها و کاربردهای هر یک از این مواد صورت گرفته و چالشهای موجود در استفاده از آنها بررسی شده است. همچنین، پیشنهاداتی برای بهبود عملکرد و توسعه فناوریهای جدید در این حوزه ارائه شده است. در نهایت، نتایج این مطالعه نشان میدهد که SiC و GaN به عنوان مواد کلیدی در مبدلهای قدرت مدرن شناخته میشوند و سرمایهگذاری در تحقیق و توسعه بیشتر در این زمینه میتواند به پیشرفتهای قابل توجهی منجر شود که به نفع صنایع مختلف و حفاظت از محیط زیست خواهد بود.
Downloads
References
1.J. Wellmann, “Power electronic semiconductor materials for automotive and energy saving applications—SiC, GaN, Ga2O3, and diamond,” Zeitschrift Für Anorganische Und Allgemeine Chem., vol. 643, no. 21, pp. 1312–1322, Nov. 2017, doi: 10.1002/zaac.201700270.
2.B. N. Pushpakaran, A. S. Subburaj, and S. B. Bayne, “Commercial GaN-based power electronic systems: A review,” J. Electron. Mater., vol. 49, no. 11, pp. 6247–6262, Nov. 2020, doi: 10.1007/s11664-020-08397-z.
3.J. Y. Tsao et al., “Ultrawide-bandgap semiconductors: Research opportunities and challenges,” Adv. Electron. Mater., vol. 4, no. 1, Jan. 2018, Art. no. 1600501, doi: 10.1002/aelm.201600501.
4.X. She, A. Q. Huang, Ó. Lucía, and B. Ozpineci, “Review of silicon carbide power devices and their applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 10, pp. 8193–8205, Oct. 2017, doi: 10.1109/TIE.2017.2652401.
5.M. A. Khan, J. M. Van Hove, J. N. Kuznia, and D. T. Olson, “High electron mobility GaN/AlxGa1−xN heterostructures grown by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition,” Appl. Phys. Lett., vol. 58, no. 21, pp. 2408–2410, May 1991, doi: 10.1063/1.104886.
6.M. Asif Khan, A. Bhattarai, J. N. Kuznia, and D. T. Olson, “High electron mobility transistor based on a GaN-AlxGa1−xN heterojunction,” Appl. Phys. Lett., vol. 63, no. 9, pp. 1214–1215, Aug. 1993, doi: 10.1063/1.109775.
7.Y. Zhong et al., “A review on the GaN-on-Si power electronic devices,” Fundam. Res., vol. 2, no. 3, pp. 462–475, May 2022, doi: 10.1016/j.fmre.2021.11.028.
8.Y. Uemoto et al., “Gate injection transistor (GIT)—A normally-off AlGaN/GaN power transistor using conductivity modulation,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 54, no. 12, pp. 3393–3399, Dec. 2007, doi: 10.1109/TED.2007.908601.
9.T. Hirose et al., “Dynamic performances of GaN-HEMT on Si in cascode configuration,” in Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo., Mar. 2014, pp. 174–181, doi: 10.1109/APEC.2014.6803306.
10.M. Meneghini et al., “GaN-based power devices: Physics, reliability, and perspectives,” J. Appl. Phys., vol. 130, no. 18, Nov. 2021, Art. no. 181101, doi: 10.1063/5.0067185.
