Силовата електроника променя ориентацията си: Представени са първите вертикални GaN полупроводници

Компанията onsemi, чиято история води началото си от легендарната Motorola представи първите вертикални полупроводници на базата на галиев нитрид (GaN) – vGaN. Твърди се, че vGaN е нов стандарт за ефективност, плътност на мощността и надеждност, така търсени в ерата на изкуствения интелект и електрификацията.

Тъй като предаването на ток хоризонтално, успоредно на подложката вече не е тенденция, vGaN променят ориентацията на потока на тока от хоризонтална към вертикална, а тайната е в самия субстрат.

Преобладаващата част от GaN захранващите клетки са създадени върху силициеви или сапфирени подложки. В onsemi (ON Semiconductor до ребрандирането ѝ през 2021 година) започнаха да произвеждат клетки върху подложки от галиев нитрид, което откри възможността за път на потока на тока отдолу нагоре – от дрейна в подложката към източника с контролния гейт в горната част на клетката.

Технологията е насочена към производството на компоненти за високоволтови вериги (1200 V и повече), като същевременно осигурява високи честоти на превключване с минимални загуби. Технологията е защитена със 130 патента. Изграждането на клетките се извършва във фабриката на onsemi в Сиракуза, Ню Йорк, което подчертава възможността за най-напреднало производство на полупроводници в САЩ.

Устройствата на базата на vGaN са 3 пъти по-компактни от плоските си аналози, което позволява да се намали размерът на възлите и компонентите в силовата електроника, да се намалят изискванията за охлаждане и общите производствени и експлоатационни разходи.

Компонентите от vGaN се характеризират с по-ниски загуби на мощност до 50%, а поради високите честоти на превключване пасивните компоненти (кондензатори и индуктивни бобини) намаляват размера си с подобна стойност. Това прави vGaN елементите идеални за създаване на по-леки, по-малки и по-енергийно ефективни захранвания и инвертори.

Приложенията на vGaN обхващат широк спектър от индустрии. В центровете за данни за изкуствен интелект vGaN компонентите увеличават плътността на мощността в 800-волтовите преобразуватели на напрежение, като намаляват разходите за стелажи.

За електрическите превозни средства те осигуряват компактни инвертори, които увеличават пробега. В инфраструктурата за зареждане – по-бързи, по-малки и по-надеждни устройства. Във възобновяемата енергия (инвертори за слънчева и вятърна енергия) – по-ниски загуби благодарение на същите свойства: по-висок поток на мощността, високи работни честоти, ниски загуби. Освен това vGaN е подходящ за системи за съхранение на енергия (бързи и ефективни инвертори), индустриална автоматизация (подобрена електронна опора за електродвигатели в роботиката), както и за космически и отбранителни приложения, където се изисква компактност и устойчивост на екстремни условия.

Образци на vGaN вече са на разположение на клиентите на компанията, което допълнително подчертава лидерството на onsemi в областта на силовите полупроводници.