Нови материјали побољшавају перформансе МОСФЕТ-а

Основни принципи и изазови МОСФЕТ-а
МОСФЕТ је транзистор са ефектом поља који се ослања на контролу напона и широко се користи у областима као што су управљање напајањем, погон мотора, појачање сигнала, итд. Са све већом потражњом за густином снаге, брзином пребацивања и ефикасношћу у електронским уређајима, ограничења традиционалних МОСФЕТ-ова у материјалима и процесима постају све очигледнији, углавном се манифестују као:

Потешкоће у смањењу отпора:Традиционални МОСФЕТ-ови засновани на силицијуму суочавају се са повећаним потешкоћама у смањењу отпора док се смањују у величини, што ограничава њихове перформансе у апликацијама велике снаге и високе фреквенције.

Контрадикција између отпорности на притисак и перформанси одвођења топлоте:Док се побољшава отпорност на притисак, обезбеђивање перформанси дисипације топлоте постало је изазов, посебно у високофреквентним и високотемпературним радним окружењима где је традиционалним материјалима тешко испунити захтеве.

Примена и предности нових материјала
Суочени са изазовима традиционалних МОСФЕТ-ова, увођење нових материјала донело је нова решења за побољшање перформанси, углавном укључујући следеће материјале:

Силицијум карбид (СиЦ)
Силицијум карбид има одличне карактеристике као што су широки појас, висока топлотна проводљивост и велика јачина електричног поља при пробоју, због чега МОСФЕТ-ови засновани на СиЦ-у добро раде у високотемпературним, високонапонским и високофреквентним апликацијама. У поређењу са традиционалним МОСФЕТ-овима на бази силикона, СиЦ МОСФЕТ-ови имају следеће предности:

Мањи отпор:СиЦ МОСФЕТ-и могу постићи мањи отпор при вишим напонима, чиме се смањују губици снаге.

Врхунске перформансе дисипације топлоте:Висока топлотна проводљивост СиЦ материјала омогућава уређају да има бољу способност дисипације топлоте у условима високе температуре, што га чини погодним за апликације велике снаге.

Врхунске перформансе високе фреквенције:СиЦ МОСФЕТ има ниске комутационе губитке и погодан је за апликације у електроници високе фреквенције као што су инвертори и ДЦ-ДЦ претварачи.

галијум нитрид (ГаН)
Галијум нитрид, као полупроводнички материјал треће генерације, привукао је велику пажњу због свог широког појаса, велике покретљивости електрона и велике јачине електричног поља при пробоју. ГаН МОСФЕТ има јединствене предности у перформансама у поређењу са СиЦ:

Бржи одзив високе фреквенције:ГаН МОСФЕТ има бржу брзину пребацивања од СиЦ, што га чини погодним за уређаје за комуникацију велике брзине и високофреквентне претвараче снаге.

Мања величина уређаја:Због велике јачине електричног поља од ГаН материјала, ГаН МОСФЕТ се може смањити под истим отпорним напоном, што помаже у постизању компактнијег дизајна кола.

Већа енергетска ефикасност:У високофреквентним апликацијама, ГаН МОСФЕТ-ови имају ниже комутационе губитке и укупну већу енергетску ефикасност, што их чини посебно погодним за употребу у електричним возилима и потрошачкој електроници.

галијум оксид (Га2О3)
Као материјал са ултра широким појасом у настајању, галијум оксид је показао велики потенцијал. Шири појас Га2О3 чини га великим потенцијалом за примену у пољима високог притиска и високе температуре.

Отпор на ултра висок напон:Га2О3 МОСФЕТ може да ради под екстремно високим електричним пољима, што га чини погодним за апликације енергетске електронике ултра високог напона.

Потенцијал ниске цене:У поређењу са СиЦ и ГаН, Га2О3 материјал има већи потенцијал трошкова и очекује се да ће у будућности постати економично решење за високонапонске уређаје.

Статус примене и будући трендови нових материјала у МОСФЕТ-овима
Статус апликације на тржишту
СиЦ МОСФЕТ-и се широко користе у пољима као што су електрична возила, електричне мреже и индустријска контрола. Посебно у електричним возилима, висока ефикасност и отпорност на високи напон СиЦ МОСФЕТ-а помажу у побољшању ефикасности коришћења батерије и укупне издржљивости. ГаН МОСФЕТ-и се добро понашају у уређајима за брзо пуњење и високофреквентним комуникационим пољима. Његова примена у областима као што су 5Г базне станице и сателитска комуникација постепено се шири. Иако су МОСФЕТ-ови са галијум оксидом још увек у фази истраживања и развоја, њихов потенцијал је широко препознат.

Будући трендови развоја
Уз континуирано унапређење технологије нових материјала, перформансе МОСФЕТ уређаја ће наставити да се побољшавају. Будући трендови развоја могу укључивати:

Апликација за сарадњу са више материјала:МОСФЕТ-ови направљени од различитих материјала ће искористити своје предности у различитим сценаријима примене, формирајући комплементарне ефекте. На пример, СиЦ и ГаН МОСФЕТ-ови могу да раде заједно у високонапонским и високофреквентним апликацијама.

Интеграција уређаја:Са напретком технологије, мултифункционални интегрисани МОСФЕТ уређаји ће постати тренд, интегришући различите материјале и карактеристике уређаја у један чип како би се постигла ефикаснија конверзија енергије и управљање.

Континуирано истраживање нових материјала:Поред постојећих СиЦ, ГаН и Га2О3, можда ће у будућности бити откривено и примењено још нових материјала, као што су дијамант, оксиди са ултра широким појасом, итд., Што ће даље промовисати развој МОСФЕТ технологије.

хттп://ввв.тррсемицон.цом/трансистор/мосфет-трансистор/ирлмл2246трпбф.хтмл