Силовая электроника сменила ориентацию и вот почему

Компания onsemi, история которой корнями уходит в легендарную «Моторолу» (Motorola), представила первые вертикальные силовые полупроводники на основе нитрида галлия (GaN) — vGaN. Утверждается, что vGaN — это новые стандарты в эффективности, плотности мощности и надёжности, столь востребованные в эпоху искусственного интеллекта и электрификации.

Передача тока в горизонтальной плоскости параллельно подложке больше не в тренде, vGaN меняют ориентацию прохождения тока с горизонтальной на вертикальную. Секрет — в самой подложке. Подавляющее большинство силовых элементов GaN создаются на кремниевой или сапфировой подложке. В компании onsemi (до ребрендинга 2021 года — ON Semiconductor) начали производить элементы на подложках из нитрида галлия, что открыло возможность организовать для течения тока путь с самого низа до самого верха — от стока в подложке до истока с управляющим затвором в верхней части элемента.

Технология ориентирована на изготовление компонентов для высоковольтных цепей (от 1200 В и выше), вместе с тем обеспечивая высокие частоты переключения с минимальными потерями. Технология защищена 130 патентами. Наращивание элементов происходит на фабрике onsemi в Сиракузах (штат Нью-Йорк), подчёркивая возможность наиболее передового производства полупроводников в США.

Устройства на vGaN в три раза компактнее планарных аналогов, что позволяет уменьшить размеры узлов и компонентов в силовой электронике, снизить требования к охлаждению и общие затраты на производство и эксплуатацию. Компоненты vGaN характеризуются более низкими энергопотерями — до 50 %, а благодаря высоким частотам переключения пассивные компоненты (конденсаторы и катушки индуктивности) уменьшаются в размере на аналогичную величину. Это делает vGaN-элементы идеальными для создания более лёгких, компактных и энергоэффективных блоков питания и инверторов.

Применение vGaN охватывает широкий спектр отраслей. В центрах данных ИИ vGaN-компоненты повышают плотность мощности в 800-вольтных преобразователях напряжения, снижая затраты на стойки. Для электромобилей они обеспечивают компактные инверторы, увеличивающие пробег. В инфраструктуре зарядки — более быстрые, компактные и надёжные устройства. В возобновляемой энергетике (солнечные и ветровые инверторы) — меньшие потери за счёт тех же свойств: больший поток мощности, высокие рабочие частоты, низкие потери. Дополнительно vGaN подходит для систем хранения энергии (быстрые и эффективные инверторы), промышленной автоматизации (улучшенная электронная обвязка для электромоторов в робототехнике), а также аэрокосмической и оборонной отраслей, где требуются компактность и стойкость к экстремальным условиям.

Образцы vGaN уже доступны для клиентов компании, что лишний раз подчёркивает лидерство onsemi в сфере силовых полупроводников.