Olen käyttänyt GaN: ää laajasti vuodesta 2013 lähtien, ensisijaisesti kapealle sovellukselle, joka voi helposti hyötyä yhdestä GaN: n valtavasta edusta Si-säteilyn toleranssiin nähden. Ei ole porttioksidia, joka puhkaisi ja kärsii SEGR: stä, ja julkinen tutkimus on osoittanut, että osat, jotka elävät yli 1MRadin, hajoavat minimaalisesti. Pieni koko on hämmästyttävä - jopa neljänneksen tai kahden (kolikon) koossa voit toteuttaa helposti 10A + DC / DC-muuntimen. Yhdessä kyvyn kanssa ostaa niitä lyijytuotteilla varustettujen tankojen kanssa, ja jotkut kolmannet osapuolet pakkaavat ne ilmatiiviisti suljettuihin pakkauksiin, ne ovat tulevaisuus.

Työskentely on kalliimpaa ja "hankalampaa". Ei ole porttioksidia, vain metalli-puolijohde-liitos, joten portin käyttöjännite on erittäin rajoittava (EPC: n rakentamaan parannustilaan) - mahdollinen ylijännite tuhoaa osan. Tällä hetkellä on vain muutama julkisesti saatavilla oleva porttiohjain - ihmiset ovat vasta alkaneet rakentaa enemmän ohjaimia ja antaa meille enemmän vaihtoehtoja kuin National LM5113. 'Kanoninen' toteutus, jonka näet ympärilläsi, on BGA LM5113 + LGA GaN FET, koska jopa muiden pakettien liitosjohdot lisäävät liikaa induktanssia. Muistutuksena on, että soittoääni tulee tästä:

EPC: n eGaN-laitteet käyttävät 2DEG: ää ja ne voidaan luokitella HEMT: ksi sovellukset. Täältä tulee suuri osa heidän typerästi matalasta RDS-arvostaan ​​(päällä) - se on yleensä yksinumeroisia milliohmia. Heillä on uskomattoman suuret nopeudet, mikä tarkoittaa, että sinun on oltava hyvin tietoinen Miller-vaikutuksesta johtuvasta käynnistymisestä. Lisäksi, kuten edellä mainittiin, kytkentäsilmukan loisinduktanssit muuttuvat paljon kriittisemmiksi näillä nopeuksilla - sinun on itse asiassa mietittävä dielektrisen paksuuttasi ja komponenttien sijoitteluasi, jotta silmukan induktanssi pysyy alhaisena (<3nH toimii kunnossa, IIRC, mutta kuten keskusteltiin alla, se voi / pitäisi olla paljon pienempi), kuten myös alla:

EPC: lle ne rakennetaan myös tavanomaisella valimolla, mikä vähentää kustannuksia. Muita ihmisiä ovat GaN-järjestelmät, Triquint, Cree jne. - jotkut niistä on tarkoitettu erityisesti radiotaajuustarkoituksiin, kun taas EPC kohdistaa ensisijaisesti tehonmuunnos / siihen liittyvät sovellukset (LIDAR jne.). GaN on myös luonnostaan ​​tyhjentämismoodi, joten ihmisillä on erilaisia ​​ratkaisuja niiden parantamiseksi, mukaan lukien yksinkertaisesti pinota pieni P-kanavainen MOSFET portille kääntääkseen sen käyttäytymisen.

Toinen mielenkiintoinen käyttäytyminen on käänteisen palautumismaksun "puute" siinä tilassa olevan piidiodia suuremman pudotuksen kustannuksella. Se on eräänlainen markkinointi-asia - he sanovat sinulle, että "koska ei ole vähemmistöoperaattoreita, jotka osallistuvat johtamiseen parannustilassa GaN HEMT, ei ole käänteisiä palautumistappioita". Heillä on sellainen kiilto, että V_ {SD} on yleensä ylös 2-3 V + -alueella verrattuna Si FET: n 0,8 V: een - vain jotain, joka on syytä olla tietoinen järjestelmän suunnittelijasta.

Kosken myös porttia uudelleen - kuljettajien on periaatteessa pidettävä ~ 5,2 V: n käynnistysdiodi sisäisesti estääkseen osien porttien murtumisen. Porttijäljen ylimääräinen induktanssi voi johtaa sointiin, joka tuhoaa osan, kun taas keskimääräisellä Si MOSFET -laitteellasi on Vgs noin +/- 20 V tai niin. Olen joutunut viettämään useita tunteja kuumailmapuhaltimella korvaamalla LGA-osan, koska sekaisin tämän

Olen kaiken kaikkiaan fani sovellukseni osista. En usko, että kustannukset ovat vielä Si: n alla, mutta jos teet kapealla työtä tai haluat parhaan mahdollisen suorituskyvyn, GaN on oikea tapa edetä - Google Little Box Challengen voittajat käyttivät GaN-pohjaista tehovaihe muuntimessa. Pii on edelleen halpaa, helppokäyttöistä, ja ihmiset ymmärtävät sen, erityisesti luotettavasta POV: sta. GaN-toimittajat pyrkivät todistamaan laitteiden luotettavuusluvut paljon, mutta MOSFET-laitteilla on vuosikymmenien kokemuksia ja luotettavuusteknisiä tietoja laitefysiikan tasolla vakuuttamaan ihmiset siitä, että osa ei palaa ajan myötä.

sen on varmasti kompensoitava, jos sitä käytetään IC: ssä

No, ei, ei useista syistä:

• GaN-transistorit eivät voi helposti tehdään nykypäivän mikropiirien valmistusprosesseissa
• Kaikki sovellukset eivät tarvitse nopeinta transistoria
• Kaikki sovellukset eivät tarvitse pienintä resistanssia
• Kaikki sovellukset eivät tarvitse korkeaa lämpötilaa käyttäytyminen
• GaN-transistoreita ei voida tehdä niin pieniksi kuin pienin MOS-transistori

Vertaa sitä SiGe (Silicon Germanium) -palveluun, joka on ollut saatavana monta vuotta. Siinä on nopeammat (bipolaariset) transistorit. Käytetäänkö sitä kaikkialla? Ei, koska harvat IC: t käyttävät bipolaarisia transistoreita. 99% nykypäivän mikropiireistä käyttää CMOS-transistoreita, joten SiGe-valmistusprosessit ovat vain kapealla sovelluksella.

Sama pätee GaN: ään, se on hyödyllinen vain tehotransistoreille . IC: llä ei yleensä tarvita tällaisia ​​tehotransistoreita.

GaN-integroidut piirit

Tällä hetkellä GaN ei pysty ohittamaan piitä tyypillisissä IC-sovelluksissa, koska litografia ja prosessointi eivät ole yhtä kypsät kuin pii, ja CMOS GaN on edelleen varhaisessa tutkimuksessa. Useiden transistorien integrointi on jo mahdollista GaN: n kanssa, mutta ensisijainen sovellus on tehon kytkentä, koska siellä suurin osa eduista voidaan toteuttaa. Suurelle joukolle piirejä onnistunut GaN-toteutus ei ole mahdollista tai sillä on vain kapeita käyttötarkoituksia. GaN-mikrokontrolleri ei ole esimerkiksi nykyisellä tekniikalla saavutettavissa.

Virtapiireissä on kuitenkin monia etuja, jotka voit toteuttaa nykyisillä GaN-laitteilla:

Nopeampi kytkentä (alempi R _{DS (päällä)} tietyllä muotin alueella)

Suurella tehon kytkentänopeudella on suuri vastuu loisinduktanssin hallitsemisesta. Näet haitallisen piirin käyttäytymisen silmukan induktanssien ollessa yli 1 nH, ja erittäin on vaikea välttää niin paljon induktanssia asettelussa. Monista piipiireistä voit päästä eroon suhteellisesta murhasta. Saadaksesi parhaan hyödyn näistä transistoreista, sinun on kiinnitettävä huomiota kaikkiin muuntajan asetteluihin, jotka ylittävät selvästi piimallien tavallisesti vaatiman yksityiskohdat.

Pienemmät paketit

Pakkaukset ovat myös pienempiä, ja EPC myy olennaisesti juotettuja muotteja, jotka heijastetaan suoraan piirilevylle. Esimerkiksi tämä 40V, 16mΩ, 10A-laite on 1,7 mm x 1,1 mm tai hieman suurempi kuin 0603-vastuksen koko. Käsittely ja käsittely on valmistauduttava BGA-tyyppisiin tekniikoihin suurempien SMT-osien tai läpireikän sijaan.

Hyvä lämpötilakäyttäytyminen

Ja hyvä lämpötilakäyttö on turhaa, jos tarvitset standardin sen vieressä olevasta piiosasta sen hallitsemiseksi.

Matala portin käyttöjännite

Matalaporttijännitekäyttö (tyypillisesti 5 V EPC-osille) sovitetaan myös matalaan enimmäisporttijännitteeseen (-4 V - + 6 V Vgs yllä linkitettyyn osaan). Tämä tarkoittaa, että porttiohjaimesi on oltava kalliovakaa, jotta laite ei vahingoitu itse, ja (jälleen) asetteluesi on oltava hyvä. Tämä on parantunut, mutta on silti huolenaihe.

GaN: n edut halutaan nähdä piikomponentin korvaajana. Tällä nopeudella lisätty työ, joka tarvitaan vakaan ja turvallisen toiminnan varmistamiseksi, ja nopeamman kytkentänopeuden hyödyntäminen edellyttävät, että se ei yksinkertaisesti korvaa piin FET-laitteita vanhoissa malleissa. Kuten FakeMoustache mainitsee, et aina tarvitse huippusuorituskykyä (ja joskus transistori ei ole edes heikko kohta).

GaN: stä on tulossa hyödyllinen radiotaajuuden vahvistaminen ja tehonmuunnos (kytkentävirtalähteet). Jälkimmäisessä tapauksessa se tarvitsee paljon vähemmän jäähdytystä kuin Si, edellisessä se voi toimia nopeammin.

Mutta RF-vahvistintarkoituksissa se ei kilpaile vain Si: n kanssa, vaan kilpailee myös GaAs: n (esim. MMIC: ien) ja SiGe. SiC: stä on myös tulossa mielenkiintoinen tehonmuunnoksen kannalta.

Mutta kyse ei ole vain kustannuksista ja kilpailevista tekniikoista. Parhaat GaN-laitteet sekä vastuksen että kytkentänopeuden suhteen ovat HEMT: t. GaN HEMT -laitteet ovat normaalisti päällä olevia laitteita¹, jotka tarvitsevat negatiivisen porttivirheen niiden sammuttamiseksi. Tämä lisää järjestelmään kustannuksia ja monimutkaisuutta ja tarkoittaa myös sitä, että ohjauspiirin vika voi johtaa transistorin vikaantumiseen, mikä on "mielenkiintoista", jos olet tekemisissä esimerkiksi HVDC: n kanssa.

GaN on kasvatettava hetero-substraatilla, mikä vaikeuttaa kasvua (lisää kustannuksia). Vuosien tutkimuksesta huolimatta tämä vaikuttaa edelleen epäkerrosten materiaalilaatuun, mikä vaikuttaa suorituskykyyn / käyttöikään.

Joten GaN on todennäköisesti erittäin hyödyllinen tekniikka tietyille kapealle sovellukselle, josta tulee valtavirtaa, jos se kehittyy nopeammin kuin jotkut kilpailevat tekniikat.

¹ Olen työskennellyt joidenkin GaN HEMT: ien kanssa Si-alustoilla, joilla on positiivinen kynnysjännite, mutta en usko, että kukaan olisi vielä päässyt markkinoille .

Miksi tuotamme siis enimmäkseen Si-transistoreita? Vaikka GaN-transistorin tuotanto on kalliimpaa, sen on varmasti kompensoitava, jos sitä käytetään mikropiirissä?

Mikä saa sinut uskomaan, että "sen täytyy varmasti kompensoida"? .

GaN: n (saksankielisessä) Wikipedia-artikkelissa sanotaan, että GaN-pohjaisten laitteiden tuotannon suurin ongelma oli ja on edelleen suurten yksittäisten kiteiden tuottamisen vaikeus. Artikkeli näyttää myös esimerkiksi yksittäisen kiteen, jonka pituus on vain 3 mm (vaikka suurempiakin olisi mahdollista tuottaa, se ei ole paljon suurempi).

Päinvastoin on mahdollista tuottaa Si-kiteitä, joiden halkaisija on lähes puoli metriä (noin 500 mm) ja joiden pituus on moninkertainen Se.

Juuri tämä valtava ero saatavissa olevassa yksittäiskidekokossa tekee selväksi, että Si-tekniikan hallinta on paljon edistyneempää kuin GaN Technology.

Ja on enemmän näkökohtia kuin yksittäiskidekoko.

Aikaisemmissa vastauksissa mainitut asetteluongelmat ovat yhä vähemmän merkityksellisiä valmistajien integroitessa ohjaimen ja transistorin yhteen pakettiin, jolloin vältetään porttisilmukan ja yleisen lähdeinduktanssin ongelma.Joten kysymyksen tulisi olla suurelta osin: "Milloin käytämme GaN: ää kaikkialla?"