Elementy elektroniczne dużej mocy

Nadzieje i rzeczywistość

Aktualnie w roli przełączników dominują MOSFET-y superjunction oraz IGBT w zakresie wysokich napięć, dużych prądów i częstotliwości do 100 kHz.

Zamieszczane w niektórych publikacjach porównania właściwości krzemu z SiC i GaN budzi oczekiwania, że tranzystory z tych materiałów WBG będą o wiele lepsze niż dzisiejsze krzemowe.

O wiele, czyli o ile?

Oczywiście nie da się precyzyjnie odpowiedzieć na to pytanie. Porównanie podstawowych parametrów samych materiałów rodzi duże nadzieje, ale trzeba mieć świadomość, że technologia krzemowa jest dobrze opanowana, a technologie WBG jeszcze nie. Dziś najnowsze oferowane krzemowe MOSFET-y w wielu popularnych aplikacjach okazują się niewiele gorsze od oferowanych dzisiaj, znacząco droższych SiC czy GaN. W grę wchodzi nie tylko miara jakości (FOM – Figure of Merit) będąca iloczynem rezystancji RDSon i ładunku bramki Qg. Duże znaczenie mają różne właściwości dynamiczne i związane z tym specyficzne zagadnienia i problemy. Oraz oczywiście cena.

Wprawdzie nowe technologie WBG wyszły już ze stadium dziecięcego, niemniej jest to początek ich rozwoju i do doskonałości jeszcze daleko. Interesujące jest, czy i kiedy ukażą się „prawdziwe” MOSFET-y GaN, bo współczesne normalnie zatkane wersje e-GaN HEMT oprócz zalet mają też istotne wady. Jak na razie, rynek tranzystorów GaN i SiC jest nieporównanie mniejszy od rynku MOSFET-ów krzemowych, jednak dynamicznie rośnie, a ceny spadają. Jesteśmy na początku transformacji. Na pewno trzeba interesować się nowymi tranzystorami SiC i GaN, bo wszystko wskazuje, iż to do nich należy przyszłość ważnych gałęzi elektroniki, w szczególności sieciowych przetwornic impulsowych.

Piotr Górecki