Силовая электроника меняет ориентацию: представлены первые вертикальные полупроводники GaN

Компания Onsemi, история которой начинается с легендарной Motorola, представила первые вертикальные полупроводники на основе нитрида галлия (ГаН) – вГаН. Говорят, что vGaN является новым стандартом эффективности, удельной мощности и надежности, столь востребованным в эпоху искусственного интеллекта и электрификации.

Поскольку передача тока горизонтально параллельно подложке больше не является тенденцией, vGaN меняют ориентацию тока с горизонтальной на вертикальную, и секрет кроется в самой подложке.

Подавляющее большинство силовых элементов GaN построено на кремниевых или сапфировых подложках. В онсеми (ON Semiconductor до ребрендинга в 2021 году) начали производить ячейки на подложках из нитрида галлия, что открыло возможность восходящего пути протекания тока — от стока в подложке к истоку с управляющим затвором в верхней части ячейки.

Технология направлена на производство компонентов для высоковольтных цепей (1200 В и выше), при этом обеспечивая высокие частоты переключения с минимальными потерями. Технология защищена 130 патентами. Элементы производятся на заводе Onsemi в Сиракузах, штат Нью-Йорк, что подчеркивает самые передовые возможности производства полупроводников в США.

Устройства на базе vGaN в 3 раза компактнее своих планарных аналогов, что позволяет уменьшить размеры узлов и компонентов силовой электроники, снизить требования к охлаждению и общие производственные и эксплуатационные затраты.

Компоненты vGaN характеризуются меньшими потерями мощности до 50%, а за счет высоких частот переключения пассивных компонентов (конденсаторы и катушки индуктивности) уменьшаются в размерах на аналогичную величину. Это делает ячейки VGaN идеальными для создания более легких, меньших по размеру и более энергоэффективных источников питания и инверторов.

Приложения vGaN охватывают широкий спектр отраслей. В центрах обработки данных искусственного интеллекта компоненты vGaN увеличивают плотность мощности в преобразователях напряжения на 800 В, снижая затраты на стойку.

Для электромобилей предусмотрены компактные инверторы, увеличивающие пробег. В зарядной инфраструктуре – более быстрые, меньшие и надежные устройства. В возобновляемой энергетике (инверторы солнечной и ветровой энергии) – меньшие потери благодаря тем же свойствам: более высокий поток мощности, высокие рабочие частоты, низкие потери. Кроме того, vGaN подходит для систем хранения энергии (быстрые и эффективные инверторы), промышленная автоматизация (улучшенная электронная поддержка электродвигателей в робототехнике), а также для применения в космосе и обороне, где требуются компактность и устойчивость к экстремальным условиям.