¿Por qué se usa el nitruro de galio en la electrónica de potencia? ¿Hay alternativas disponibles?

Hay una serie de propiedades que se desearían de un dispositivo electrónico de potencia:

1. capacidad de resistencia al voltaje
2. Velocidad de conmutación
3. Pérdidas en el estado
4. capacidad térmica

Si observa todos los materiales que poseen propiedades semiconductoras, el diamante se encuentra en la parte superior. El problema es cómo llegar allí. El germanio fue el primer material utilizado para crear un dispositivo semiconductor y, a medida que la tecnología de crecimiento de cristales y la tecnología de dopaje progresaron, Silicon se convirtió en una posibilidad.

Ahora estamos en un lugar molesto. Tenemos la tecnología para hacer crecer cristales de carburo de silicio, PERO el rendimiento es bajo, realmente bajo, pero también hemos llegado a un punto en el que no podemos observar un aumento en la densidad de potencia solo con el silicio.

El nitruro de galio es un escalón hasta que se realicen mejoras en el proceso de SiC. Igualmente, solo hay un par de tipos de conmutación que se han dopado con éxito e incluso entonces están en baja corriente - > baja potencia

El carburo de silicio no tiene bajo rendimiento. Muchas empresas están produciendo grandes volúmenes de FET y diodos (650V- > 6kV) como GE, Fuji Electric, Infineon, United Silicon Carbide y Cree, solo por nombrar algunos. El GaN de alto voltaje en silicio también es de alto rendimiento, y está en producción por muchas compañías como Transphorm, TSMC (fundición) y Panasonic. La pregunta real es qué material se adapta mejor al sistema en el que se está introduciendo. Para una conmutación de mayor frecuencia, GaN gana y estos tienden a ser sistemas de menos de 5 kW. Para voltajes más altos, SiC gana y estos sistemas van de 1kW a 100kW o más. Por debajo de 1kW de silicio, las uniones Super y los diodos continúan mejorando y son la opción de menor costo.