Was sind GaN-Leistungsbauelemente?
GaN (Galliumnitrid) ist ein Verbindungshalbleitermaterial, das zur Herstellung von Hochleistungsbauelementen verwendet wird, welche als GaN-HEMTs (High Electron Mobility Transistors)bekannt sind.
Im Vergleich zu Silizium, dem derzeit vorherrschenden Halbleitermaterial, zeichnen sich GaN-Leistungsbauelemente durch niedrige Leitungsverluste (niedriger ON-Widerstand) und eine hervorragende Hochgeschwindigkeits-Schaltleistung aus und erfüllen damit die Marktanforderungen nach verbesserter Leistungsumwandlungseffizienz und Miniaturisierung.
SiC (Silicon Carbide, zu deutsch Siliziumkarbid) -Leistungsbauelemente bieten bessere Effizienz bei hohen Spannungen, während GaN HEMTs bei Hochfrequenz-Anwendungen im Mittelspannungsbereich punkten.
Um die Leistung der GaN HEMTs zu maximieren, bietet ROHM Leistungsstufen-ICs, die GaN HEMTs und Gate-Treiber-ICs in einem Gehäuse kombinieren. Denkbar sind außerdem Produkte, welche zusätzlich einen Steuer-IC beinhalten.
GaN HEMTs werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter auch Kommunikations-Basisstationen, Server-Netzteile für Rechenzentren, Motoren für Industrieanlagen und Wechselstromadapter.
Unterscheidung zwischen Si-, GaN- und SiC-Transistoren
Je nach Wahl der Materialien (Si/GaN/SiC) und des strukturellen Designs können die Leistungsvermögen und der Betriebsfrequenzbereich von Leistungsbauelementen stark variieren.
Während Silizium traditionell das vorherrschende Halbleitermaterial ist, hat die steigende Nachfrage des Marktes nach Hochfrequenzbetrieb und hohem Leistungsvermögen das Interesse an Galliumnitrid und Siliziumkarbid geweckt.
Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC) eignen sich ideal für den Betrieb in Umgebungen, welche mit hohen Temperaturen, Strömen, Spannungen und Frequenzen erhöhte Anforderungen an das Halbleitermaterial stellen, da GaN und SiC sich durch einen breiteren Bandabstand als Silizium (Si) auszeichnen sowie überlegene Eigenschaften in Bezug auf Durchbruchsspannung, Wärmeleitfähigkeit und Elektronenbeweglichkeit besitzen.
Während SiC-MOSFETs hervorragende Eigenschaften im Hochspannungs- und Hochstrombereich aufweisen, zeigen GaN-HEMTs eine überlegene Durchschlagsfestigkeit und Elektronenbeweglichkeit im Mittelspannungsbereich, was einen niedrigen ON-Widerstand und schnelles (Hochfrequenz-)Schalten ermöglicht.
Infolgedessen werden GaN-HEMTs zunehmend für Hochfrequenz- und Mittelspannungsanwendungen eingesetzt.
Miniaturisierung von Anwendungen
Die Hochgeschwindigkeits-Schaltfähigkeit von GaN-HEMTs ermöglicht es, große Bauteile wie Spulen und Transformatoren, die in Stromversorgungs- und Motorschaltungen verwendet werden, durch kleinere Alternativen zu ersetzen, was zu einer Verringerung der Größe und des Gewichts von Stromversorgungen beiträgt.
So können z. B. mit GaN-HEMTs ausgestattete Netzteile kompakter gestaltet werden als ihre Si-MOSFET-Pendants.
