அறிமுகம்
பவர் டெக்னாலஜி என்பது நவீன எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களின் மூலக்கல்லாகும், மேலும் தொழில்நுட்பம் முன்னேறும்போது, மேம்படுத்தப்பட்ட சக்தி அமைப்பு செயல்திறனுக்கான தேவை தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது. இந்த சூழலில், குறைக்கடத்தி பொருட்களின் தேர்வு முக்கியமானது. பாரம்பரிய சிலிக்கான் (Si) குறைக்கடத்திகள் இன்னும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்பட்டாலும், காலியம் நைட்ரைடு (GaN) மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) போன்ற வளர்ந்து வரும் பொருட்கள் அதிக செயல்திறன் கொண்ட ஆற்றல் தொழில்நுட்பங்களில் அதிக முக்கியத்துவம் பெறுகின்றன. இந்த கட்டுரை ஆற்றல் தொழில்நுட்பத்தில் இந்த மூன்று பொருட்களுக்கு இடையே உள்ள வேறுபாடுகள், அவற்றின் பயன்பாட்டுக் காட்சிகள் மற்றும் தற்போதைய சந்தைப் போக்குகள் ஆகியவற்றை ஆராயும், எதிர்கால சக்தி அமைப்புகளில் GaN மற்றும் SiC ஏன் அவசியமாகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்ள.
1. சிலிக்கான் (Si) - பாரம்பரிய சக்தி குறைக்கடத்தி பொருள்
1.1 பண்புகள் மற்றும் நன்மைகள்
சிலிக்கான் பவர் செமிகண்டக்டர் துறையில் முன்னோடி பொருளாக உள்ளது, எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் பல தசாப்தங்களாக பயன்பாடு உள்ளது. Si- அடிப்படையிலான சாதனங்கள் முதிர்ந்த உற்பத்தி செயல்முறைகள் மற்றும் பரந்த பயன்பாட்டுத் தளத்தைக் கொண்டுள்ளன, குறைந்த விலை மற்றும் நன்கு நிறுவப்பட்ட விநியோகச் சங்கிலி போன்ற நன்மைகளை வழங்குகின்றன. சிலிக்கான் சாதனங்கள் நல்ல மின் கடத்துத்திறனை வெளிப்படுத்துகின்றன, குறைந்த-சக்தி நுகர்வோர் மின்னணுவியல் முதல் உயர்-சக்தி தொழில்துறை அமைப்புகள் வரை பல்வேறு ஆற்றல் மின்னணு பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன.
1.2 வரம்புகள்
இருப்பினும், ஆற்றல் அமைப்புகளில் அதிக செயல்திறன் மற்றும் செயல்திறனுக்கான தேவை அதிகரிக்கும் போது, சிலிக்கான் சாதனங்களின் வரம்புகள் தெளிவாகத் தெரிகிறது. முதலாவதாக, சிலிக்கான் அதிக அதிர்வெண் மற்றும் உயர் வெப்பநிலை நிலைகளின் கீழ் மோசமாக செயல்படுகிறது, இது அதிகரித்த ஆற்றல் இழப்புகள் மற்றும் குறைக்கப்பட்ட கணினி செயல்திறன் ஆகியவற்றிற்கு வழிவகுக்கிறது. கூடுதலாக, சிலிக்கானின் குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் அதிக சக்தி பயன்பாடுகளில் வெப்ப நிர்வாகத்தை சவாலாக ஆக்குகிறது, இது கணினி நம்பகத்தன்மை மற்றும் ஆயுட்காலம் ஆகியவற்றை பாதிக்கிறது.
1.3 பயன்பாட்டு பகுதிகள்
இந்த சவால்கள் இருந்தபோதிலும், சிலிக்கான் சாதனங்கள் பல பாரம்பரிய பயன்பாடுகளில் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன, குறிப்பாக செலவு உணர்திறன் கொண்ட நுகர்வோர் மின்னணுவியல் மற்றும் AC-DC மாற்றிகள், DC-DC மாற்றிகள், வீட்டு உபயோகப் பொருட்கள் மற்றும் தனிப்பட்ட கணினி சாதனங்கள் போன்ற குறைந்த முதல் நடுத்தர ஆற்றல் பயன்பாடுகளில்.
2. கேலியம் நைட்ரைடு (GaN) — வளர்ந்து வரும் உயர் செயல்திறன் பொருள்
2.1 பண்புகள் மற்றும் நன்மைகள்
காலியம் நைட்ரைடு ஒரு பரந்த பேண்ட்கேப் ஆகும்குறைக்கடத்திஉயர் முறிவு புலம், அதிக எலக்ட்ரான் இயக்கம் மற்றும் குறைந்த எதிர்ப்புத் திறன் ஆகியவற்றால் வகைப்படுத்தப்படும் பொருள். சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடுகையில், GaN சாதனங்கள் அதிக அதிர்வெண்களில் செயல்பட முடியும், இது மின்வழங்கல்களில் செயலற்ற கூறுகளின் அளவைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியை அதிகரிக்கிறது. மேலும், GaN சாதனங்கள் அவற்றின் குறைந்த கடத்துத்திறன் மற்றும் மாறுதல் இழப்புகள், குறிப்பாக நடுத்தர முதல் குறைந்த ஆற்றல், உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகள் ஆகியவற்றின் காரணமாக மின் அமைப்பின் செயல்திறனை பெரிதும் மேம்படுத்த முடியும்.
2.2 வரம்புகள்
GaN இன் குறிப்பிடத்தக்க செயல்திறன் நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், அதன் உற்பத்தி செலவுகள் ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாகவே உள்ளன, செயல்திறன் மற்றும் அளவு முக்கியமானதாக இருக்கும் உயர்நிலை பயன்பாடுகளுக்கு அதன் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. கூடுதலாக, GaN தொழில்நுட்பம் இன்னும் ஒப்பீட்டளவில் வளர்ச்சியின் ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளது, நீண்ட கால நம்பகத்தன்மை மற்றும் வெகுஜன உற்பத்தி முதிர்ச்சிக்கு மேலும் சரிபார்ப்பு தேவைப்படுகிறது.
2.3 பயன்பாட்டு பகுதிகள்
GaN சாதனங்களின் உயர்-அதிர்வெண் மற்றும் உயர்-செயல்திறன் பண்புகள், வேகமான சார்ஜர்கள், 5G தகவல்தொடர்பு பவர் சப்ளைகள், திறமையான இன்வெர்ட்டர்கள் மற்றும் ஏரோஸ்பேஸ் எலக்ட்ரானிக்ஸ் உள்ளிட்ட பல வளர்ந்து வரும் துறைகளில் அவற்றை ஏற்றுக்கொள்ள வழிவகுத்தன. தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள் மற்றும் செலவுகள் குறைவதால், பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளில் GaN மிகவும் முக்கிய பங்கு வகிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
3. சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) — உயர் மின்னழுத்த பயன்பாடுகளுக்கு விருப்பமான பொருள்
3.1 பண்புகள் மற்றும் நன்மைகள்
சிலிக்கான் கார்பைடு என்பது மற்றொரு பரந்த பேண்ட்கேப் செமிகண்டக்டர் பொருளாகும், இது சிலிக்கானை விட கணிசமாக அதிக முறிவு புலம், வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் எலக்ட்ரான் செறிவூட்டல் வேகம் கொண்டது. SiC சாதனங்கள் உயர் மின்னழுத்தம் மற்றும் உயர் சக்தி பயன்பாடுகளில் சிறந்து விளங்குகின்றன, குறிப்பாக மின்சார வாகனங்கள் (EVகள்) மற்றும் தொழில்துறை இன்வெர்ட்டர்களில். SiC இன் உயர் மின்னழுத்த சகிப்புத்தன்மை மற்றும் குறைந்த மாறுதல் இழப்புகள் திறமையான மின்மாற்றம் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தி மேம்படுத்துதலுக்கான சிறந்த தேர்வாக அமைகிறது.
3.2 வரம்புகள்
GaN ஐப் போலவே, SiC சாதனங்களும் சிக்கலான உற்பத்தி செயல்முறைகளுடன் உற்பத்தி செய்வதற்கு விலை அதிகம். இது EV ஆற்றல் அமைப்புகள், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அமைப்புகள், உயர் மின்னழுத்த இன்வெர்ட்டர்கள் மற்றும் ஸ்மார்ட் கிரிட் உபகரணங்கள் போன்ற உயர் மதிப்பு பயன்பாடுகளுக்கு அவற்றின் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.
3.3 பயன்பாட்டு பகுதிகள்
SiC இன் திறமையான, உயர் மின்னழுத்த பண்புகள், EV இன்வெர்ட்டர்கள் மற்றும் சார்ஜர்கள், உயர்-பவர் சோலார் இன்வெர்ட்டர்கள், காற்றாலை அமைப்புகள் மற்றும் பல போன்ற உயர்-பவர், அதிக வெப்பநிலை சூழல்களில் இயங்கும் பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் சாதனங்களில் இது பரவலாகப் பொருந்தும். சந்தை தேவை அதிகரித்து, தொழில்நுட்பம் முன்னேறும்போது, இந்தத் துறைகளில் SiC சாதனங்களின் பயன்பாடு தொடர்ந்து விரிவடையும்.
4. சந்தைப் போக்கு பகுப்பாய்வு
4.1 GaN மற்றும் SiC சந்தைகளின் விரைவான வளர்ச்சி
தற்போது, ஆற்றல் தொழில்நுட்ப சந்தை ஒரு மாற்றத்திற்கு உட்பட்டுள்ளது, படிப்படியாக பாரம்பரிய சிலிக்கான் சாதனங்களிலிருந்து GaN மற்றும் SiC சாதனங்களுக்கு மாறுகிறது. சந்தை ஆராய்ச்சி அறிக்கைகளின்படி, GaN மற்றும் SiC சாதனங்களுக்கான சந்தை வேகமாக விரிவடைந்து வருகிறது மற்றும் வரும் ஆண்டுகளில் அதன் உயர் வளர்ச்சிப் பாதையைத் தொடரும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. இந்த போக்கு முதன்மையாக பல காரணிகளால் இயக்கப்படுகிறது:
- **மின்சார வாகனங்களின் எழுச்சி**: EV சந்தை வேகமாக விரிவடைவதால், அதிக திறன் கொண்ட, உயர் மின்னழுத்த சக்தி குறைக்கடத்திகளுக்கான தேவை கணிசமாக அதிகரித்து வருகிறது. SiC சாதனங்கள், உயர் மின்னழுத்த பயன்பாடுகளில் அவற்றின் சிறந்த செயல்திறன் காரணமாக, விருப்பமான தேர்வாக மாறியுள்ளதுEV சக்தி அமைப்புகள்.
- **புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மேம்பாடு**: சூரிய மற்றும் காற்றாலை போன்ற புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் உற்பத்தி அமைப்புகளுக்கு திறமையான ஆற்றல் மாற்ற தொழில்நுட்பங்கள் தேவை. SiC சாதனங்கள், அவற்றின் உயர் செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மையுடன், இந்த அமைப்புகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
- **நுகர்வோர் எலெக்ட்ரானிக்ஸ் மேம்படுத்துதல்**: ஸ்மார்ட்ஃபோன்கள் மற்றும் மடிக்கணினிகள் போன்ற நுகர்வோர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் அதிக செயல்திறன் மற்றும் நீண்ட பேட்டரி ஆயுளை நோக்கி பரிணமித்ததால், GaN சாதனங்கள் அதிக அதிர்வெண் மற்றும் உயர்-செயல்திறன் பண்புகள் காரணமாக வேகமான சார்ஜர்கள் மற்றும் பவர் அடாப்டர்களில் அதிகளவில் ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகின்றன.
4.2 ஏன் GaN மற்றும் SiC ஐ தேர்வு செய்யவும்
GaN மற்றும் SiC மீதான பரவலான கவனம் முதன்மையாக குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளில் சிலிக்கான் சாதனங்களில் அவற்றின் சிறந்த செயல்திறனில் இருந்து வருகிறது.
- **அதிக செயல்திறன்**: GaN மற்றும் SiC சாதனங்கள் உயர் அதிர்வெண் மற்றும் உயர் மின்னழுத்த பயன்பாடுகளில் சிறந்து விளங்குகின்றன, ஆற்றல் இழப்புகளை கணிசமாகக் குறைக்கின்றன மற்றும் கணினி செயல்திறனை மேம்படுத்துகின்றன. மின்சார வாகனங்கள், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மற்றும் உயர் செயல்திறன் கொண்ட நுகர்வோர் மின்னணுவியல் ஆகியவற்றில் இது மிகவும் முக்கியமானது.
- **சிறிய அளவு**: GaN மற்றும் SiC சாதனங்கள் அதிக அதிர்வெண்களில் செயல்பட முடியும் என்பதால், ஆற்றல் வடிவமைப்பாளர்கள் செயலற்ற கூறுகளின் அளவைக் குறைக்கலாம், இதனால் ஒட்டுமொத்த மின் அமைப்பின் அளவைச் சுருக்கலாம். நுகர்வு மின்னணுவியல் மற்றும் விண்வெளி உபகரணங்கள் போன்ற மினியேட்டரைசேஷன் மற்றும் இலகுரக வடிவமைப்புகளைக் கோரும் பயன்பாடுகளுக்கு இது மிகவும் முக்கியமானது.
- **அதிகரித்த நம்பகத்தன்மை**: SiC சாதனங்கள் உயர்-வெப்பநிலை, உயர் மின்னழுத்த சூழல்களில் விதிவிலக்கான வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் நம்பகத்தன்மையை வெளிப்படுத்துகின்றன, வெளிப்புற குளிர்ச்சியின் தேவையை குறைத்து சாதனத்தின் ஆயுட்காலத்தை நீட்டிக்கிறது.
5. முடிவு
நவீன ஆற்றல் தொழில்நுட்பத்தின் பரிணாம வளர்ச்சியில், குறைக்கடத்தி பொருள் தேர்வு நேரடியாக கணினி செயல்திறன் மற்றும் பயன்பாட்டு திறனை பாதிக்கிறது. சிலிக்கான் இன்னும் பாரம்பரிய பவர் அப்ளிகேஷன் சந்தையில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் அதே வேளையில், GaN மற்றும் SiC தொழில்நுட்பங்கள் முதிர்ச்சியடையும் போது திறமையான, அதிக அடர்த்தி மற்றும் அதிக நம்பகத்தன்மை கொண்ட சக்தி அமைப்புகளுக்கான சிறந்த தேர்வுகளாக மாறி வருகின்றன.
GaN விரைவில் நுகர்வோரை ஊடுருவி வருகிறதுமின்னணுவியல்மற்றும் அதன் உயர் அதிர்வெண் மற்றும் உயர்-செயல்திறன் பண்புகள் காரணமாக தகவல் தொடர்புத் துறைகள், அதே நேரத்தில் SiC, உயர் மின்னழுத்தம், உயர் சக்தி பயன்பாடுகளில் அதன் தனித்துவமான நன்மைகளுடன், மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அமைப்புகளில் முக்கிய பொருளாக மாறி வருகிறது. செலவுகள் குறையும் மற்றும் தொழில்நுட்பம் முன்னேறும்போது, GaN மற்றும் SiC ஆனது சிலிக்கான் சாதனங்களை பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளில் மாற்றும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
GaN மற்றும் SiC தலைமையிலான இந்த புரட்சியானது ஆற்றல் அமைப்புகளை வடிவமைக்கும் முறையை மாற்றுவது மட்டுமல்லாமல், நுகர்வோர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் முதல் ஆற்றல் மேலாண்மை வரை பல தொழில்களில் ஆழமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும், மேலும் அவற்றை அதிக செயல்திறன் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நட்பு திசைகளை நோக்கி தள்ளும்.
இடுகை நேரம்: ஆகஸ்ட்-28-2024