باناسونيك تطور صمامات مصنوعة من نيتريد الغاليوم للعمليات ذات التيار المرتفع وجهد بدء تشغيل منخفض

أعلنت اليوم شركة "باناسونيك" أنها قامت بتطوير الصمامات الثنائية المصنوعة من نيتريد الغاليوم التي لا تعمل بمستويات تيار كهربائي مرتفعة أكبر بأربعة أضعاف من التيار الذي تتحمله الصمامات الثنائية التقليديو المصنوعة من كربيد السيليكون*1، بل تعمل أيضاً بواسطة جهد منخفض بحكم جهد بدء التشغيل المتدني. وأصبح إنتاج الصمامات الثنائية الجديدة ممكناً عن طريق هيكلية هجينة تم تطويرها حديثاً تتألف من هيكلية مدمجة تتكون بدورها من وحدة ذات جهد منخفض ووحدة قادرة على تحمل تيار عالي، تحضيراً لظروف الجهد العالي.

وتعتبر صمامات السيليكون الثنائية التقليدية محدودة فيما يتعلق بتقليل خسائر التحويل. ومن ناحية أخرى، تتطلب الصمامات الثنائية التي تعتمد على كربيد السيليكون، وهو مركب الذي يعتبر من أشباه الموصلات الواعدة للجيل المقبل، مثل نيتريد الغاليوم، مساحة متزايدة للرقاقة لتحقيق عمليات ذات التيار العالي، ويشكل، بالتالي قيوداً على التقليل من خسائر التحويل نظراً لزيادة ترددات التشغيل.

وحققت الصمامات الثنائية المنتجة حديثاً والمصنوعة من نيتريد الغاليوم تشغيلاً ذي تيار عالي وعتبة جهد منخفضة في الوقت ذاته، وبالتالي أصبح بإمكانها التعامل مع تيارات عالية حتى بمساحة رقاقة صغيرة. ولذا يمكن تخفيض السعة الكهربائية للرقاقة للحد من خسائر التحويل، مما يسمح بتشغيل الجهاز على ترددات أعلى. ونتيجة لذلك، يساهم استخدام الصمامات الثنائية المصنوعة من نيتريد الغاليوم في دارات تحويل الجهد أو الدارات العاكسة في معدات السيارات أو المعدات الصناعية التي تتطلب طاقة عالية، بالتقليل من حجم النظام بسبب التشغيل عالي التردد.

ويتمتع هذا المنتج الذي تم تطويره حديثاً بالفوائد التالية.

تشغيل ذي تيار عالي: 7.6 كيلو أمبير/سنتيمتر مربع (أكثر بحوالي 4 مرات*1)

جهد بدء تشغيل منخفض: 0.8 فلط

مقاومة تشغيل متدنية: 1.3 ميلي أوم للسنتيمتر المربع (تخفيض بنسبة 50 في المائة تقريباً*1)

وتم إنشاء الصمامات الثنائية استناداً إلى التقنيات التالية.

البنية الهجينة للصمامات الثنائية المصنوعة من نيتريد الغاليوم مع طبقة مخططة من نيتريد الغاليوم من النوع "بي":

قمنا باقتراح صمام ثنائي هجين مصنوع من نيتريد الغاليوم مع طبقة من النوع "بي" حيث يتم تشكيل خطوط فيها، وقمنا بتطوير تقنية معالجة يمكنها إزالة طبقة من النوع "بي" على طبقة من نوع "إن" بطريقة انتقائية لتحقيق تشغيل ذي تيار عالي وجهد بدء تشغيل منخفض وبالإضافة إلى جهد تعطيل يصل إلى 1.6 كيلوفلط.

تصنيع الصمامات الثنائية على ركيزة من نيتريد الغاليوم ذات مقاومة منخفضة:

استخدمنا في هذا التطوير، ركائز موصلة من نيتريد الغاليوم ذات مقاومة منخفضة، تم استخدامها تجارياً في الصمامات الثنائية الباعثة للضوء وليزر أشباه الموصلات، ويتوقع أن يتم اعتمادها في أجهزة الطاقة في المستقبل، وقمنا بإنشاء التقنيات للنمو التقيلي والمعالجة على ركيزة مصنوعة من نيتريد الغاليوم قبل تشكيل الصمامات الثنائية. وتمكّن الهيكلية التي تتدفق من خلالها التيارات في الاتجاه الرأسي مساحة رقاقة أصغر ومقاومة أقل.

وتم دعم هذا العمل جزئياً من قبل وزارة البيئة في حكومة اليابان.

وعُرضت نتائج هذا التطوير في المؤتمر الدولي للأجهزة والمواد الصلبة لعام 2015، في سابورو باليابان (سبتمبر 2015).

*1 مقارنة بالصمام الثنائي المصنوع من كربيد السيليكون مع جهد مصنف يصل إلى 1,200 فلط