Theo Infineon Technologies - công ty chuyên lĩnh vực chất bán dẫn của Đức, mục tiêu của nhiều doanh nghiệp trong ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu là phát triển các thiết bị nguồn bán dẫn để tác động tích cực lên hệ thống quản lý năng lượng. Đóng vai trò nền tảng trong các hệ thống điện, nguồn bán dẫn là một trong những yếu tố then chốt, quyết định hiệu quả sử dụng năng lượng. Các kỹ sư thiết kế hệ thống điện, từ bộ nguồn tới biến tần, cần đáp ứng các mục tiêu tối ưu hiệu quả và kiểm soát chi phí vận hành.
Khi biến tần điện mặt trời, bộ nguồn và các phương tiện chạy bằng điện rẻ hơn, việc áp dụng các hạ tầng xanh hơn sẽ được phổ biến rộng rãi, tạo ra ảnh hưởng tích cực cho Trái đất. Do đó, lựa chọn công nghệ phù hợp từ kinh nghiệm của các kỹ sư thiết kế là khâu rất quan trọng.
Bên cạnh vật liệu silicon cũ, các công nghệ và vật liệu mới gần đây như silicon carbide (SiC) hay GaN hứa hẹn mang lại hiệu quả và công suất cao hơn.
Thực tế cho thấy WBG (các chất bán dẫn băng rộng) có thể mang đến hiệu suất vượt trội. Chất này cho phép điện áp đánh thủng và tần suất vận hành cao hơn, nhiệt dung linh hoạt hơn cũng như khả năng chống chịu các sự kiện chuyển mạch bền bỉ hơn. Những đặc điểm này khiến WBG phù hợp với các cấu trúc liên kết mạng hoặc các thiết kế mật độ cao so với những giải pháp sử dụng silicon trước đây.
 |
| Sản phẩm ứng dụng vật liệu SiC hoạt động lý tưởng ở mạch công suất cao. |
Các sản phẩm từ vật liệu Si như thiết bị SJ MOSFET hay IGBT có thể sử dụng trên một dải điện áp rộng và trong nhiều class - mạch công suất. Trong khi đó, các sản phẩm sử dụng SiC hoạt động lý tưởng từ mạch công suất 650 V trở lên (có thể đạt mức điện áp hơn 3 kV). So với Si, SiC càng hiệu quả khi tần suất vận hành tăng.
Khi nghiên cứu những sản phẩm Transistor hiệu ứng trường FET riêng biệt, công ty Infineon sở hữu danh mục sản phẩm phong phú trong dải công suất 600 - 650V như SJ MOSFET silicon CoolMOS, MOSFET silicon carbide CoolSiC và HEMT gallium nitride chế độ tăng cường trạng thái tắt CoolGaN. Trong đó, SJ MOSFET đáp ứng được hầu hết yêu cầu hiện nay về sử dụng năng lượng hiệu quả với chi phí tối ưu.
Tuy vậy, trong một vài trường hợp yêu cầu thiết kế đặc biệt như thay đổi nhiệt độ hoặc mật độ siêu cao, các thiết bị làm từ SiC và GaN là lựa chọn ưu việt. Trong khi đó, sản phẩm CoolSiC MOSFET dẫn nhiệt tốt nhờ độ bền chắc của thiết bị, còn CoolGaN HEMT phù hợp với những thiết bị tần suất vận hành lớn.
 |
| Thiết bị ứng dụng SiC giúp tiết kiệm chi phí và có hiệu năng sử dụng cao. |
Trong tương lai, các sản phẩm WBG được kỳ vọng tiếp tục phát triển và thay thế dần các thiết bị sử dụng silicon. Việc sử dụng vật liệu SiC sẽ phổ biến nhanh hơn do đặc điểm dễ sử dụng và khả năng chuyển đổi tương đối đơn giản từ SJ MOSFET và IGBT. Khi được sử dụng theo phương án thiết kế chuẩn, công nghệ SiC sẽ là lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị đòi hỏi hiệu suất cao. Độc giả tham khảo thêm thông tin chi tiết tại đây.
