پیشرفت در فناوری دیود در زمینه انتقال انرژی چیست؟

1، انقلاب مواد: نیمه‌هادی‌های باندگپ گسترده در حال انتقال عملکرد هستند
دیودهای سنتی مبتنی بر سیلیکون{0}}به دلیل ویژگی‌های فیزیکی موادشان محدود شده‌اند، و شکست راندمان و قابلیت اطمینان در سناریوهای ولتاژ بالا، فرکانس بالا و دمای بالا را دشوار می‌کند. مواد نیمه هادی با فاصله باند گسترده که توسط کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیم (GaN) نشان داده می شوند، چشم انداز فناوری دیود را با مزایای فیزیکی منحصر به فرد خود تغییر شکل می دهند.

قدرت میدان شکست دیودهای کاربید سیلیکون به 2.2MV/cm می رسد که 9 برابر سیلیکون است. هدایت حرارتی بیش از 2 برابر افزایش می یابد و حد بالای دمای عملیاتی بیش از 200 درجه است. در اینورترهای فتوولتائیک، دیودهای SiC PiN با ساختار عمودی به چگالی جریان بیش از 200A/cm² دست می‌یابند و زمان بازیابی معکوس به 50 نانوثانیه با روش‌های حکاکی عمیق ترانشه و رشد همپایه کاهش می‌یابد که 80 درصد کمتر از دستگاه‌های مبتنی بر سیلیکون است. با در نظر گرفتن سیستم فتوولتائیک 1500 ولتی Sunac Power به عنوان مثال، استفاده از دیودهای SiC تلفات سیستم را تا 40٪ کاهش می دهد، چگالی توان را تا 35٪ افزایش می دهد و هزینه های تک وات را 0.02 یوان کاهش می دهد.

دیودهای نیترید گالیوم به دلیل تحرک الکترون بالاتر، عملکرد فوق‌العاده‌ای را در میدان RF نشان می‌دهند. انتهای موج میلی متری-ایستگاه های پایه 5G از دیودهای GaN Schottky برای دستیابی به تصحیح سیگنال در باند فرکانس 24 گیگاهرتز-52 گیگاهرتز استفاده می کند که مصرف برق را 30 درصد در مقایسه با دستگاه های سیلیکونی کاهش می دهد و از گسترش- ایستگاه های پایه در مقیاس بزرگ پشتیبانی می کند. در زمینه وسایل نقلیه انرژی جدید، راه حل هیبریدی GaN SiC آزمایش نمونه اولیه با فرکانس بالا 200 کیلوهرتز{13}}را در آزمایشگاه، با بازدهی بیش از 99.2٪ تکمیل کرده است. در صورت تجاری سازی، کاهش 50 درصدی در حجم شارژرهای داخلی را افزایش می دهد.

2، نوآوری ساختاری: عمودی سازی سه بعدی و ادغام در مقیاس نانو
سازه‌های دیود در مواجهه با هدف نهایی چگالی توان در سیستم‌های انرژی جدید، از -دو بعدی به سه بعدی-در حال تبدیل شدن هستند. ساختار عمودی مسیر فعلی را بهینه می کند، انتقال جانبی را به انتقال طولی تبدیل می کند و عملکرد دستگاه را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. برای مثال، دیودهای SiC PiN عمودی می‌توانند هزاران ولت ولتاژ معکوس را در انتقال جریان مستقیم با ولتاژ بالا تحمل کنند و تعداد اجزای ایستگاه مبدل را تا 60% و تلفات سیستم را تا 15% کاهش دهند.

فناوری یکپارچه سازی فرآیندهای نانومقیاس توسعه دیودها را به سمت کوچک سازی و یکپارچه سازی ارتقا می دهد. تحت فرآیند 7 نانومتری، دیودها با ترانزیستورها، خازن‌ها و سایر دستگاه‌ها به شیوه‌ای ناهمگن ادغام می‌شوند و از طریق فناوری‌های بسته‌بندی پیشرفته مانند CoWoS و InFO، یک ساختار انباشته شده سه‌بعدی را تشکیل می‌دهند. در تراشه مدیریت انرژی گوشی‌های هوشمند، ماژول قدرت ادغام شده با دیودهای نانومقیاس به شارژ سریع میلی‌ثانیه‌ای و تنظیم مصرف انرژی پویا دست می‌یابد و راندمان شارژ به بیش از 98 درصد بهبود می‌یابد.

3، توسعه عملکرد: از یک دستگاه به راه حل سیستم
پیشرفت فناوری دیود نه تنها در بهبود عملکرد، بلکه در یکپارچگی عملکردی و همکاری سیستم نیز منعکس شده است. در زمینه فتوولتائیک، کنترل‌کننده دیود ایده‌آل Xinpeng Micro AP1790 با کنترل ماسفت‌های خارجی، ویژگی‌های شاتکی را شبیه‌سازی می‌کند تا افت ولتاژ رو به جلو فوق‌العاده پایین (60٪ کمتر از راه‌حل‌های سنتی) و جریان نشتی در دمای بالا و فشار بالا به صفر برسد. پس از اعمال در بهینه ساز فتوولتائیک، راندمان تولید برق سیستم به میزان 8 درصد افزایش و افزایش دما 50 درصد کاهش یافت که مشکلات مصرف برق بالا و اتلاف گرمای دشوار دیودهای بای پس سنتی تحت جریان بالا را حل کرد.

در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، دیودهای ساختار عمودی سه‌بعدی با ماژول‌های قدرت هوشمند برای نظارت بر پارامترهای زمان واقعی مانند دما و ولتاژ ادغام می‌شوند. به عنوان مثال، فناوری بسته بندی DFN8 × 8 با استفاده از تف جوشی نقره، گیره مسی و خنک کننده بالا مقاومت حرارتی دیود را به 0.35K/W کاهش می دهد، دمای اتصال را تا 25 درجه کاهش می دهد، به اینورتر ذخیره انرژی اجازه می دهد با بار کامل در دمای محیط 65 درصد کار کند، و وزن رادیاتور را 3 درصد کاهش می دهد. 0.015 یوان / وات.

4، تعمیق سناریوی کاربردی: پوشش زنجیره ای کامل انرژی های جدید
پیشرفت در فناوری دیود عمیقاً در پیوندهای مختلف زنجیره صنعت انرژی جدید ادغام شده است:

پایان تولید برق: در اینورترهای فتوولتائیک، دیودهای SiC از ارتقاء ولتاژ سیستم 1500 ولت پشتیبانی می‌کنند و تعداد قطعات تک رشته‌ای را تا 30 درصد افزایش می‌دهند و هزینه کابل را تا 20 درصد کاهش می‌دهند. در مبدل‌های برق بادی، دیودهای SiC با فرکانس بالا، فرکانس سوئیچینگ را تا 100 کیلوهرتز افزایش می‌دهند و اندازه اجزای فیلتر را تا 40% کاهش می‌دهند.
پایان ذخیره انرژی: پس از اتخاذ طرح هیبریدی SiC+GaN، راندمان شارژ و دشارژ اینورتر ذخیره انرژی به 98.5٪ بهبود یافته است، عمر چرخه از 10000 بار فراتر رفته و هزینه هر کیلووات ساعت 0.03 یوان کاهش یافته است.
مصرف الکتریسیته: رواج پلتفرم‌های ولتاژ بالا{{1} 800 ولت برای وسایل نقلیه با انرژی جدید باعث افزایش تقاضا برای دیودهای SiC Schottky بالای 1200 ولت شده است. پس از استفاده از دیودهای SiC در کنترل کننده موتور تسلا مدل 3، برد 10 درصد افزایش می یابد، وزن آن 5 درصد کاهش می یابد و زمان شارژ 30 درصد کاهش می یابد.
5، بازسازی بوم‌شناختی صنعتی: ظهور شرکت‌های چینی
بازار جهانی دیود در حال شکل گیری یک الگوی رقابتی از "غول های بین المللی تسلط بر- سطح بالا، شرکت های چینی در حال تسریع پیشرفت ها هستند". Infineon، Anson و سایر شرکت‌ها با مزایای تحقیق و توسعه مواد SiC خود،-بازار بالا را اشغال می‌کنند، در حالی که شرکت‌های چینی، با حمایت سیاست‌ها و تقاضای بازار، یک زنجیره کامل زیست‌محیطی را از طریق یکپارچه‌سازی عمودی ایجاد می‌کنند. تا سال 2025، سهم بازار دیودهای SiC در چین به 28 درصد خواهد رسید و شرکت هایی مانند Yangjie Technology و Silan Microelectronics وارد پنج کشور برتر جهان خواهند شد. سازندگان سیستم مانند Sunac و BYD عمیقاً با شرکت های تراشه همکاری خواهند کرد تا ضریب نفوذ دستگاه های داخلی در سیستم های فتوولتائیک 1500 ولت را به بیش از 60 درصد ارتقا دهند.