Koja su otkrića u tehnologiji dioda u kontekstu energetske tranzicije?

1, Revolucija materijala: Poluprovodnici sa širokim pojasom upuštaju se u prijelaz u performansama
Tradicionalne diode na bazi silikona{0}}ograničene su fizičkim svojstvima materijala, što otežava probijanje efikasnosti i pouzdanosti u scenarijima visokog napona, visoke frekvencije i visoke temperature. Poluprovodnički materijali sa širokim pojasom predstavljeni silicijum karbidom (SiC) i galijum nitridom (GaN) preoblikuju pejzaž diodne tehnologije sa svojim jedinstvenim fizičkim prednostima.

Jačina polja proboja dioda od silicijum karbida dostiže 2,2 MV/cm, što je 9 puta više od silicijumske. Toplotna provodljivost je povećana za više od 2 puta, a gornja granica radne temperature prelazi 200 stepeni. U fotonaponskim inverterima, vertikalno strukturirane SiC PiN diode postižu gustoću struje veću od 200A/cm² i vrijeme povratnog oporavka smanjeno na 50 nanosekundi kroz tehnike dubokog jetkanja i epitaksijalnog rasta, što je 80% niže od uređaja na bazi silicija{9}}. Uzimajući 1500V fotonaponski sistem Sunac Power kao primjer, upotreba SiC dioda smanjuje gubitke u sistemu za 40%, povećava gustinu snage za 35% i smanjuje troškove pojedinačnog wata za 0,02 juana.

Galij nitridne diode pokazuju izvanredne performanse u RF polju zbog svoje veće pokretljivosti elektrona. Prednji kraj-milimetarskog talasa 5G baznih stanica usvaja GaN Schottky diode za postizanje ispravljanja signala u frekventnom opsegu od 24GHz-52GHz, smanjujući potrošnju energije za 30% u poređenju sa silicijumskim uređajima i podržavajući široko-razmještanje baznih stanica. U oblasti novih energetskih vozila, GaN SiC hibridno rješenje je završilo testiranje prototipa visoke frekvencije od 200 kHz-u laboratoriji, sa efikasnošću većom od 99,2%. Ako se komercijalizira, promovirat će 50% smanjenje količine ugrađenih punjača.

2, Strukturne inovacije: trodimenzionalna vertikalizacija i nanoskalna integracija
Suočene s krajnjom potragom za gustoćom snage u novim energetskim sistemima, diodne strukture evoluiraju od dvodimenzionalnih u tri-dimenzionalne. Vertikalna struktura optimizuje putanju struje, pretvarajući bočni prenos u uzdužni prenos, značajno poboljšavajući performanse uređaja. Na primjer, vertikalne SiC PiN diode mogu izdržati hiljade volti obrnutog napona u ultra-naponskom prijenosu jednosmjerne struje, smanjujući broj komponenti konvertorske stanice za 60% i gubitke u sistemu za 15%.

Tehnologija integracije procesa nanorazmjera promovira razvoj dioda prema minijaturizaciji i integraciji. Pod 7nm procesom, diode su integrisane sa tranzistorima, kondenzatorima i drugim uređajima na heterogen način, formirajući trodimenzionalnu naslaganu strukturu kroz napredne tehnologije pakovanja kao što su CoWoS i InFO. U čipu za upravljanje napajanjem pametnih telefona, modul napajanja integriran sa nano diodama postiže brzo punjenje u milisekundama i dinamičko prilagođavanje potrošnje energije, a efikasnost punjenja je poboljšana na preko 98%.

3, proširenje funkcije: od jednog uređaja do sistemskog rješenja
Proboj diodne tehnologije se ne ogleda samo u poboljšanju performansi, već iu funkcionalnoj integraciji i saradnji sistema. U oblasti fotonaponske tehnike, Xinpeng Micro AP1790 idealni diodni kontroler simulira Schottkyjeve karakteristike kontroliranjem vanjskih MOSFET-a kako bi se postigao ultra-nizak pad napona naprijed (60% niži od tradicionalnih rješenja), a struja curenja se približava nuli pod visokom temperaturom i visokim pritiskom. Nakon primene u fotonaponskom optimizatoru, efikasnost proizvodnje električne energije sistema je porasla za 8%, a porast temperature smanjen za 50%, rešavajući probleme velike potrošnje energije i teškog odvođenja toplote tradicionalnih bypass dioda pod velikom strujom.

U sistemima za pohranu energije, trodimenzionalne diode vertikalne strukture integrirane su s inteligentnim energetskim modulima za praćenje parametara-u realnom vremenu kao što su temperatura i napon. Na primjer, tehnologija pakiranja DFN8 × 8 koja koristi srebrno sinteriranje, bakrene kopče i gornje hlađenje smanjuje termičku otpornost diode na 0,35 K/W, snižava temperaturu spoja za 25 stupnjeva, omogućava pretvaraču za pohranu energije da radi pri punom opterećenju pri temperaturi okoline od 65 stupnjeva, smanjuje težinu aluminija za 3% cijene radijatora za 3%, 0,015 juana/W.

4, Produbljivanje scenarija primjene: Puni lanac pokrivanja nove energije
Proboj u tehnologiji dioda duboko je integriran u različite karike lanca nove energetske industrije:

Kraj proizvodnje energije: U fotonaponskim inverterima, SiC diode podržavaju nadogradnju napona sistema od 1500V, povećavajući broj jednostrukih komponenti za 30% i smanjujući troškove kablova za 20%; U pretvaračima energije vjetra, visoko-SiC diode povećavaju frekvenciju prebacivanja na 100 kHz i smanjuju veličinu komponenti za filtriranje za 40%.
Kraj skladištenja energije: Nakon usvajanja hibridne šeme SiC+GaN, efikasnost punjenja i pražnjenja pretvarača za skladištenje energije je poboljšana na 98,5%, životni vek ciklusa je premašio 10000 puta, a cena po kilovat satu je smanjena za 0,03 juana.
Potrošnja električne energije: Popularizacija visokonaponskih-platforma od 800V za vozila nove energije izazvala je porast potražnje za SiC Schottky diodama iznad 1200V. Nakon usvajanja SiC dioda u kontroleru motora Tesla Model 3, domet je povećan za 10%, težina je smanjena za 5%, a vrijeme punjenja je skraćeno za 30%.
5, Industrijska ekološka rekonstrukcija: Uspon kineskih preduzeća
Globalno tržište dioda formira konkurentni obrazac "međunarodnih giganata koji dominiraju visoko-kineskim kompanijama koje ubrzavaju napredak". Infineon, Anson i druge kompanije zauzimaju vrhunsko-tržište sa svojim prednostima istraživanja i razvoja SiC materijala, dok kineske kompanije, vođene podrškom politike i potražnjom tržišta, grade kompletan ekološki lanac kroz vertikalnu integraciju. Do 2025. tržišni udio SiC dioda u Kini dostići će 28%, a kompanije kao što su Yangjie Technology i Silan Microelectronics ući će u prvih pet na svijetu. Proizvođači sistema kao što su Sunac i BYD duboko će sarađivati ​​sa kompanijama za proizvodnju čipova kako bi unaprijedili stopu penetracije domaćih uređaja u fotonaponskim sistemima od 1500 V na više od 60%.