හැඳින්වීම
බලශක්ති තාක්ෂණය නවීන ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවල මූලික ගල වන අතර, තාක්ෂණය දියුණු වන විට, වැඩිදියුණු කළ බලශක්ති පද්ධති ක්‍රියාකාරිත්වය සඳහා ඇති ඉල්ලුම අඛණ්ඩව ඉහළ යයි. මෙම සන්දර්භය තුළ, අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය තෝරා ගැනීම තීරණාත්මක වේ. සාම්ප්‍රදායික සිලිකන් (Si) අර්ධ සන්නායක තවමත් බහුලව භාවිතා වන අතර, ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් (GaN) සහ සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) වැනි නැගී එන ද්‍රව්‍ය ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත බලශක්ති තාක්ෂණයන්හි වැඩි වැඩියෙන් ප්‍රමුඛත්වය ලබා ගනී. අනාගත බලශක්ති පද්ධතිවල GaN සහ SiC අත්‍යවශ්‍ය වන්නේ මන්දැයි තේරුම් ගැනීමට බලශක්ති තාක්ෂණයේ මෙම ද්‍රව්‍ය තුන අතර වෙනස්කම්, ඒවායේ යෙදුම් අවස්ථා සහ වත්මන් වෙළඳපල ප්‍රවණතා මෙම ලිපියෙන් ගවේෂණය කරනු ඇත.
1. සිලිකන් (Si) — සාම්ප්‍රදායික බල අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යය
1.1 ලක්ෂණ සහ වාසි
සිලිකන් යනු බලශක්ති අර්ධ සන්නායක ක්ෂේත්‍රයේ පුරෝගාමී ද්‍රව්‍යය වන අතර, ඉලෙක්ට්‍රොනික කර්මාන්තයේ දශක ගණනාවක් තිස්සේ භාවිතා කර ඇත. Si-පාදක උපාංග පරිණත නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන් සහ පුළුල් යෙදුම් පදනමක් ඇති අතර, අඩු පිරිවැය සහ හොඳින් ස්ථාපිත සැපයුම් දාමයක් වැනි වාසි ලබා දෙයි. සිලිකන් උපාංග හොඳ විද්‍යුත් සන්නායකතාවක් පෙන්නුම් කරන අතර, අඩු බලැති පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණවල සිට අධි බලැති කාර්මික පද්ධති දක්වා විවිධ බල ඉලෙක්ට්‍රොනික යෙදුම් සඳහා ඒවා සුදුසු වේ.
1.2 සීමාවන්
කෙසේ වෙතත්, බල පද්ධතිවල ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව සහ කාර්ය සාධනය සඳහා ඇති ඉල්ලුම වර්ධනය වන විට, සිලිකන් උපාංගවල සීමාවන් පැහැදිලි වේ. පළමුව, ඉහළ සංඛ්‍යාත සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව තත්වයන් යටතේ සිලිකන් දුර්වල ලෙස ක්‍රියා කරන අතර එමඟින් බලශක්ති අලාභ වැඩි වන අතර පද්ධති කාර්යක්ෂමතාව අඩු වේ. ඊට අමතරව, සිලිකන්වල අඩු තාප සන්නායකතාවය අධි බල යෙදුම්වල තාප කළමනාකරණය අභියෝගාත්මක කරයි, එය පද්ධති විශ්වසනීයත්වයට සහ ආයු කාලයට බලපායි.
1.3 යෙදුම් ක්ෂේත්‍ර
මෙම අභියෝග මධ්‍යයේ වුවද, බොහෝ සාම්ප්‍රදායික යෙදුම්වල, විශේෂයෙන් පිරිවැය-සංවේදී පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සහ AC-DC පරිවර්තක, DC-DC පරිවර්තක, ගෘහ උපකරණ සහ පුද්ගලික පරිගණක උපාංග වැනි අඩු-සිට-මැද-බල යෙදුම්වල සිලිකන් උපාංග ප්‍රමුඛව පවතී.
2. ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් (GaN) - නැගී එන ඉහළ කාර්ය සාධන ද්‍රව්‍යයකි
2.1 ලක්ෂණ සහ වාසි
ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් යනු පුළුල් කලාප පරතරයකි.අර්ධ සන්නායකඉහළ බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්‍රයක්, ඉහළ ඉලෙක්ට්‍රෝන සංචලතාවයක් සහ අඩු ප්‍රතිරෝධයක් මගින් සංලක්ෂිත ද්‍රව්‍යයකි. සිලිකන් හා සසඳන විට, GaN උපාංගවලට ඉහළ සංඛ්‍යාතවලදී ක්‍රියා කළ හැකි අතර, බල සැපයුම්වල නිෂ්ක්‍රීය සංරචකවල ප්‍රමාණය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කර බල ඝනත්වය වැඩි කරයි. එපමණක් නොව, GaN උපාංගවලට ඒවායේ අඩු සන්නායකතාවය සහ මාරුවීමේ පාඩු හේතුවෙන් බල පද්ධති කාර්යක්ෂමතාව බෙහෙවින් වැඩි දියුණු කළ හැකිය, විශේෂයෙන් මධ්‍යම සිට අඩු බලැති, අධි සංඛ්‍යාත යෙදුම් වලදී.
2.2 සීමාවන්
GaN හි සැලකිය යුතු කාර්ය සාධන වාසි තිබියදීත්, එහි නිෂ්පාදන පිරිවැය සාපේක්ෂව ඉහළ මට්ටමක පවතින අතර, කාර්යක්ෂමතාව සහ ප්‍රමාණය ඉතා වැදගත් වන ඉහළ මට්ටමේ යෙදුම් සඳහා එහි භාවිතය සීමා කරයි. අතිරේකව, GaN තාක්ෂණය තවමත් සංවර්ධනයේ සාපේක්ෂව මුල් අවධියේ පවතින අතර, දිගුකාලීන විශ්වසනීයත්වය සහ මහා පරිණතභාවය තවදුරටත් වලංගු කිරීම අවශ්‍ය වේ.
2.3 යෙදුම් ක්ෂේත්‍ර
GaN උපාංගවල අධි-සංඛ්‍යාත සහ අධි-කාර්යක්ෂමතා ලක්ෂණ නිසා, වේගවත් චාජර්, 5G සන්නිවේදන බල සැපයුම්, කාර්යක්ෂම ඉන්වර්ටර් සහ අභ්‍යවකාශ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ ඇතුළු බොහෝ නැගී එන ක්ෂේත්‍රවල ඒවා භාවිතා කිරීමට හේතු වී තිබේ. තාක්ෂණය දියුණු වන විට සහ පිරිවැය අඩු වන විට, පුළුල් පරාසයක යෙදුම්වල GaN වඩාත් කැපී පෙනෙන කාර්යභාරයක් ඉටු කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.
3. සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) - අධි වෝල්ටීයතා යෙදුම් සඳහා වඩාත් කැමති ද්‍රව්‍යය
3.1 ලක්ෂණ සහ වාසි
සිලිකන් කාබයිඩ් යනු සිලිකන් වලට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස ඉහළ බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්‍රයක්, තාප සන්නායකතාවය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන සන්තෘප්ත ප්‍රවේගයක් සහිත තවත් පුළුල් කලාප පරතරය අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යයකි. SiC උපාංග අධි වෝල්ටීයතා සහ අධි බල යෙදුම්වල, විශේෂයෙන් විදුලි වාහන (EV) සහ කාර්මික ඉන්වර්ටර් වල විශිෂ්ටයි. SiC හි අධි වෝල්ටීයතා ඉවසීම සහ අඩු මාරු කිරීමේ පාඩු කාර්යක්ෂම බල පරිවර්තනය සහ බල ඝනත්වය ප්‍රශස්තිකරණය සඳහා එය කදිම තේරීමක් කරයි.
3.2 සීමාවන්
GaN හා සමානව, SiC උපාංග නිෂ්පාදනය කිරීමට මිල අධික වන අතර සංකීර්ණ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන් ද ඇත. මෙය EV බල පද්ධති, පුනර්ජනනීය බලශක්ති පද්ධති, අධි වෝල්ටීයතා ඉන්වර්ටර් සහ ස්මාර්ට් ජාල උපකරණ වැනි ඉහළ වටිනාකමක් ඇති යෙදුම් වලට ඒවායේ භාවිතය සීමා කරයි.
3.3 යෙදුම් ක්ෂේත්‍ර
SiC හි කාර්යක්ෂම, අධි-වෝල්ටීයතා ලක්ෂණ නිසා එය EV ඉන්වර්ටර් සහ චාජර්, අධි බලැති සූර්ය ඉන්වර්ටර්, සුළං බල පද්ධති සහ තවත් බොහෝ දේ වැනි අධි බලැති, අධි උෂ්ණත්ව පරිසරයන්හි ක්‍රියාත්මක වන බල ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග සඳහා පුළුල් ලෙස අදාළ වේ. වෙළඳපල ඉල්ලුම වර්ධනය වන විට සහ තාක්ෂණය දියුණු වන විට, මෙම ක්ෂේත්‍රවල SiC උපාංගවල යෙදුම අඛණ්ඩව පුළුල් වනු ඇත.
4. වෙළඳපල ප්‍රවණතා විශ්ලේෂණය
4.1 GaN සහ SiC වෙළඳපොළවල වේගවත් වර්ධනය
වර්තමානයේ, බලශක්ති තාක්ෂණ වෙළඳපොළ පරිවර්තනයකට භාජනය වෙමින් පවතින අතර, ක්‍රමයෙන් සාම්ප්‍රදායික සිලිකන් උපාංගවලින් GaN සහ SiC උපාංග වෙත මාරු වෙමින් පවතී. වෙළඳපල පර්යේෂණ වාර්තාවලට අනුව, GaN සහ SiC උපාංග සඳහා වෙළඳපොළ වේගයෙන් ප්‍රසාරණය වෙමින් පවතින අතර ඉදිරි වසරවලදී එහි ඉහළ වර්ධන ගමන් පථය දිගටම කරගෙන යනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ. මෙම ප්‍රවණතාවය ප්‍රධාන වශයෙන් සාධක කිහිපයක් මගින් මෙහෙයවනු ලැබේ:
- **විදුලි වාහනවල නැගීම**: EV වෙළඳපොළ වේගයෙන් ප්‍රසාරණය වන විට, ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයකින් යුත්, අධි වෝල්ටීයතා බල අර්ධ සන්නායක සඳහා ඇති ඉල්ලුම සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වෙමින් පවතී. අධි වෝල්ටීයතා යෙදුම්වල ඒවායේ උසස් ක්‍රියාකාරිත්වය හේතුවෙන් SiC උපාංග වඩාත් කැමති තේරීම බවට පත්ව ඇත.EV බල පද්ධති.
- **පුනර්ජනනීය බලශක්ති සංවර්ධනය**: සූර්ය හා සුළං බලය වැනි පුනර්ජනනීය බලශක්ති උත්පාදන පද්ධති සඳහා කාර්යක්ෂම බලශක්ති පරිවර්තන තාක්ෂණයන් අවශ්‍ය වේ. ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව සහ විශ්වසනීයත්වය සහිත SiC උපාංග මෙම පද්ධතිවල බහුලව භාවිතා වේ.
- **පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ වැඩිදියුණු කිරීම**: ස්මාර්ට්ෆෝන් සහ ලැප්ටොප් වැනි පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ ඉහළ කාර්ය සාධනයක් සහ දිගු බැටරි ආයු කාලයක් කරා පරිණාමය වන විට, ඒවායේ ඉහළ සංඛ්‍යාත සහ ඉහළ කාර්යක්ෂමතා ලක්ෂණ හේතුවෙන් වේගවත් චාජර් සහ බල ඇඩැප්ටරවල GaN උපාංග වැඩි වැඩියෙන් භාවිතා වේ.
4.2 GaN සහ SiC තෝරා ගන්නේ ඇයි?
GaN සහ SiC කෙරෙහි පුළුල් අවධානයක් යොමු වී ඇත්තේ ප්‍රධාන වශයෙන් නිශ්චිත යෙදුම්වල සිලිකන් උපාංගවලට වඩා ඒවායේ උසස් ක්‍රියාකාරිත්වයෙනි.
- **ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව**: GaN සහ SiC උපාංග අධි-සංඛ්‍යාත සහ අධි-වෝල්ටීයතා යෙදුම්වල විශිෂ්ටයි, බලශක්ති පාඩු සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කරන අතර පද්ධති කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කරයි. මෙය විශේෂයෙන් විදුලි වාහන, පුනර්ජනනීය බලශක්තිය සහ ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සඳහා වැදගත් වේ.
- **කුඩා ප්‍රමාණය**: GaN සහ SiC උපාංග ඉහළ සංඛ්‍යාතවලදී ක්‍රියා කළ හැකි නිසා, බල නිර්මාණකරුවන්ට නිෂ්ක්‍රීය සංරචකවල ප්‍රමාණය අඩු කළ හැකි අතර, එමඟින් සමස්ත බල පද්ධති ප්‍රමාණය හැකිලී යයි. පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සහ අභ්‍යවකාශ උපකරණ වැනි කුඩාකරණය සහ සැහැල්ලු මෝස්තර අවශ්‍ය වන යෙදුම් සඳහා මෙය ඉතා වැදගත් වේ.
- **විශ්වසනීයත්වය වැඩි වීම**: SiC උපාංග ඉහළ උෂ්ණත්ව, අධි වෝල්ටීයතා පරිසරවල සුවිශේෂී තාප ස්ථායිතාව සහ විශ්වසනීයත්වය පෙන්නුම් කරයි, බාහිර සිසිලනය සඳහා අවශ්‍යතාවය අඩු කර උපාංගයේ ආයු කාලය දීර්ඝ කරයි.
5. නිගමනය
නවීන බලශක්ති තාක්ෂණයේ පරිණාමයේ දී, අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය තෝරා ගැනීම පද්ධති ක්‍රියාකාරිත්වයට සහ යෙදුම් විභවයට සෘජුවම බලපායි. සිලිකන් තවමත් සාම්ප්‍රදායික බලශක්ති යෙදුම් වෙළඳපොළේ ආධිපත්‍යය දරන අතර, GaN සහ SiC තාක්ෂණයන් පරිණත වන විට කාර්යක්ෂම, ඉහළ ඝනත්ව සහ ඉහළ විශ්වසනීයත්ව බල පද්ධති සඳහා කදිම තේරීම් බවට පත්වෙමින් තිබේ.
GaN වේගයෙන් පාරිභෝගිකයා තුළට විනිවිද යයි.ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණසහ සන්නිවේදන අංශවල අධි-සංඛ්‍යාත සහ අධි-කාර්යක්ෂමතා ලක්ෂණ නිසා, අධි-වෝල්ටීයතා, අධි-බල යෙදීම්වල එහි අද්විතීය වාසි සහිත SiC, විදුලි වාහන සහ පුනර්ජනනීය බලශක්ති පද්ධතිවල ප්‍රධාන ද්‍රව්‍යයක් බවට පත්වෙමින් තිබේ. පිරිවැය අඩු වන විට සහ තාක්ෂණය දියුණු වන විට, GaN සහ SiC පුළුල් පරාසයක යෙදුම්වල සිලිකන් උපාංග ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමට අපේක්ෂා කරන අතර, බලශක්ති තාක්ෂණය සංවර්ධනයේ නව අවධියකට ගෙන යයි.
GaN සහ SiC විසින් මෙහෙයවනු ලබන මෙම විප්ලවය බලශක්ති පද්ධති නිර්මාණය කර ඇති ආකාරය වෙනස් කරනවා පමණක් නොව, පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණවල සිට බලශක්ති කළමනාකරණය දක්වා බහුවිධ කර්මාන්තවලට ප්‍රබල ලෙස බලපානු ඇත, ඒවා ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයක් සහ වඩාත් පරිසර හිතකාමී දිශාවන් කරා තල්ලු කරයි.
පළ කිරීමේ කාලය: අගෝස්තු-28-2024