Широкозонные полупроводники: обзор новостей за сентябрь 2026 года

Месячный обзор ключевых новостей о карбиде кремния, нитриде галлия и широкозонных материалах. В выпуске: новые SiC-модули и процессы, сделки и альянсы Infineon, Navitas, Magnachip и DB HiTek, решения на GaN для ЦОД искусственного интеллекта, приводов и радаров. Отдельный раздел посвящён исследованиям широкозонных материалов — от гексагонального алмаза и NbAlN до двумерного оксида галлия.

Перед вами подборка главных новостей месяца о карбиде кремния (SiC), нитриде галлия (GaN) и широкозонных материалах.

Новости SiC

Toshiba выпустила модуль на SiC-MOSFET с напряжением 3300 В и высокой стойкостью к импульсному току, повышающей надёжность промышленного оборудования

Компания Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation расширила линейку продукции, представив IX800FXF2YMS4 — сдвоенный модуль на SiC-MOSFET для промышленных применений, таких как рельсовый транспорт, системы генерации на возобновляемых источниках и системы преобразования энергии. Новый модуль построен на кристаллах SiC-MOSFET третьего поколения разработки Toshiba и рассчитан на напряжение сток — исток 3300 В и постоянный ток стока 800 А. В характеристиках указан предел I2t для диодной части, который и определяет стойкость к импульсному току.

Производители промышленного оборудования — тяговых инверторов и преобразователей для рельсового транспорта, систем генерации на возобновляемых источниках, устройств управления промышленными двигателями — вынуждены постоянно отвечать на растущие требования к КПД, компактности и надёжности. В таких системах через силовые полупроводниковые модули при нештатных режимах могут протекать значительные импульсные токи, поэтому стойкость к ним должна быть достаточной.

IX800FXF2YMS4 использует усовершенствованную архитектуру SiC-кристалла и обеспечивает характеристику I2t на уровне 300 кА²·с, что отражает стойкость диодной части к импульсному току в нештатных условиях. Напряжение сток — исток в открытом состоянии (по измерительному выводу) VDS(on)sense составляет типично 1,4 В, что снижает потери проводимости. Потери включения Eon типично равны 185 мДж, потери выключения Eoff — 175 мДж, что уменьшает коммутационные потери. Всё это повышает надёжность и КПД оборудования и позволяет применять более компактные системы охлаждения.

Новое устройство выполнено в корпусе iXPLV, обеспечивающем удобство монтажа. Для соединения с SiC-кристаллами применяется спекание серебром, что повышает термостойкость и надёжность соединений и позволяет выдержать требование по температуре канала 175 °C, предъявляемое к промышленному оборудованию.

Высокоэффективная конструкция корпуса силового SiC-модуля с двусторонним охлаждением для инверторов электромобилей

Широкозонные (WBG) компоненты, и прежде всего SiC-приборы, всё шире применяются в инверторах электромобилей благодаря своим превосходным характеристикам. Чтобы полностью раскрыть их возможности, нужны специально рассчитанные конструкции корпусов. Сегодня в корпусировании широкозонных приборов основное внимание уделяется снижению паразитных индуктивностей, улучшению теплоотвода и повышению надёжности.

В работе рассматривается высокоэффективный корпус с двусторонним охлаждением (DSC) на SiC-MOSFET, предназначенный для инверторов электромобилей. Представлен новый полумостовой модуль на 1200 В и 600 А, в котором параллельно включены 10 SiC-MOSFET. Модуль отличается компактностью: его внешние габариты составляют всего 50 × 50 × 4,3 мм. Электромагнитные свойства модуля исследованы методом конечных элементов (FEM) в ANSYS Q3D, определены паразитные индуктивности каждого элемента. По результатам расчётов суммарная паразитная индуктивность предложенной конструкции составляет лишь 50 % от значения серийных приборов той же мощности. Тепловое моделирование в ANSYS подтверждает минимальное тепловое сопротивление разработанного модуля. Изготовлен прототип модуля на основе технологии спекания меди, подтверждена высокая надёжность межсоединений.

Magnachip сообщила о стратегических инвестициях со стороны Navitas Semiconductor

Компания Magnachip Semiconductor сообщила, что Navitas Semiconductor согласилась вложить в неё 5 млн долларов в виде стратегической инвестиции в капитал. По условиям частного соглашения о покупке акций Magnachip выпустит и продаст Navitas 1 461 988 обыкновенных акций по цене 3,42 доллара за акцию, что даёт в сумме 5 млн долларов. Закрытие сделки ожидается около 24 сентября 2026 года при выполнении или отказе от стандартных отлагательных условий.

Инвестиция укрепляет расширяющийся стратегический союз Magnachip и Navitas, заключённый в июле 2026 года, чтобы ускорить внедрение технологий карбида кремния в высоковольтном и сверхвысоковольтном силовом сегменте. В рамках этого сотрудничества Magnachip получает лицензию на технологию Navitas GeneSiC Trench-Assisted Planar, которая охватывает применения на 1200 В, 2300 В, 3300 В и выше. Magnachip входит в цепочку поставок SiC и сеть материалов Navitas и планирует адаптировать, аттестовать и внедрить технологию на своём производстве в Южной Корее. Союз открывает возможности и для более широкой технологической и продуктовой кооперации за пределами первоначального лицензионного соглашения по GeneSiC. В первую очередь компании ориентируются на такие применения, как энергетика и сетевая инфраструктура, накопление энергии, электрификация промышленности, автомобильная техника и другие системы большой мощности.

Axcelis объявила о спонсорстве и участии в 23-й Международной конференции по карбиду кремния и родственным материалам (ICSCRM 2026)

Компания Axcelis Technologies примет участие в 23-й Международной конференции по карбиду кремния и родственным материалам (ICSCRM 2026), которая пройдёт с 28 сентября по 2 октября 2026 года в конференц-центре Pacifico Yokohama North в Японии.

На мероприятии Axcelis развернёт собственную экспозицию на стенде №F3, где специалисты компании и её партнёры представят доклады по следующим темам: подавление распространения дефектов упаковки в эпитаксиальных плёнках SiC за счёт имплантации в подложку; формирование контактов к 4H-SiC n-типа путём совместной оптимизации имплантации и отжига; возможность создания столбиков суперперехода SiC на 1200 В в один эпитаксиальный приём методом каналированной ионной имплантации; чувствительность характеристик SiC-MOSFET с суперпереходом к высокоэнергетической имплантации p-столбиков.

Президент и генеральный директор Axcelis д-р Расселл Лоу заявил: «Мы рады участвовать в ICSCRM 2026 — ведущей технической конференции отрасли силовых приборов. Как мировой лидер в технологиях ионной имплантации для силовых приборов, Axcelis с гордостью вносит вклад в развитие этого динамичного сегмента со своей платформой Purion Power Series+, которая отличается уникальными возможностями и высокой точностью управления процессом». Ионная имплантация — один из ключевых этапов производства приборов на карбиде кремния; по прогнозу Yole Group, объём этого рынка к 2031 году достигнет 11 млрд долларов при среднегодовом темпе роста 20 % в период с 2025 по 2031 год.

Кристаллы SiC производства Rohm работают в электромобильной архитектуре BMW Neue Klasse

Компания Rohm Semiconductor подтвердила, что её кристаллы на карбиде кремния (SiC) применяются в силовом приводе электромобилей BMW серии Neue Klasse, повышая энергоэффективность, запас хода и возможности зарядки. Это подчёркивает участие Rohm в платформе электромобилей шестого поколения BMW Group.

Приборы SiC от Rohm образуют основу силовой электроники привода Neue Klasse: полупроводники спроектированы так, чтобы снижать потери энергии в тяжёлых условиях работы. Их применение призвано увеличить запас хода, улучшить зарядные характеристики и общую энергоэффективность. У Rohm накоплен значительный опыт выпуска силовых полупроводников для автомобильной техники, компания работает с автопроизводителями и поставщиками первого уровня по всему миру. Партнёрство с BMW Group отражает вклад компании в то, что она называет электрификацией и декарбонизацией транспорта.

Infineon расширяет сотрудничество с SolarEdge для создания твердотельной защиты ЦОД искусственного интеллекта на 800 В постоянного тока

Компании Infineon Technologies AG (FSE: IFX / OTCQX: IFNNY) и SolarEdge Technologies, Inc. (NASDAQ: SEDG), ведущий разработчик интеллектуальных энергетических решений, объявили о расширении партнёрства для развития технологии твердотельных автоматических выключателей (SSCB) в высоковольтных системах распределения постоянного тока для центров обработки данных искусственного интеллекта и гипермасштабных ЦОД.

Партнёрство нацелено на главное препятствие при переходе на архитектуру 800 В постоянного тока: безопасная работа всё более энергонасыщенных систем требует быстрого отключения аварийных участков, чтобы обеспечить селективность, сохранив при этом высокий КПД. Расширение сотрудничества на твердотельную защиту закрывает существенный пробел в распределительном звене между твердотельным трансформатором (SST) и вычислительной стойкой, укрепляя целостное решение «сеть — стойка».

Разработку решения SSCB ведёт SolarEdge, а Infineon предоставляет свою технологию полевых транзисторов с управляющим переходом на карбиде кремния (SiC JFET) как основу защитных приборов. Партнёрство напрямую опирается на технологию SST компании SolarEdge в сочетании с SiC-компонентами Infineon, впервые представленную в ноябре 2025 года. Твердотельный трансформатор рассчитан на прямое преобразование среднего напряжения (13,8–34,5 кВ) в 800–1500 В постоянного тока с КПД выше 99 %, объединяя несколько ступеней преобразования в одном решении и сокращая занимаемый объём.

SEMI вошла в консорциум ReSiLient, чтобы укрепить европейские цепочки создания стоимости по сырью для кремния и карбида кремния

Отраслевая организация SEMI, продвигающая мировую цепочку проектирования и производства полупроводников и электроники, объявила об участии в консорциуме проекта ReSiLient, цель которого — укрепить европейскую полупроводниковую экосистему и повысить устойчивость глобальных цепочек поставок. Инициатива, стартующая в 2026 году, призвана снизить серьёзную зависимость Европы от импортного сырья для кремния (Si) и карбида кремния (SiC). В рамках своего участия SEMI Europe станет основным исполнителем рабочего пакета 8 (WP8), посвящённого общественному восприятию, распространению результатов, коммуникациям и стандартизации.

Проект ReSiLient, софинансируемый Европейским союзом через программу «Горизонт Европа» (грантовое соглашение № 101294649), представляет собой инновационное действие продолжительностью 48 месяцев с бюджетом 9,57 млн евро, объединяющее 18 участников из 9 европейских стран.

Проект решает четыре стратегические задачи.

Устойчивость цепочки поставок — составить карту критических зависимостей в цепочках создания стоимости Si и SiC, подтвердить пригодность местного и вторичного сырья, такого как оливин, аплит и богатые кремнием отходы промышленности, а также согласовать новые производственные маршруты с Законом о критическом сырье, Европейским законом о чипах, Законом о промышленности с нулевыми выбросами и системой торговли квотами ЕС (EU ETS).

Экологичное масштабирование производства — разработать и продемонстрировать два комплексных производственных маршрута с использованием гидрометаллургического выщелачивания, агломерации, рафинирования водородной плазмой и карботермического восстановления, чтобы получать кремний металлургического качества и карбид кремния высокой чистоты на пилотном уровне из местного минерального сырья, промышленных побочных продуктов и отходов.

Подтвердить чистоту и характеристики полученного в проекте кремния, металлургического кремния (MG-Si) и SiC для реального полупроводникового производства, включая выращивание кристаллов методом Чохральского и получение були SiC, в сравнении с промышленным сырьём — проверку выполняют конечные пользователи STMicroelectronics Silicon Carbide AB и Infineon Technologies.

Конкурентоспособность и коммерциализация — сравнить оба производственных маршрута с традиционными базовыми вариантами по себестоимости, углеродному следу и надёжности поставок, а также обозначить понятные пути выхода на рынок, схемы распоряжения интеллектуальной собственностью и стратегии соответствия нормативным требованиям при масштабировании.

Представлен первый в мире SiC-MOSFET с суперпереходом

Компания Alkaid-Semi Technologies (Shanghai) Co., Ltd. 7 сентября представила первый в мире SiC-MOSFET с суперпереходом — важный шаг от лабораторной разработки к серийному производству. Прибор стал результатом пятилетней совместной работы Alkaid-Semi и коллектива под руководством Хао Юэ, академика Китайской академии наук и профессора Сианьского университета электронных наук и технологий (Xidian University); технологическую платформу разработала кремниевая фабрика United Nova Technology (UNT).

Согласно характеристикам, полученным изданием STAR Market Daily, SiC-MOSFET с суперпереходом обладает сверхвысоким напряжением пробоя 1635 В при удельном сопротивлении открытого канала RDS(on),sp 1,27 мОм·см² при комнатной температуре и 1,5 мОм·см² при 175 °C. В диапазоне от 25 °C до 125 °C температурный дрейф сопротивления открытого канала отсутствует, а при 175 °C температурный коэффициент не превышает 1,2×. Для обычных планарных и траншейных SiC-приборов температурный коэффициент обычно составляет от 1,8× до 2,2×, поэтому новая разработка существенно снижает рост RDS(on) при нагреве, что делает её более пригодной для работы при высоких температурах в электромобилях нового типа, системах накопления энергии и высоковольтном промышленном оборудовании.

У традиционных SiC-MOSFET сопротивление открытого канала заметно растёт с температурой, вызывая дополнительные потери при длительной работе на большой мощности. За счёт схемы зарядового баланса архитектура суперперехода на SiC ослабляет компромисс между напряжением пробоя и сопротивлением открытого канала и оптимизирует характеристики во всём температурном диапазоне, что делает её одним из ключевых направлений развития высоковольтных SiC-приборов нового поколения.

DB HiTek завершила аттестацию надёжности 8-дюймового процесса SiC-MOSFET на 1200 В

Компания DB HiTek, ведущая южнокорейская контрактная фабрика с 8-дюймовым производством, завершила аттестацию надёжности своего процесса SiC-MOSFET на 1200 В для пластин диаметром 200 мм, продвигаясь на рынок 8-дюймового SiC-литья; серийное производство намечено на 2027 год.

Поскольку отрасль переходит с 6-дюймовых на 8-дюймовые пластины SiC ради производительности и снижения себестоимости, DB HiTek разработала оптимизированный 8-дюймовый процесс SiC-MOSFET с конкурентными электрическими характеристиками и высокой надёжностью, создав, как утверждает компания, первый в мире полный 8-дюймовый маршрут производства SiC на 1200 В, охватывающий проектирование, изготовление, электрические измерения и аттестацию надёжности.

Компания предоставляет комплекты разработчика (PDK) для процессов SiC-MOSFET на 1200 В первого и второго поколений, а PDK третьего поколения выйдет в ноябре; эти комплекты снижают затраты на разработку, ускоряют прототипирование и сокращают срок создания изделия более чем на год. Процесс второго поколения обеспечивает Rsp ≤ 2,5 мОм·см² и Vth ≥ 3 В при Vgs(on) = 18 В и прошёл аттестацию надёжности. Для третьего поколения заявлены Rsp ≤ 2,3 мОм·см² при 18 В и время выдержки короткого замыкания SCWT ≥ 2,5 мкс в области безопасной работы при КЗ (SCSOA). DB HiTek планирует завершить подготовку процесса и открыть доступ к нему для давних заказчиков в третьем квартале этого года, а для остальных клиентов — со второго квартала 2027 года.

Коммерциализация и оптимизация стоимости гибридного тягового инвертора Si/SiC для электромобилей

Гибридные ключи на кремнии и карбиде кремния (Si/SiC) считаются выгодным по стоимости решением для тяговых инверторов. Тем не менее коммерциализация гибридной концепции Si/SiC по-прежнему сталкивается с серьёзными трудностями, главная из которых — баланс между стоимостью и характеристиками. В статье представлена архитектура гибридного инвертора Si/SiC для электромобиля, которая по КПД сопоставима с полностью SiC-вариантом. В конструкции целенаправленно используется ограниченное число участков кристаллов Si/SiC, что снижает общие затраты при сохранении требуемой токовой нагрузки. С нагрузочно-адаптивным управлением предложенный гибридный инвертор Si/SiC повышает КПД с 96,3 % до 98,7 % по сравнению с полностью кремниевыми решениями на том же ездовом цикле, уменьшая при этом стоимость кристаллов более чем на 50 % относительно полностью SiC-вариантов. Кроме того, показан пример конструкции корпуса силового модуля, демонстрирующий высокую удельную мощность тягового инвертора.

Infineon и Skeleton совместно разрабатывают твердотельные трансформаторы и сайдкары для питания ИИ, чтобы повысить устойчивость ЦОД искусственного интеллекта

Компании Infineon Technologies и Skeleton Technologies подписали меморандум о взаимопонимании (MoU) о совместной работе над эффективными и надёжными решениями питания для современных центров обработки данных. Стремительное развитие искусственного интеллекта, растущее энергопотребление и потребность в предельно надёжной цифровой инфраструктуре открывают новую эпоху в архитектуре питания. Твердотельные трансформаторы (SST) и мощные сайдкары становятся необходимыми элементами инфраструктуры ЦОД искусственного интеллекта: они позволяют эффективнее преобразовывать энергию на пути от сети до вычислительного ядра и повышают устойчивость системы. Поэтому обе компании намерены развивать эти технологии, чтобы повысить энергоэффективность и производительность всей сети распределения питания.

По условиям договора Infineon и Skeleton будут вместе изучать и проектировать передовые архитектуры полной цепочки питания ЦОД искусственного интеллекта, доставляющей электроэнергию от сети к вычислительному ядру. В их числе — современные твердотельные трансформаторы для преобразования среднего переменного напряжения в высокое постоянное. Компании намерены объединить эффективные высоковольтные силовые полупроводники Infineon CoolSiC с опытом Skeleton в системах преобразования энергии и технологии суперконденсаторов.

Компании также совместно работают над устройствами сглаживания пиков нагрузки на нитриде галлия (GaN), которые объединяют передовую технологию суперконденсаторов Skeleton с силовыми полупроводниками Infineon CoolGaN. Цель сотрудничества — соединить дополняющие друг друга технологии и глубокие системные знания, чтобы добиться качественного роста энергоэффективности, удельной мощности и надёжности систем и тем самым снизить совокупную стоимость владения для операторов ЦОД.

Infineon поставляет технологию карбида кремния компании Fox ESS, повышая КПД бытовых систем накопления энергии

Компания Infineon Technologies поставляет силовые полупроводники на карбиде кремния (SiC) компании Fox ESS, известному поставщику решений в области возобновляемой энергетики, чтобы повысить эффективность её бытовых систем накопления энергии (ESS). Применив транзисторы Infineon CoolSiC MOSFET 1200 В G2 в корпусе Q-DPAK, Fox ESS добилась снижения коммутационных потерь на 70 %. В результате система накопления энергии PQ3-Ultra обеспечивает максимальный КПД фотоэлектрического инвертора 98,78 % при работе параллельно с сетью и пиковый КПД заряда-разряда аккумулятора 98,47 %.

В системе накопления энергии Fox ESS транзисторы Infineon CoolSiC MOSFET на 1200 В в корпусе Q-DPAK с охлаждением с верхней стороны обеспечивают лучшие тепловые характеристики, КПД системы и удельную мощность. Устройство тщательно проработано для ответственных применений, требующих высоких характеристик и надёжности, и демонстрирует передовые технологии Infineon. Технология соединений .XT снижает тепловое сопротивление и рабочую температуру перехода, а траншейный затвор помогает уменьшить коммутационные потери. По сравнению с традиционными корпусами с охлаждением с нижней стороны корпус Q-DPAK улучшает компоновку печатной платы, ослабляя паразитные эффекты и индуктивность рассеяния, и при этом способствует оптимальному тепловому режиму. Малые габариты позволяют строить компактные системы, а совместимость с автоматизированной сборкой обеспечивает недорогое масштабируемое производство.

Для своей гибридной системы накопления энергии, объединяющей инвертор PQ-H3-Ultra-10.0 с аккумулятором EQ3300-5, Fox ESS достигла индекса производительности системы (SPI) 97,0 %, что подтверждено недавними испытаниями Берлинского университета прикладных наук HTW и AQUU Research. Это ставит Fox ESS на первое место в категории 10 кВт среди всех гибридных инверторов и систем накопления, протестированных в 2026 году, с лучшим результатом по SPI с момента начала этих испытаний в 2018 году. За последние три года Fox ESS поставила более 890 000 фотоэлектрических инверторов и свыше 1 млн аккумуляторов более чем в 70 странах.

Новости GaN

Qorvo достигла важного результата по GaN в X-диапазоне в программе DARPA THREADS

Компания Qorvo сообщила, что добилась более чем четырёхкратного (свыше 400 %) роста удельной СВЧ-мощности в X-диапазоне на транзисторах из нитрида галлия (GaN); работа выполнена при поддержке Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) в рамках инициативы THREADS (отвод тепла в электронике за счёт передовых приборов и гетерогенных полупроводников). Результат показывает возможность получать значительно большую СВЧ-мощность для будущих радаров, систем радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и связи.

С ростом выходной мощности транзистора избыточное тепло в канале способно ухудшать СВЧ-характеристики, сокращать срок службы прибора и ограничивать дальность и эффективность радиочастотных систем. В рамках THREADS, нацеленной на качественный технологический сдвиг, Qorvo разрабатывает и внедряет новые материалы, структуры приборов и методы, позволяющие снизить общее тепловое сопротивление на уровне транзистора для эффективного теплоотвода и одновременно существенно улучшить СВЧ-характеристики.

Этого технологического результата Qorvo достигла по завершении первой фазы THREADS и получила дальнейшие задания во второй фазе программы. Qorvo была выбрана для участия в четырёхлетней программе THREADS в 2023 году. Программа THREADS позволяет Qorvo продвигать передовые разработки в области мощной СВЧ-техники. Эти работы опираются на многолетние достижения компании в технологии GaN и опыт поставки радиочастотных решений для радаров, РЭБ и систем связи. Qorvo продолжает развивать приборы и технологические процессы GaN, помогая заказчикам улучшать радиочастотные характеристики при соблюдении жёстких требований к габаритам, массе, энергопотреблению и надёжности.

Besxar выполнила первый полёт вместе с SpaceX, приблизившись к производству полупроводников в космосе

Компания Besxar, работающая на внеземном производстве передовых полупроводниковых материалов, сообщила об итогах полёта Besxar Flight-1 «Миссия Азимов». 5 июля 2026 года две капсулы класса Clipper, изготовленные Besxar, были запущены на первой ступени ракеты SpaceX Falcon 9 и благополучно возвращены без повреждений после посадки ускорителя. Это был первый полёт, в котором использовались специально созданные кассеты для пластин, системы питания, авионика и печатные узлы, спроектированные и изготовленные Besxar самостоятельно, — и всё это прошло сертификацию с первой попытки.

В состав миссии входили образцы пластин GaN на сапфире, нелегированного кремния и чистого сапфира от Besxar, а также пластины арсенида галлия (GaAs) и арсенида-антимонида алюминия-индия (AlInAsSb), предоставленные академическими партнёрами — Виргинским университетом (UVA) и Техасским университетом в Остине (UT Austin).

Главной задачей испытаний Flight-1 для Besxar была проверка того, насколько конструкция капсулы способна удерживать вакуум — проще говоря, работает ли она как чистая комната. Капсула должна была: (1) сохранить целостность конструкции на всех этапах полёта, входа в атмосферу и спасения, (2) обеспечить доступ вакуума внутрь капсулы в полёте, чтобы подвергнуть образцы его воздействию, и (3) не допустить проникновения загрязнений внутрь. Послеполётные проверки показали, что капсулы Besxar отработали, как и ожидалось.

EPC выпустила две новые технические статьи о преобразовании энергии на GaN для ЦОД искусственного интеллекта и современных приводов двигателей

Компания Efficient Power Conversion (EPC) представила две новые технические статьи, посвящённые ключевым проблемам преобразования энергии в двух быстро развивающихся областях: ЦОД искусственного интеллекта и высокопроизводительные многоосевые приводы двигателей.

Первая статья, «Распределение питания на GaN в ЦОД искусственного интеллекта: архитектуры преобразования высокой плотности от 800 В постоянного тока до точки нагрузки», рассматривает переход на распределение 800 В постоянного тока по мере роста потребления стоек искусственного интеллекта от десятков киловатт до сотен киловатт и вычислительных кластеров мегаваттного класса. При 800 В постоянного тока стойке на 200 кВт требуется лишь одна шестнадцатая тока по сравнению с шиной распределения 48 В, что уменьшает сечение проводников, потери I²R и потребность в охлаждении. В документе разбираются три варианта преобразования 800 В постоянного тока в шины 50 В, 12,5 В и 6,25 В с упором на модульные LLC-преобразователи с последовательным соединением входов и параллельным соединением выходов (ISOP). Такая топология позволяет реализовать преобразование с большим коэффициентом на повышенных частотах переключения, распределяя высокое входное напряжение между несколькими модулями, благодаря чему низковольтные GaN-транзисторы с лучшим показателем качества работают эффективнее высоковольтных аналогов.

Вторая статья, «От прибора к платформе: интегрированные силовые каскады на GaN серии EPC23108/09/10/11 на 100 В упрощают проектирование многоосевых приводов двигателей», посвящена растущей сложности приводов, применяемых в человекоподобных роботах, дронах, хирургической робототехнике и системах точного позиционирования. Серия EPC231xx объединяет верхний и нижний eGaN-транзисторы, драйвер затвора, сдвиг уровня, интерфейс управления и защитные функции в единой монолитной микросхеме силового каскада ePower на GaN с напряжением 100 В. Платформы трёхфазных инверторов EPC91128–EPC91131 для бесколлекторных двигателей постоянного тока (BLDC) и синхронных двигателей с постоянными магнитами (PMSM) дают разработчикам полноценный стенд для оценки токовой нагрузки, измерений, защиты, тепловой эффективности и различных интерфейсов ШИМ. Эти системы работают в рекомендуемом диапазоне напряжений 14–80 В (стандартно 48 В) и поддерживают частоты переключения от 20 до 150 кГц. Варианты с комплементарным ШИМ расширяют возможности управления, а варианты с одним входом ШИМ сокращают число линий управления и упрощают монтаж, что становится всё важнее по мере роста числа двигателей в робототехнических системах.

DRDO разработала собственную технологию GaN для радаров и систем РЭБ нового поколения — Министерство обороны Индии

Индийская Организация оборонных исследований и разработок (DRDO) представила и внедрила собственную передовую технологию для высокочастотных систем вооружения, способную усилить радары и системы радиоэлектронной борьбы нового поколения, о чём сообщается в годовом отчёте Министерства обороны за 2025–2026 финансовый год. Технология включает сложные элементы, которые формируют, усиливают, принимают и регулируют высокочастотные сигналы, используемые в радарах, системах РЭБ, связи, разведке, наблюдении и целеуказании, а также в беспилотных системах.

Нитрид галлия (GaN) — полупроводниковый материал, подходящий для высокочастотных и мощных применений. Один кристалл GaN собственной разработки размером 3,5 × 3 мм способен выдавать до 30 Вт мощности и работать в 300 раз быстрее кремниевого. Приборы на GaN применяются там, где нужны большая мощность, высокая частота и компактность, — например, в передатчиках радаров и станциях помех РЭБ.

Последнее достижение основано на работах Лаборатории физики твёрдого тела (SSPL), входящей в состав DRDO, которая освоила собственные методы получения и обработки 4-дюймовых пластин карбида кремния (SiC), а также изготовления GaN-транзисторов HEMT на 150 Вт и монолитных интегральных СВЧ-схем (MMIC) на 40 Вт для применения в X-диапазоне.

Новый транзистор переносит высокое напряжение на уровень микрочипа

В любом электронном устройстве ток регулирует компонент, называемый транзистором. Многие годы инженеры делали такие ключи из кремния. В последнее время они обратились к нитриду галлия (GaN), позволяющему создавать компактные и экономичные устройства, например зарядные устройства для смартфонов. Однако при высоких напряжениях электрическое поле внутри таких транзисторов усиливается в отдельных точках, приводя к преждевременному отказу. Из-за этого современные приборы на GaN всё ещё с трудом достигают тех напряжений, что доступны кремнию.

Чтобы снять это ограничение, исследователи лаборатории силовой и широкозонной электроники (POWERlab) инженерной школы EPFL создали новый тип GaN-транзистора — с собственным поляризационным суперпереходом, или iPSJ. Миниатюрное устройство, построенное из слоёв нитрида галлия на недорогой кремниевой подложке, выдерживает до 4 киловольт (кВ) до отказа, устанавливая рекорд для этой технологии.

При этом оно обладает низким сопротивлением, что уменьшает потери энергии, которые иначе выделялись бы в виде тепла. «Сочетание высокого рабочего напряжения с низким сопротивлением критически важно для эффективного преобразования энергии в ЦОД искусственного интеллекта и в инфраструктуре возобновляемой энергетики. Мы добиваемся этого, используя особое явление поляризации, присущее GaN», — объясняет руководитель POWERlab Элисон Матиоли. Наши исследования могут помочь создать стойкую, эффективную высоковольтную силовую электронику в существенно меньших габаритах.

Подавление синфазных помех в высокочастотных резонансных LLC-преобразователях: подход с параллельным чередованием

Растущие требования к КПД и удельной мощности в современных применениях — электромобилях, сетях 5G, центрах обработки данных — ускорили внедрение высокочастотных преобразователей постоянного напряжения. Широкозонные полупроводники позволяют работать на частотах переключения в мегагерцовом диапазоне, что уменьшает размеры пассивных компонентов. Однако эти преимущества даются не бесплатно: высокие скорости нарастания напряжения dv/dt и паразитные ёмкости планарных трансформаторов способны создавать значительные синфазные (CM) помехи, что приводит к электромагнитным помехам (EMI). Традиционные методы борьбы — конструктивная симметрия, балансировка обмоток и экранирование — дают некоторое улучшение, но обычно требуют громоздких синфазных фильтров.

В работе предложен новый подход: за счёт улучшения магнитной конфигурации и схемного решения матричных планарных трансформаторов синфазные помехи подавляются на уровне самой конструкции. Подход подкреплён детальным моделированием высокочастотного трансформатора, оптимизацией схемы и экспериментальной проверкой на LLC-преобразователе мощностью 1 кВт на GaN с входным напряжением 375–405 В и выходным 48 В. Результаты показывают, что предложенная конструкция снижает синфазные помехи, заметно уменьшая требуемые габариты фильтра.

Новости WBG

Исключительно высокая подвижность носителей в гексагональном алмазе

Гексагональный алмаз (h-алмаз), известный также как лонсдейлит, — перспективный широкозонный полупроводник, выделяющийся исключительной теплопроводностью и прочностью. Расчёты из первых принципов показывают у него чрезвычайно высокую подвижность носителей заряда. При комнатной температуре подвижность дырок в направлениях, перпендикулярном и параллельном оси c, составляет 6000 и 6024 см²·В⁻¹·с⁻¹ соответственно, а подвижность электронов достигает 12 339 и 28 473 см²·В⁻¹·с⁻¹. Эти значения заметно выше, чем у большинства известных полупроводников, включая кубический алмаз.

Малые эффективные массы в h-алмазе близки к значениям для кубической фазы, то есть сами по себе они не объясняют столь высокой подвижности. Вместо этого выявлены два основных механизма. Во-первых, правила отбора, задаваемые симметрией h-алмаза, резко снижают рассеяние, особенно на поперечных акустических фононах, преобладающих в кубической фазе при температурах около комнатной. Во-вторых, пространственное разделение электронных волновых функций и потенциалов рассеяния, создаваемых фононами, приводит к электрон-фононной развязке в реальном пространстве: для дырок это проявляется в ослаблении рассеяния на продольных акустических фононах с поляризацией вне плоскости, а для электронов — в равномерном снижении акустического рассеяния.

NbAlN: новый полярный нитридный полупроводник со структурой вюрцита, содержащий ниобий, — повышение плотности электронов на границе в гетероструктурах на GaN и расширение набора поляризационных материалов и конструкций приборов

Исследовательский коллектив под руководством профессора Ацуси Кобаяси из Токийского университета науки совместно с Токийским университетом и университетом Миэ впервые получил нитрид ниобия-алюминия (NbAlN) — полупроводник на основе нитрида алюминия (AlN) с добавлением переходного металла ниобия (Nb) — в виде монокристаллической полярной плёнки со структурой вюрцита на нитриде галлия (GaN).

Полярные нитридные полупроводники со структурой вюрцита, такие как AlN и GaN, сочетают высокое поле пробоя с сильной поляризацией, что делает их незаменимыми для мощной и высокочастотной электроники. Введение в AlN элементов вроде скандия (Sc) способно существенно изменить параметры решётки и характеристики, связанные с поляризацией. Однако встроить переходные металлы, склонные к металлической связи, сохранив при этом и решётку вюрцита, и единую полярность, до сих пор было сложно.

В этой работе плёнки NbAlN выращены эпитаксиально на GaN методом реактивного магнетронного напыления. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия в кольцевом светлом поле с атомным разрешением (ABF-STEM) подтвердила, что слой NbAlN толщиной около 25 нм с содержанием ниобия 23 % сохраняет во всех обследованных областях ту же металл-полярную упаковку, что и GaN. Результаты также показали, что решётка вюрцита остаётся непрерывной и неразрывной даже при наличии наноразмерных областей, обогащённых ниобием.

Более того, в гетероструктуре NbAlN/AlGaN/AlN/GaN, где NbAlN играет роль барьерного слоя, плотность двумерного электронного газа (2DEG) на границе AlN/GaN выросла почти втрое — примерно с 5,1×10¹² см⁻² без NbAlN до 1,7×10¹³ см⁻². Это согласуется с модуляцией носителей за счёт поляризации, создаваемой металл-полярным барьером NbAlN. Полученные результаты расширяют круг доступных материалов, включая в него полярные нитриды с переходными металлами, и открывают новый путь управления плотностью носителей в двумерном электронном газе в гетероструктурах на GaN. Работа будет опубликована в международном журнале Advanced Materials.

Ферроэлектричество в двумерном оксиде галлия толщиной шесть ангстрем

Ферроэлектрические плёнки атомарного масштаба могут открыть дорогу к созданию приборов высокой плотности с низким энергопотреблением. Однако ферроэлектрические материалы при крайне малой толщине обычно страдают от проблем со стабильностью и масштабированием напряжения. Авторы сообщают о ферроэлектричестве в монокристаллическом двумерном оксиде галлия (Ga2O3) — полупроводнике с широкой запрещённой зоной. Материал имеет толщину около 6 ангстрем и демонстрирует отличное сохранение состояния и термическую стабильность.

Показано, что эпитаксиальный β-Ga2O3 можно истончить до половины элементарной ячейки самоограничивающимся расслоением, что при двухосной деформации вызывает переход к ферроэлектрической слоистой структуре. Управление деформацией снижает напряжение переключения поляризации до 0,8 В, что отвечает требованиям по масштабированию напряжения в КМОП-технологии. Теоретический анализ показывает, что переключение обусловлено перестройкой ковалентных связей, которая эффективно подавляет деполяризацию и повышает стабильность. Авторы также перенесли ферроэлектрический двумерный Ga2O3 на кремний низкотемпературным методом, совместимым с завершающими этапами изготовления микросхем (BEOL).

Учёные обнаружили, что гибкий алмаз способен вырабатывать электричество: это открывает новые возможности для миниатюрных медицинских устройств с автономным питанием

Алмазы известны своей исключительной твёрдостью. Исследователи обнаружили, что если сделать этот материал предельно тонким и гибким, он способен вырабатывать электричество. Специалисты Университета Гонконга выяснили, что сверхтонкие алмазные мембраны дают устойчивый электрический отклик при механической деформации. Открытие опровергает научное представление, державшееся более ста лет, согласно которому алмаз не может генерировать электричество при механической деформации.

В перспективе находка может пригодиться для миниатюрных датчиков и автономных систем, в том числе, возможно, для медицинских имплантатов. Однако прежде чем инженеры смогут применить открытие, нужно понять, почему материал, который обычно сопротивляется изгибу, ведёт себя настолько иначе, будучи превращённым в тонкую мембрану.

Penn State и Battalion начинают исследовательское сотрудничество в области национальной безопасности

Университет Penn State и компания Battalion Advanced Technology Ltd. заключили два исследовательских контракта на сумму до 6 млн долларов, чтобы разработать передовые полупроводниковые платформы и высокотемпературные материалы для энергетических, транспортных, авиакосмических и промышленных систем нового поколения, а также обеспечить необходимые возможности в сфере национальной безопасности.

Проекты, которыми руководят специалисты Института исследования материалов (MRI) при Penn State, объединяют исследователей разных подразделений университета для решения двух крупных материаловедческих задач в технологиях, работающих в экстремальных условиях: интеграция передовых полупроводников с высокоэффективными подложками, способными выдерживать агрессивную среду и отводить тепло, и создание прочных сплавов, устойчивых к окислению, пригодных для крайне высоких температур, например для гиперзвукового полёта.

Компания Battalion Advanced Technology Ltd. из Великобритании, специализирующаяся на материалах нового поколения двойного назначения, будет выделять на каждый проект до 1 млн долларов в год. Контракты начали действовать 16 июля и будут длиться три года. Полупроводниковое направление возглавляет Джоан Редвинг, известный профессор материаловедения и электротехники. Её группа изучит новые способы интеграции нитрида галлия — широкозонного полупроводника, превосходящего традиционный кремний по универсальности, — а также других широкозонных и сверхширокозонных полупроводников с подложками для улучшения тепловых и электрических характеристик.

Микрочипы с алмазным охлаждением повышают удельную мощность в 3,3 раза для сигналов военных радаров

Компания Northrop Grumman получила от DARPA контракт на 7 млн долларов на разработку микрочипов с алмазом, способных работать на существенно большей мощности без чрезмерного нагрева. Проект относится ко второй фазе программы DARPA по отводу тепла в электронике на уровне прибора, известной как THREADS.

Исследователи намерены решить обостряющуюся проблему современной военной электроники — тепловой режим. Нынешние радиочастотные полупроводники выделяют значительное тепло на малой площади, и инженеры нередко вынужденно ограничивают их характеристики, чтобы избежать повреждения или преждевременного отказа.

По словам Northrop Grumman, алмаз способен изменить положение дел. Авиакосмическая и оборонная компания намерена встраивать алмаз непосредственно в передовые полупроводниковые структуры. Материал будет отводить тепло от мельчайших горячих точек внутри мощных радиочастотных схем. Теплопроводность алмаза исключительно высока: по данным Northrop Grumman, он переносит тепло примерно в пять раз быстрее меди. Это позволит микросхемам работать на более высоких уровнях мощности, не достигая опасных температур. Подход ориентирован на системы, где мощность и габариты являются основными ограничениями. Среди возможных применений — военная связь, радиолокационные системы и спутниковая связь.

Собственные поляризационные суперпереходы в гетероструктурах III-нитридов для эффективной силовой электроники

Полупроводники группы III-нитридов обладают широкой запрещённой зоной и малым поверхностным сопротивлением, что делает их пригодными для высокоэффективных силовых приборов. Их планарная структура позволяет собирать монолитные схемы на недорогом кремнии. Тем не менее концентрация электрического поля вместе с захватом заряда на поверхности и в буферном слое ограничивает напряжение пробоя, ухудшает динамические характеристики и снижает надёжность.

Авторы предлагают собственные поляризационные суперпереходы в гетероструктурах III-нитридов для улучшения силовой электроники. В работе спонтанная и пьезоэлектрическая поляризация используется для создания подвижных электронов в двумерном электронном газе и подвижных дырок в двумерном дырочном газе, что формирует суперпереход с внутренним зарядовым балансом без преднамеренного легирования. Омический контакт к двумерному дырочному газу позволяет динамически обеднять оба типа носителей при переключении, сохраняя электронейтральность в дрейфовой области и обеспечивая практически однородное электрическое поле, что повышает напряжение пробоя в рабочих режимах.

На этой основе изготовлены диоды Шоттки с поляризационным суперпереходом на структуре «нитрид галлия на кремнии», у которых напряжение пробоя превышает 3,9 кВ при удельном сопротивлении в открытом состоянии всего 4,7 мОм·см², а также транзисторы с поляризационным суперпереходом с напряжением пробоя выше 3,4 кВ. Приборы практически не показывают деградации динамического сопротивления в открытом состоянии (около 15 % вплоть до 3 кВ) и демонстрируют стабильный, термически устойчивый характер отказа лавинного типа.