ऊर्जा संक्रमण के संदर्भ में डायोड प्रौद्योगिकी में क्या प्रगति हुई है?

1, सामग्री क्रांति: वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स प्रदर्शन परिवर्तन पर शुरू होते हैं
पारंपरिक सिलिकॉन आधारित डायोड अपने भौतिक भौतिक गुणों द्वारा सीमित होते हैं, जिससे उच्च वोल्टेज, उच्च आवृत्ति और उच्च तापमान परिदृश्यों में दक्षता और विश्वसनीयता को तोड़ना मुश्किल हो जाता है। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) द्वारा प्रस्तुत वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री अपने अद्वितीय भौतिक लाभों के साथ डायोड प्रौद्योगिकी परिदृश्य को नया आकार दे रही है।

सिलिकॉन कार्बाइड डायोड की ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत 2.2MV/cm तक पहुंच जाती है, जो सिलिकॉन की 9 गुना है। तापीय चालकता 2 गुना से अधिक बढ़ जाती है, और ऑपरेटिंग तापमान की ऊपरी सीमा 200 डिग्री से अधिक हो जाती है। फोटोवोल्टिक इनवर्टर में, लंबवत रूप से संरचित SiC PiN डायोड 200A/cm² से अधिक वर्तमान घनत्व प्राप्त करते हैं और गहरी खाई नक़्क़ाशी और एपिटैक्सियल विकास तकनीकों के माध्यम से रिवर्स रिकवरी समय 50 नैनोसेकंड तक कम हो जाता है, जो सिलिकॉन आधारित उपकरणों से 80% कम है। उदाहरण के तौर पर सनैक पावर के 1500V फोटोवोल्टिक सिस्टम को लेते हुए, SiC डायोड के उपयोग से सिस्टम हानि 40% कम हो जाती है, बिजली घनत्व 35% बढ़ जाता है, और एकल वाट लागत 0.02 युआन कम हो जाती है।

गैलियम नाइट्राइड डायोड अपनी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता के कारण आरएफ क्षेत्र में उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करते हैं। 5G बेस स्टेशनों का मिलीमीटर वेव फ्रंट{{1}छोर 24GHz{6}}52GHz फ्रीक्वेंसी बैंड में सिग्नल सुधार प्राप्त करने के लिए GaN शोट्की डायोड को अपनाता है, जिससे सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में बिजली की खपत 30% कम हो जाती है और बेस स्टेशनों की बड़े पैमाने पर तैनाती का समर्थन होता है। नई ऊर्जा वाहनों के क्षेत्र में, GaN SiC हाइब्रिड समाधान ने प्रयोगशाला में 200kHz उच्च आवृत्ति प्रोटोटाइप परीक्षण पूरा कर लिया है, जिसकी दक्षता 99.2% से अधिक है। यदि व्यावसायीकरण किया जाता है, तो यह ऑन-बोर्ड चार्जर की मात्रा में 50% की कमी को बढ़ावा देगा।

2, संरचनात्मक नवाचार: तीन आयामी ऊर्ध्वाधरीकरण और नैनोस्केल एकीकरण
नई ऊर्जा प्रणालियों में बिजली घनत्व की अंतिम खोज का सामना करते हुए, डायोड संरचनाएं दो {{0} आयामी से तीन आयामी 1 आयामी तक विकसित हो रही हैं। ऊर्ध्वाधर संरचना वर्तमान पथ को अनुकूलित करती है, पार्श्व संचरण को अनुदैर्ध्य संचरण में परिवर्तित करती है, जिससे डिवाइस के प्रदर्शन में काफी सुधार होता है। उदाहरण के लिए, ऊर्ध्वाधर SiC PiN डायोड अल्ट्रा-हाई वोल्टेज डायरेक्ट करंट ट्रांसमिशन में हजारों वोल्ट रिवर्स वोल्टेज का सामना कर सकते हैं, जिससे कनवर्टर स्टेशन घटकों की संख्या 60% और सिस्टम हानि 15% कम हो जाती है।

नैनोस्केल प्रक्रियाओं की एकीकरण तकनीक लघुकरण और एकीकरण की दिशा में डायोड के विकास को बढ़ावा देती है। 7nm प्रक्रिया के तहत, डायोड को ट्रांजिस्टर, कैपेसिटर और अन्य उपकरणों के साथ एक विषम तरीके से एकीकृत किया जाता है, जिससे CoWoS और InFO जैसी उन्नत पैकेजिंग प्रौद्योगिकियों के माध्यम से एक त्रि-आयामी स्टैक्ड संरचना बनती है। स्मार्टफ़ोन के पावर प्रबंधन चिप में, नैनोस्केल डायोड के साथ एकीकृत पावर मॉड्यूल मिलीसेकंड फास्ट चार्जिंग और गतिशील बिजली खपत समायोजन प्राप्त करता है, और चार्जिंग दक्षता 98% से अधिक हो जाती है।

3, फ़ंक्शन विस्तार: एकल डिवाइस से सिस्टम समाधान तक
डायोड प्रौद्योगिकी की सफलता न केवल प्रदर्शन सुधार में, बल्कि कार्यात्मक एकीकरण और सिस्टम सहयोग में भी परिलक्षित होती है। फोटोवोल्टिक्स के क्षेत्र में, ज़िनपेंग माइक्रो AP1790 आदर्श डायोड नियंत्रक अल्ट्रा-{2}} कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (पारंपरिक समाधानों की तुलना में 60% कम) प्राप्त करने के लिए बाहरी MOSFETs को नियंत्रित करके शोट्की विशेषताओं का अनुकरण करता है, और उच्च तापमान और उच्च दबाव के तहत लीकेज करंट शून्य तक पहुंच जाता है। फोटोवोल्टिक ऑप्टिमाइज़र में लागू होने के बाद, सिस्टम की बिजली उत्पादन दक्षता 8% बढ़ गई और तापमान वृद्धि 50% कम हो गई, जिससे उच्च बिजली की खपत और उच्च धारा के तहत पारंपरिक बाईपास डायोड की कठिन गर्मी लंपटता की समस्या हल हो गई।

ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में, तापमान और वोल्टेज जैसे वास्तविक समय मापदंडों की निगरानी के लिए तीन आयामी ऊर्ध्वाधर संरचना डायोड को बुद्धिमान पावर मॉड्यूल के साथ एकीकृत किया जाता है। उदाहरण के लिए, सिल्वर सिंटरिंग, कॉपर क्लिप और टॉप कूलिंग का उपयोग करने वाली DFN8 × 8 पैकेजिंग तकनीक डायोड के थर्मल प्रतिरोध को 0.35K/W तक कम कर देती है, जंक्शन तापमान को 25 डिग्री तक कम कर देती है, ऊर्जा भंडारण इन्वर्टर को 65 डिग्री के परिवेश तापमान पर पूर्ण लोड पर संचालित करने की अनुमति देती है, रेडिएटर एल्यूमीनियम के वजन को 30% तक कम कर देती है, और सिस्टम लागत को 0.015 युआन/W तक कम कर देती है।

4, अनुप्रयोग परिदृश्य का गहनीकरण: नई ऊर्जा की पूर्ण श्रृंखला कवरेज
डायोड प्रौद्योगिकी में प्रगति को नई ऊर्जा उद्योग श्रृंखला की विभिन्न कड़ियों में गहराई से एकीकृत किया गया है:

बिजली उत्पादन का अंत: फोटोवोल्टिक इनवर्टर में, SiC डायोड 1500V सिस्टम वोल्टेज अपग्रेड का समर्थन करते हैं, जिससे सिंगल स्ट्रिंग घटकों की संख्या 30% बढ़ जाती है और केबल लागत 20% कम हो जाती है; पवन ऊर्जा कन्वर्टर्स में, उच्च आवृत्ति SiC डायोड स्विचिंग आवृत्ति को 100kHz तक बढ़ा देते हैं और फ़िल्टरिंग घटकों के आकार को 40% तक कम कर देते हैं।
ऊर्जा भंडारण का अंत: SiC+GaN हाइब्रिड योजना को अपनाने के बाद, ऊर्जा भंडारण इन्वर्टर की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दक्षता में 98.5% तक सुधार हुआ है, चक्र जीवन 10000 गुना से अधिक हो गया है, और प्रति किलोवाट घंटे की लागत 0.03 युआन कम हो गई है।
बिजली की खपत: नई ऊर्जा वाहनों के लिए 800V उच्च वोल्टेज प्लेटफॉर्म के लोकप्रिय होने से 1200V से ऊपर SiC शोट्की डायोड की मांग में वृद्धि हुई है। टेस्ला मॉडल 3 मोटर नियंत्रक में SiC डायोड को अपनाने के बाद, रेंज 10% बढ़ जाती है, वजन 5% कम हो जाता है, और चार्जिंग समय 30% कम हो जाता है।
5, औद्योगिक पारिस्थितिक पुनर्निर्माण: चीनी उद्यमों का उदय
वैश्विक डायोड बाजार "अंतर्राष्ट्रीय दिग्गजों का उच्च स्तर पर प्रभुत्व, चीनी कंपनियों द्वारा प्रगति में तेजी लाने" का एक प्रतिस्पर्धी पैटर्न बना रहा है। Infineon, Anson, और अन्य कंपनियां अपने SiC सामग्री अनुसंधान और विकास लाभों के साथ उच्च {{2}अंत बाजार पर कब्जा कर लेती हैं, जबकि चीनी कंपनियां, नीति समर्थन और बाजार की मांग से प्रेरित होकर, ऊर्ध्वाधर एकीकरण के माध्यम से एक संपूर्ण पारिस्थितिक श्रृंखला का निर्माण करती हैं। 2025 तक, चीन में SiC डायोड की बाजार हिस्सेदारी 28% तक पहुंच जाएगी, और यांगजी टेक्नोलॉजी और सिलान माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसी कंपनियां विश्व स्तर पर शीर्ष पांच में प्रवेश करेंगी। सनैक और बीवाईडी जैसे सिस्टम निर्माता 1500V फोटोवोल्टिक सिस्टम में घरेलू उपकरणों की प्रवेश दर को 60% से अधिक करने के लिए चिप कंपनियों के साथ गहराई से सहयोग करेंगे।