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EO POWER - OTTOBRE 2022 XXVIII Power GaN e silicio: la sfida Alex Lidow CEO e Co-founder Efficient Power Conversion La tecnologia GaN continuerà a migliorare in termini di prestazioni e costi, mentre i consolidati MOSFET al silicio non possono evolversi di molto, perché i limiti del cristallo di silicio sono stati raggiunti diversi anni fa Un modo per capire quando una nuova tecnologia ha su- perato il punto di svolta della sua adozione su larga scala è rappresentato dal numero di voci contrarie che sosten- gono lo status quo. Le voci più conservatrici tendono a citare informazioni vecchie che, dato il rapido cambia- mento di paradigma che si verifica quando viene intro- dotta una tecnologia completamente nuova, possono portare a prendere decisioni sbagliate per i nuovi proget- ti. Nel mondo dei dispositivi di potenza in nitruro di gal- lio (GaN), il punto di svolta si è verificato negli ultimi due anni, quando il numero di nuovi progetti basati sul GaN ha iniziato a raddoppiare di anno in anno, mentre i progetti tradizionali basati sui MOSFET in silicio hanno iniziato a dover affrontare carenze critiche delle dispo- nibilità dei prodotti, a causa delle loro catene di approv- vigionamento finemente ottimizzate, ma anche meno flessibili. I dispositivi in GaN, invece, sono rimasti di- sponibili a magazzino presso la maggior parte dei prin- cipali distributori, grazie alle loro catene di fornitura re- lativamente nuove e flessibili che utilizzano le vecchie fonderie di silicio, e che peraltro offrono a queste fonde- rie un nuovo futuro di vivace sviluppo. In questo articolo confuteremo alcune delle idee sbaglia- te più comuni che continuano a circolare negli articoli e nelle conferenze, solitamente presentate dai sostenitori dello status quo. Prezzi e costi Da qualche anno i prezzi dei dispositivi in GaN a bassa tensione sono in linea con quelli dei MOSFET in silicio. La figura 1 mostra una tabella dei prezzi dei transistor in GaN da 100 V di Efficient Power Conversion , confrontati con i più diffusi MOSFET con una resistenza di conduzio- ne simile. Questi dati sono stati rilevati nel febbraio 2022 e hanno utilizzato i prezzi dei distributori per volumi medi. I dispositivi in GaN non sono i più economici, ma nemmeno i più costosi. Questo confronto non tiene con- to del fatto che i transistor in GaN sono 10 volte più veloci e 10 volte più piccoli della controparte in silicio, offrendo quindi un valore molto più elevato a parità di prezzo. Efficienza termica I transistor in GaN sono molto più piccoli delle loro con- troparti in silicio. Questa differenza di dimensioni con- tribuisce in modo determinante alla riduzione dei costi di produzione e alla loromaggiore velocità di commutazione. Una domanda molto comune che sorge sulle dimensioni ridotte è se ciò renda più difficile l’estrazione del calore. La risposta ha due articolazioni: (1) i dispositivi in GaN ten- dono a generare meno calore, grazie alle minori perdite di conduzione e commutazione e (2) i dispositivi in GaN sono stati progettati per essere estremamente efficienti dal punto di vista termico. A riprova di questo secondo pun- to, nella figura 2 è riportato un confronto tra un MOSFET molto diffuso e diversi transistor FET eGaN comparabili di Efficient Power Conversion. Si noti che tutti i dispositivi eGaN, anche quello in un package raffigurato all’estrema destra, presentano una resistenza termica molto più bassa tra la giunzione e il dissipatore, nonostante abbiano di- mensioni da sei a dieci volte inferiori. Fig. 1 - Confronto tra i prezzi di mercato dei transistor in GaN da 100 V e dei MOSFET in silicio con una resistenza di conduzione simile