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POWER GaN
26 - ELETTRONICA OGGI 451 - GENNAIO/FEBBRAIO 2016
Sempre più GaN
nell’elettronica di potenza
Sia che si tratti di prodotti elettronici di largo consumo,
per le telecomunicazioni o destinati a veicoli elettrici ed
elettrodomestici, i progettisti devono affrontare richie-
ste sempre più stringenti per migliorare l’efficienza energetica,
aumentare la densità di potenza, estendere la durata delle
batterie ed accelerare la velocità di commutazione. Tutto ciò
significa che l’industria elettronica è destinata a diventare
sempre più dipendente da nuove generazioni di dispositivi
di potenza a semiconduttori basati su tecnologie di processo
diverse dal silicio. Grazie alla possibilità di raggiungere pre-
stazioni “inaccessibili” in passato, il nitruro di gallio (GaN) si
sta rivelando una tecnologia di processo destinata a condizio-
nare il progetto dei futuri sistemi di potenza.
Il GaN ha avuto un impatto significativo in numerosi settori di
mercato nell’ultima decade. Nell’optoelettronica è stato fonda-
mentale per lo sviluppo e la diffusione di LED ad alta lumino-
sità (HBLED).
Nelle comunicazioni wireless viene già impiegato in dispositi-
vi di potenza a radio frequenza, come transistori HEMT e cir-
cuiti integrati monolitici per microonde (MMIC). Oggi vi è un
potenziale enorme per l’adozione del GaN in una pluralità di
applicazioni di potenza. Alcune società di analisi di mercato
come Yole Research prevedono che entro il 2020 il mercato
dei componenti di potenza GaN varrà attorno ai 600 milioni di
dollari all’anno.
Se la previsione di Yole si rivelerà corretta, il tasso di crescita
di questo comparto sarà pari al 100% nei prossimi cinque anni.
Ci sono, tuttavia, numerosi ostacoli da superare per tradurre in
realtà queste previsioni. In questo articolo saranno analizzate
le iniziative in corso per favorire l’adozione su vasta scala di
questo materiale.
I limiti del silicio…
Sono numerose le dinamiche che stanno contribuendo alla
crescita di interesse verso il GaN. Nei progetti di potenza lo
spazio assume un valore sempre più critico. Nel settore dell’e-
lettronica consumer, ad esempio, i caricatori impiegati per ri-
caricare i dispositivi portatili sono sempre più compatti. Analo-
gamente i rack presenti nei data center diventano sempre più
affollati. Di conseguenza è necessario aumentare la densità di
potenza, unitamente all’efficienza di conversione, in modo da
ridurre lo spazio occupato dai dissipatori richiesti dagli inte-
grati di potenza.. da qui la necessità di aumentare la velocità
di commutazione dei MOSFET di potenza impiegati in questi
sistemi.
La maggioranza delle tecnologie a semiconduttore si basa su
substrati di silicio. D’altronde il silicio costituisce il fondamento
dell’industria elettronica da molti decenni. Sebbene in questi
anni si è dimostrato un materiale adeguato per garantire una
conversione energetica efficiente, si sta velocemente avvi-
cinando il momento in cui il silicio non sarà più in grado di
soddisfare le esigenze degli utilizzatori. La legge di Moore sta
portando la tecnologia del silicio verso i suoi limiti fisici. Reali-
sticamente si prevede che in futuro l’evoluzione di questa tec-
nologia garantirà solamente piccoli miglioramenti incrementali
delle prestazioni.
Da qui la necessità di sperimentare tecnologie a stato solido
alternative.
Come già accennato in precedenza, i semiconduttori di poten-
za devono essere in grado di offrire una combinazione di:
Tim Kaske
Product Marketing manager
Tutti in vantaggi del nitruro di gallio rispetto al
silicio nella realizzazione dei sistemi di potenza
delle prossime generazioni
Fig. 1 – Miglioramenti potenziali in termini di densità di potenza otte-
nibili grazie al GaN e i vantaggi del GaN