Công nghệ bán dẫn WBG: Cuộc cách mạng trong điện tử công suất

14/08/2024 07:52
D

Công nghệ bán cấm quy mô lớn vùng (WBG) đang mở ra một kỷ nguyên mới trong ngành công nghiệp điện tử. Với khả năng cung cấp hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng và hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt, WBG đang trở thành giải pháp đột phá cho các ứng dụng từ xe điện đến năng lượng tái tạo. 

Công nghệ bán dẫn WBG, Keysight PD1550A, Keysight PD1500A, thiết bị WBG.

Trong những năm gần đây, công nghệ bán dẫn độ rộng vùng cấm lớn (Wide Bandgap - WBG) đã nổi lên như một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực điện tử công suất. Để hiểu rõ hơn về công nghệ này, chúng tôi đã có cuộc trò chuyện với ông Ryo Takeda, Kiến trúc sư giải pháp ô tô và năng lượng tại Keysight Technologies - một chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực này. Cuộc phỏng vấn sẽ giúp độc giả có cái nhìn toàn diện từ ưu điểm đến tương lai của công nghệ WBG, hé lộ cách mà Silicon Carbide (SiC) và Gallium Nitride (GaN) đang được định hình lại chuyên ngành công nghiệp điện tử công suất và mở ra những cơ hội mới trong lĩnh vực này.

PV: Xin ông cho biết WBG là gì và tại sao nó lại được quan tâm trong ngành công nghiệp bán dẫn hiện nay?

Ông Takeda: Các thiết bị bán dẫn độ rộng vùng cấm lớn (WBG), tiêu biểu như Silicon Carbide (SiC) và Gallium Nitride (GaN), đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong điện tử công suất. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng quan trọng như xe điện (EV), bộ biến tần năng lượng mặt trời, trung tâm dữ liệu và bộ sạc kích thước nhỏ cho PC hoặc điện thoại thông minh.

Cụ thể, thiết bị SiC được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng như xe điện và trung tâm dữ liệu, trong khi thiết bị GaN thường được ứng dụng trong bộ sạc cỡ nhỏ cho PC hoặc điện thoại thông minh.

ông Ryo Takeda, Kiến trúc sư giải pháp ô tô và năng lượng tại Keysight Technologie

Ông Ryo Takeda, Kiến trúc sư giải pháp ô tô và năng lượng tại Keysight Technologies.

PV: Vậy những đặc điểm nổi bật của vật liệu WBG là gì?

Ông Takeda: Các thiết bị WBG có nhiều ưu điểm vượt trội. Chúng cung cấp điện áp đánh thủng cao, điện trở dẫn thấp, tốc độ chuyển mạch nhanh và tổn hao thấp. Đặc biệt, các thiết bị SiC có hiệu suất vượt trội ở nhiệt độ cao, trong khi các thiết bị GaN có tốc độ chuyển mạch cực nhanh. Những đặc điểm này mang lại hiệu quả cao và khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt.

PV: Những ưu điểm này mang lại lợi ích gì trong thực tế, thưa ông?

Ông Takeda: Tốc độ chuyển mạch nhanh của các thiết bị này giúp giảm kích thước của các linh kiện ngoại vi trong các sản phẩm điện tử công suất. Điều này dẫn đến việc tạo ra các thiết bị nhỏ gọn, hiệu quả hơn trong nhiều ứng dụng.

Ví dụ, trong lĩnh vực xe điện, việc sử dụng SiC có thể giúp tăng phạm vi hoạt động và hiệu suất của động cơ. Trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, các bộ biến tần sử dụng WBG có thể đạt hiệu suất chuyển đổi cao hơn, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời.

PV: Hiện nay, ngành công nghiệp đang gặp phải những thách thức nào trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ WBG?

Ông Takeda: Có hai thách thức chính. Thứ nhất, tín hiệu chuyển mạch nhanh hơn có thể tương tác với các phần tử ký sinh trong mạch điện tử công suất, làm tăng nguy cơ hoạt động sai của mạch do rung, dao động hoặc biến dạng dạng sóng chuyển mạch. Thứ hai, hiện tượng bật (turn-on) sai hoặc tăng điện áp đột ngột có thể gây ra đoản mạch, dẫn đến hỏng hoàn toàn mạch hoặc mô-đun nguồn. Những vấn đề này đòi hỏi sự thiết kế cẩn thận và các biện pháp bảo vệ phù hợp.

PV: Làm thế nào để giải quyết các thách thức này?

Ông Takeda: Để giải quyết những vấn đề này, chúng ta cần phải hiểu biết sâu sắc về hành vi của các thiết bị WBG trong các điều kiện khác nhau. Điều này đòi hỏi các phép đo chính xác và đáng tin cậy. Tại Keysight, chúng tôi đã phát triển các giải pháp đo lường toàn diện như PD1500A và PD1550A để đáp ứng các yêu cầu này.

Việc đo các đặc tính động của thiết bị nguồn WBG gặp nhiều khó khăn thách thức đáng kể do ảnh hưởng của các phần tử ký sinh trong mạch cần đo. Thậm chí các yếu tố như vị trí cáp và độ chặt khi đấu nối cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả đo. Do đó, cần có những thiết lập đo kiểm được thiết kế và xây dựng trên cơ sở khoa học đo lường.

Ví dụ, bảng mạch in (PCB) được sử dụng trong đo kiểm động phải giảm thiểu độ tự cảm ký sinh trên đường dẫn tín hiệu nguồn. Đồng thời, cần bù tần số vô tuyến (RF) để loại bỏ các lỗi gây ra bởi điện cảm chèn của điện trở phân lưu (shunt) đồng trục. Ngoài ra, cần bù điện áp điều khiển cổng và đầu ra điện áp thoát, và để có thể thực hiện các phép đo tổn thất chuyển mạch chính xác, cần có độ lệch đầu dò chính xác.

Công nghệ bán dẫn WBG, Keysight PD1550A, Keysight PD1500A, thiết bị WBG.

Keysight PD1500A giải pháp đo lường toàn diện các thiết bị WBG.

PV: Ông có thể chia sẻ thêm về yêu cầu đối với thiết bị đo lường trong lĩnh vực này không?

Ông Takeda: Các thiết bị SiC và GaN đều yêu cầu dòng điện và điện áp cao. Ví dụ: thiết bị SiC yêu cầu 1,5 kV/400 A, mô-đun nguồn SiC cần 1,5 kV/2 kA và thiết bị GaN hoạt động ở 1 kV/100 A. Máy hiện sóng và đầu dò cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các thành phần tần số cao trong chuyển mạch dạng sóng. Băng thông kết hợp phải là 200 MHz đối với SiC và 500 MHz đối với GaN.

Nhằm đáp ứng các yêu cầu khắt khe này, Keysight đã giới thiệu các giải pháp đo kiểm toàn diện PD1500A và PD1550A, hỗ trợ các đột phá trong ngành điện tử công suất sử dụng thiết bị WBG.

Công nghệ bán dẫn WBG, Keysight PD1550A. thiết bị WBG.

Keysight PD1550A giải pháp đo lường toàn diện các thiết bị WBG.

PV: Ông có thể chia sẻ về tiềm năng và triển vọng phát triển của công nghệ WBG trong tương lai không?

Ông Takeda: Tôi tin rằng một bước đột phá tiềm năng trong công suất điện tử tương lai là việc áp dụng các phương pháp thiết kế mạch cao tần. Phương pháp thiết kế thông thường dựa vào trực giác đang dần trở nên hạn chế khi điện tử công suất sử dụng ngày càng nhiều thiết bị WBG. Chúng ta cần có khả năng mô phỏng mạch cả trong miền thời gian và miền tần số, cùng với các mô hình thiết bị WBG chi tiết dựa trên các đặc điểm tham số IV, CV và S để mô phỏng cao tần.

Bản thân phần mềm mô phỏng cũng cần có khả năng phân tích cao tần, bao gồm phân tích điện từ (EM) của các phương án bố trí mạch. Tại Keysight, chúng tôi cung cấp một danh mục sản phẩm toàn diện, bao gồm các công cụ đo kiểm thiết yếu (chẳng hạn như Máy giám sát đồ thị và Máy phân tích mạng) cũng như phần mềm mô hình hóa và mô phỏng (chẳng hạn như IC-CAP, PEPro và ADS).

Tôi tin rằng với sự phát triển liên tục của công nghệ WBG, chúng ta sẽ thấy những bước tiến đáng kể trong hiệu suất và tính bền vững của các thiết bị điện tử công suất trong tương lai gần. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực như xe điện, năng lượng tái tạo và truyền thông không dây.

Cảm ơn ông Takeda đã dành thời gian chia sẻ những thông tin quý giá này.

Cuộc phỏng vấn với ông Ryo Takeda đã cho chúng ta cái nhìn sâu sắc về công nghệ WBG, từ những ưu điểm nổi bật đến các thách thức trong việc phát triển và ứng dụng. Với sự tiến bộ không ngừng trong lĩnh vực này, chúng ta có thể kỳ vọng vào một tương lai với những thiết bị điện tử công suất hiệu quả hơn, nhỏ gọn hơn và bền vững hơn, mang lại lợi ích to lớn cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng

Tin cùng chuyên mục

Sony trình làng PS5 Pro: Nâng cấp đáng kể nhưng liệu có 'ảo giá'?

Sony trình làng PS5 Pro: Nâng cấp đáng kể nhưng liệu có 'ảo giá'?

Red Hat Enterprise Linux AI sẽ có mặt trên các máy chủ Dell PowerEdge

Red Hat Enterprise Linux AI sẽ có mặt trên các máy chủ Dell PowerEdge

Snapdragon X Plus 8 nhân mới, đưa công nghệ Copilot+ đến với người dùng PC

Snapdragon X Plus 8 nhân mới, đưa công nghệ Copilot+ đến với người dùng PC

Lenovo ra mắt hàng loạt máy tính AI Yoga và IdeaPad tại Innovation World 2024

Lenovo ra mắt hàng loạt máy tính AI Yoga và IdeaPad tại Innovation World 2024

Kingston ra mắt ổ cứng SSD thế hệ mới NV3 PCIe 4.0 NVMe

Kingston ra mắt ổ cứng SSD thế hệ mới NV3 PCIe 4.0 NVMe

Core Ultra sẵn sàng chinh phục kỷ nguyên AI PC

Core Ultra sẵn sàng chinh phục kỷ nguyên AI PC

MSI công bố loạt sản phẩm laptop chuẩn AI+ tại IFA 2024

MSI công bố loạt sản phẩm laptop chuẩn AI+ tại IFA 2024

AMD Ryzen 9000 series: Bước tiến đột phá trong hiệu năng

AMD Ryzen 9000 series: Bước tiến đột phá trong hiệu năng

AMD Ryzen 9000 Series: Cách mạng hóa hiệu năng máy trạm của BOXX Technologies

AMD Ryzen 9000 Series: Cách mạng hóa hiệu năng máy trạm của BOXX Technologies

CORSAIR ra mắt bộ đôi chuột chơi game M55 và M55 WIRELESS mới

CORSAIR ra mắt bộ đôi chuột chơi game M55 và M55 WIRELESS mới

Cận cảnh ASUS Vivobook S 14: laptop văn phòng được trang bị bộ xử lí AMD Ryzen AI 300 Series

Cận cảnh ASUS Vivobook S 14: laptop văn phòng được trang bị bộ xử lí AMD Ryzen AI 300 Series

ASUS ra mắt laptop AI Vivobook S 14 mới sử dụng chip AMD Ryzen AI 9 NPU 50 TOPS

ASUS ra mắt laptop AI Vivobook S 14 mới sử dụng chip AMD Ryzen AI 9 NPU 50 TOPS

Tin mới cập nhật

Mạng lưới Thông tin Cứu nạn Khẩn cấp ERIN chính thức thành lập

Mạng lưới Thông tin Cứu nạn Khẩn cấp ERIN chính thức thành lập

Huỷ tổ chức Đại lễ, Tập đoàn FPT hướng về đồng đội, đồng bào vùng bão lũ

Huỷ tổ chức Đại lễ, Tập đoàn FPT hướng về đồng đội, đồng bào vùng bão lũ

Cổ phiếu sụt giảm nghiêm trọng, Ubisoft đối mặt với khủng hoảng

Cổ phiếu sụt giảm nghiêm trọng, Ubisoft đối mặt với khủng hoảng

Ronaldo vượt qua cột mốc 1 tỷ người theo dõi, trở thành ngôi sao hot nhất hành tinh

Ronaldo vượt qua cột mốc 1 tỷ người theo dõi, trở thành ngôi sao hot nhất hành tinh

Huawei Việt Nam ủng hộ 1 tỷ đồng hỗ trợ đồng bào các tỉnh miền Bắc

Huawei Việt Nam ủng hộ 1 tỷ đồng hỗ trợ đồng bào các tỉnh miền Bắc

Những khó khăn và cám dỗ nguy hiểm mà vận động viên Esports phải đối mặt

Những khó khăn và cám dỗ nguy hiểm mà vận động viên Esports phải đối mặt

Tetris công bố giải đấu kết hợp với Fortnite trị giá 10.000 USD

Tetris công bố giải đấu kết hợp với Fortnite trị giá 10.000 USD

Giá rau tăng vọt hậu bão: Lợi dụng hay bất đắc dĩ của tiểu thương?

Giá rau tăng vọt hậu bão: Lợi dụng hay bất đắc dĩ của tiểu thương?

Riot Games tiết lộ hàng loạt nghệ sĩ quốc tế sẽ góp giọng cho các ca khúc của Arcane 2

Riot Games tiết lộ hàng loạt nghệ sĩ quốc tế sẽ góp giọng cho các ca khúc của Arcane 2

Vietravel đã tổ chức lễ ký kết biên bản ghi nhớ hợp tác với tỉnh Fukushima - Nhật Bản

Vietravel đã tổ chức lễ ký kết biên bản ghi nhớ hợp tác với tỉnh Fukushima - Nhật Bản

Vì sao Flappy Bird từng trở thành hiện tượng của làng game thế giới?

Vì sao Flappy Bird từng trở thành hiện tượng của làng game thế giới?

Tổng quan ngành TT&TT trong 8 tháng đầu năm 2024

Tổng quan ngành TT&TT trong 8 tháng đầu năm 2024

Tin đọc nhiều

Sony trình làng PS5 Pro: Nâng cấp đáng kể nhưng liệu có 'ảo giá'?

Sony trình làng PS5 Pro: Nâng cấp đáng kể nhưng liệu có 'ảo giá'?

Red Hat Enterprise Linux AI sẽ có mặt trên các máy chủ Dell PowerEdge

Red Hat Enterprise Linux AI sẽ có mặt trên các máy chủ Dell PowerEdge

Snapdragon X Plus 8 nhân mới, đưa công nghệ Copilot+ đến với người dùng PC

Snapdragon X Plus 8 nhân mới, đưa công nghệ Copilot+ đến với người dùng PC

Ứng dụng Truth Social của ông Trump có thể vướng vào một rắc rối pháp lý

Ứng dụng Truth Social của ông Trump có thể vướng vào một rắc rối pháp lý

VNCERT hỗ trợ Viber khắc phục lỗ hổng nghiêm trọng ảnh hưởng đến hàng trăm triệu người dùng

VNCERT hỗ trợ Viber khắc phục lỗ hổng nghiêm trọng ảnh hưởng đến hàng trăm triệu người dùng

Hàng loạt Macbook M1 tự dưng vỡ màn hình, Apple có đồng ý bảo hành?

Hàng loạt Macbook M1 tự dưng vỡ màn hình, Apple có đồng ý bảo hành?

ITU Digital World 2020: Doanh nghiệp kỳ vọng vào các cơ hội mới

ITU Digital World 2020: Doanh nghiệp kỳ vọng vào các cơ hội mới

Gỡ bỏ game không phép, game cờ bạc: Google Play đạt tỷ lệ 92%, Apple dưới 30%

Gỡ bỏ game không phép, game cờ bạc: Google Play đạt tỷ lệ 92%, Apple dưới 30%

Vì sao các AI nhận diện tiếng Việt đều hoạt động tệ hơn quảng cáo?

Vì sao các AI nhận diện tiếng Việt đều hoạt động tệ hơn quảng cáo?

Google Maps: Xem tốc độ bạn đang lái xe như thế nào ngay trên Ứng dụng

Google Maps: Xem tốc độ bạn đang lái xe như thế nào ngay trên Ứng dụng

Video xem nhiều

Giới thiệu chương trình bình chọn “Xe của năm 2022"

Giới thiệu chương trình bình chọn “Xe của năm 2022"

Đại học Miami tạo ra cảm biến chất lượng không khí phát hiện Covid-19

Đại học Miami tạo ra cảm biến chất lượng không khí phát hiện Covid-19

Ford F-150 Lightning 2022 ra mắt: Bán tải chạy điện giá khởi điểm chưa đến 40 nghìn USD

Ford F-150 Lightning 2022 ra mắt: Bán tải chạy điện giá khởi điểm chưa đến 40 nghìn USD

Thông điệp lan tỏa mùa dịch COVID-19

Thông điệp lan tỏa mùa dịch COVID-19

Clip: Khuyến cáo đối với người lao động, người làm việc, người bán hàng tại khu dịch vụ trong dịch Covid-19

Clip: Khuyến cáo đối với người lao động, người làm việc, người bán hàng tại khu dịch vụ trong dịch Covid-19

Cỗ xe lai phản lực tăng tốc từ 0 - 1010 km/h trong 50 giây tham vọng phá kỷ lục thế giới

Cỗ xe lai phản lực tăng tốc từ 0 - 1010 km/h trong 50 giây tham vọng phá kỷ lục thế giới

Bắc Sơn mây hát

Bắc Sơn mây hát

Pretzel - Bánh quy cây: Biểu tượng văn hoá châu Âu với nhiều tranh cãi về nguồn gốc

Pretzel - Bánh quy cây: Biểu tượng văn hoá châu Âu với nhiều tranh cãi về nguồn gốc

Làm thế nào để nâng cao tương tác giữa loa và phòng nghe hiệu quả

Làm thế nào để nâng cao tương tác giữa loa và phòng nghe hiệu quả

Chiếc điều hòa cá nhân này của Sony là tất cả những gì bạn cần để sống sót qua mùa hè nóng nực

Chiếc điều hòa cá nhân này của Sony là tất cả những gì bạn cần để sống sót qua mùa hè nóng nực

Những gì bạn muốn biết về 5G

Những gì bạn muốn biết về 5G

5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?

5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?

Bàn về tầm nhìn và các trụ cột của công nghệ thông tin di động 6G
04/03/2022
Chip xử lý A15 Bionic của Apple có gì mới
15/09/2021
Sex Education mùa 3 được Netflix công chiếu vào 17/9
14/09/2021
iPhone 13 không thay đổi nhiều về ngoại hình, camera được nâng cấp mạnh
13/09/2021
Cách xem trực tiếp sự kiện ra mắt iPhone 13 và Apple Watch 7
10/09/2021
VNEID của Bộ Công an khác các ứng dụng đang được vận hành?
10/09/2021
'Cái tôi' thời 4.0 và tính hai mặt của mạng xã hội
04/09/2021
'Muôn màu' cảm xúc của trẻ trong ngày khai giảng online
24/08/2021
Chủ tịch Chu Ngọc Anh giải toả 'ách tắc' về Giấy đi đường cho người dân Thủ đô
10/08/2021
Hàng loạt Macbook M1 tự dưng vỡ màn hình, Apple có đồng ý bảo hành?
02/08/2021
6 bộ phim hay nhất để xem trên VieON
29/01/2021
Bắc Ninh: Không ký kết triển khai dự án Owifi 5G với CSE Singapore
27/06/2020
Bị World Bank cấm dự thầu 7 năm, công ty Sao Bắc Đẩu thừa nhận sai sót
27/06/2020
Wefinex - Mô hình hoạt động đa cấp "đội lốt" đầu tài chính trên mạng internet
10/06/2020
Khai trừ MISA khỏi Câu lạc bộ Chữ ký số và Giao dịch điện tử Việt Nam
27/05/2020
Chuyển đổi số - Nên hiểu như thế nào cho đúng
25/05/2020
Chống thất thu thuế là thách thức lớn đối với nền kinh tế số
29/04/2020
Cách chuyển tập tin sang máy tính mới
10/11/2019
VNPT, MobiFone, VTC sẽ hoàn thành cổ phần hóa trước năm 2021
20/08/2019
5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?
26/07/2019
Nhận diện hành vi lừa đảo trên không gian mạng
25/07/2019
Truyền hình OTT - Hướng đi mới của các “nhà Đài”
24/07/2019