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

Kỷ nguyên AI: Khi hàng rào phòng thủ mạng truyền thống dần trở nên 'lỗi thời'

Kỷ nguyên AI: Khi hàng rào phòng thủ mạng truyền thống dần trở nên 'lỗi thời'

AI, phim ngắn và quảng cáo theo lợi nhuận dẫn dắt thị trường ứng dụng năm 2026

AI, phim ngắn và quảng cáo theo lợi nhuận dẫn dắt thị trường ứng dụng năm 2026

Phi đội - Hành trình 20 năm giữ lửa game không chiến Việt

Phi đội - Hành trình 20 năm giữ lửa game không chiến Việt

CORSAIR GALLEON 100 SD: siêu phẩm bàn phím tại CES 2026 chính thức mở bán toàn cầu

CORSAIR GALLEON 100 SD: siêu phẩm bàn phím tại CES 2026 chính thức mở bán toàn cầu

Esports World Cup công bố Road to EWC, thiết lập mùa giải vòng loại toàn cầu cho EWC 2026

Esports World Cup công bố Road to EWC, thiết lập mùa giải vòng loại toàn cầu cho EWC 2026

Màn hình gaming Xiaomi Redmi G25, giá hơn 2 triệu đồng có gì mới?

Màn hình gaming Xiaomi Redmi G25, giá hơn 2 triệu đồng có gì mới?

Google ra mắt Project Genie: AI tạo thế giới ảo theo thời gian thực

Google ra mắt Project Genie: AI tạo thế giới ảo theo thời gian thực

Ayaneo ra mắt Pocket S Mini: Máy chơi game retro cấu hình cao

Ayaneo ra mắt Pocket S Mini: Máy chơi game retro cấu hình cao

Vietnam GameVerse 2026: Bước ngoặt đưa game và Esports Việt Nam ra sân chơi quốc tế

Vietnam GameVerse 2026: Bước ngoặt đưa game và Esports Việt Nam ra sân chơi quốc tế

AI Moltbot hành động thay con người: Bước ngoặt hay hiểm họa an ninh?

AI Moltbot hành động thay con người: Bước ngoặt hay hiểm họa an ninh?

Cisco ra mắt Cisco 360 Partner Program

Cisco ra mắt Cisco 360 Partner Program

Tổng kết Ngày hội tiếng Anh STEM Robotics: Hà Nội mở rộng mô hình

Tổng kết Ngày hội tiếng Anh STEM Robotics: Hà Nội mở rộng mô hình

Tin mới cập nhật

Gen Z làm 'Đường Táo Quân' gìn giữ Tết xưa

Gen Z làm 'Đường Táo Quân' gìn giữ Tết xưa

Ford Kuga 2026: phiên bản mới với công nghệ hỗ trợ lái bán tự động BlueCruise

Ford Kuga 2026: phiên bản mới với công nghệ hỗ trợ lái bán tự động BlueCruise

Bộ trưởng Nguyễn Mạnh Hùng gửi lá thư đặc biệt tới bố mẹ cán bộ công chức viên chức, người lao động Bộ KH&CN

Bộ trưởng Nguyễn Mạnh Hùng gửi lá thư đặc biệt tới bố mẹ cán bộ công chức viên chức, người lao động Bộ KH&CN

Sony WF-1000XM6: Chống ồn tốt hơn 25%, giá cao nhất dòng 1000X

Sony WF-1000XM6: Chống ồn tốt hơn 25%, giá cao nhất dòng 1000X

Hoàn thiện lộ trình kiểm định khí thải xe máy, báo cáo Thủ tướng trong tháng 2

Hoàn thiện lộ trình kiểm định khí thải xe máy, báo cáo Thủ tướng trong tháng 2

Đội tuyển Liên Minh Huyền Thoại Hàn Quốc lộ diện HLV tại ASIAD 2026

Đội tuyển Liên Minh Huyền Thoại Hàn Quốc lộ diện HLV tại ASIAD 2026

BYD cung cấp xe điện cho Manchester City, logo xuất hiện trên áo tập

BYD cung cấp xe điện cho Manchester City, logo xuất hiện trên áo tập

Người dân không phải nộp phiếu lý lịch tư pháp từ 1/7/2026

Người dân không phải nộp phiếu lý lịch tư pháp từ 1/7/2026

Kết nối gia đình ngay trên nền tảng Zalo dịp Tết này

Kết nối gia đình ngay trên nền tảng Zalo dịp Tết này

BNK FearX đánh bại DN Soopers, tiến sâu nhánh thắng LCK Cup 2026

BNK FearX đánh bại DN Soopers, tiến sâu nhánh thắng LCK Cup 2026

Kỷ nguyên AI: Khi hàng rào phòng thủ mạng truyền thống dần trở nên 'lỗi thời'

Kỷ nguyên AI: Khi hàng rào phòng thủ mạng truyền thống dần trở nên 'lỗi thời'

Dấu ấn 'AGIBOT Night - Đêm Kỳ Diệu của Robot 2026'

Dấu ấn 'AGIBOT Night - Đêm Kỳ Diệu của Robot 2026'

Tin đọc nhiều

Kỷ nguyên AI: Khi hàng rào phòng thủ mạng truyền thống dần trở nên 'lỗi thời'

Kỷ nguyên AI: Khi hàng rào phòng thủ mạng truyền thống dần trở nên 'lỗi thời'

AI, phim ngắn và quảng cáo theo lợi nhuận dẫn dắt thị trường ứng dụng năm 2026

AI, phim ngắn và quảng cáo theo lợi nhuận dẫn dắt thị trường ứng dụng năm 2026

Phi đội - Hành trình 20 năm giữ lửa game không chiến Việt

Phi đội - Hành trình 20 năm giữ lửa game không chiến Việt

CORSAIR GALLEON 100 SD: siêu phẩm bàn phím tại CES 2026 chính thức mở bán toàn cầu

CORSAIR GALLEON 100 SD: siêu phẩm bàn phím tại CES 2026 chính thức mở bán toàn cầu

Esports World Cup công bố Road to EWC, thiết lập mùa giải vòng loại toàn cầu cho EWC 2026

Esports World Cup công bố Road to EWC, thiết lập mùa giải vòng loại toàn cầu cho EWC 2026

Màn hình gaming Xiaomi Redmi G25, giá hơn 2 triệu đồng có gì mới?

Màn hình gaming Xiaomi Redmi G25, giá hơn 2 triệu đồng có gì mới?

MISA AMIS OneAI: Nền tảng AI hợp nhất phổ cập cho tổ chức, doanh nghiệp và gia đình

MISA AMIS OneAI: Nền tảng AI hợp nhất phổ cập cho tổ chức, doanh nghiệp và gia đình

Cách mạng hóa hoạt động bảo trì trong công nghiệp sản xuất

Cách mạng hóa hoạt động bảo trì trong công nghiệp sản xuất

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

Video xem nhiều

Toàn cảnh xác lập kỷ lục Bản đồ Việt Nam được xếp từ nhiều xe ô tô nhất năm 2022

Toàn cảnh xác lập kỷ lục Bản đồ Việt Nam được xếp từ nhiều xe ô tô nhất năm 2022

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

Honda MSX 125 Grom 2021 mẫu xe côn tay phiên bản đường đua

Honda MSX 125 Grom 2021 mẫu xe côn tay phiên bản đường đua

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

Hà Nội họp khẩn, Chủ tịch Nguyễn Đức Chung Báo cáo về trường hợp thứ 17 nhiễm Covid 19

Hà Nội họp khẩn, Chủ tịch Nguyễn Đức Chung Báo cáo về trường hợp thứ 17 nhiễm Covid 19

Lộ diện siêu xe hypercar Czinger 21C tăng tốc 0-100km/h chưa tới 2 giây

Lộ diện siêu xe hypercar Czinger 21C tăng tốc 0-100km/h chưa tới 2 giây

Một ngày trải nghiệm giấc mơ trở thành tay đua F1 chuyên nghiệp ở Nhật Bản

Một ngày trải nghiệm giấc mơ trở thành tay đua F1 chuyên nghiệp ở Nhật Bản

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

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