I FET al Nitruro di Gallio (GaN) sono transistor ad effetto di campo (abbreviato FET, dall'inglese field-effect transistor) e rappresentano una tecnologia innovativa che consente di ottenere prestazioni significativamente migliori e di risolvere tutti quei problemi che una volta si pensavano insormontabili con i normali transistor al silicio drogato. Le caratteristiche del GaN permettono nuove soluzioni, semplificazioni e miglioramenti e vengono sempre più usati in diversi ambiti, non solo in quello militare o delle telecomunicazioni. Ma nonostante l'utilizzo del GaN porti indiscutibili miglioramenti, impone anche nuove sfide di progettazione e compromessi da accettare per evitare problematiche di primaria importanza. In questo articolo mostreremo un esempio su come progettare un circuito per l'alimentazione di un diodo LED in una linea a 20W con un transistor al GaN.
Introduzione: Il GaN
Per oltre trent'anni l'efficienza e la gestione energetica attraverso lo sviluppo di nuove tecnologie hanno mostrato un miglioramento costante. Forse poche innovazioni come quelle dei MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor -transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo) sono state così utili nell'ambito tecnologico in una società dalla crescente necessità di energia elettrica in spazi sempre più ristretti. I MOSFET di potenza cominciarono commercialmente ad apparire a metà anni '70 come alternativa ai transistor bipolari. Erano più veloci, più robusti e avevano un elevato guadagno di corrente rispetto ai loro competitor. Il Silicio è stato il materiale dominante per la gestione dell'alimentazione sin dalla fine del 1950. I vantaggi che il Silicio aveva in più rispetto ad altri semiconduttori sono riassumibili in alcuni punti: un minore costo, una maggiore affidabilità e una maggiore facilità d'uso. Attraverso queste nuove tecnologie il passaggio di conversione di potenza è diventata una realtà commerciale. A trarre maggiori vantaggi sono stati probabilmente i PC Desktop, che sono stati i primi grandi utilizzatori di MOSFET di potenza, con cui è stato possibile sviluppare gli alimentatori AC/DC. Con essi si svilupparono anche i convertitori DC-DC, motori a velocità variabile, luci fluorescenti e migliaia di altre applicazioni. Tuttavia, con l'arrivo del nuovo millennio, lo sviluppo di nuove tecnologie (in ambito civile e militare) ha portato ad una richiesta di grandi potenze e di elevate frequenze operative. Richieste che il silicio e i suoi attuali margini di miglioramento (sempre minori) non può garantire. E' stato necessario quindi sviluppare nuovi semiconduttori, capaci di superare le limitazioni che l'uso del Silicio impone alla velocità di commutazione, alla temperatura, alla tensione e [...]
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L’avanzamento della tecnologia renderà necessario materiali sempre più efficienti, il GaN così come il SiC permetteranno nuove applicazioni high power. Per esempio i transistori MOSFET e MESFET GaN offrono vantaggi nel settore automotive.