AlN-ийн суурь нь дулаан зохицуулах чадвараараа онцлог. Түүний дулаан дамжуулах чадвар нь 170-200 Вт/мК орчим бөгөөд үүнтэй харьцулахад алюминийн оксид нь зөвхөн 20-30 Вт/мК, цахилсан нитрид нь 15-35 Вт/мК байдаг. AlN-ийг ийнхүү сайн болгож буй зүйл нь түүний онцгой вюрцитийн талст бүтэц юм. Энэхүү бүтэц нь материалын дотор дулааныг үр дүнтэй дамжуулах боломжийг олгож, цахилгаан шинж чанарыг хохирохгүйгээр 14 кВ/мм орчим хүртэлх сайн цахилгаан тусгаарлалтыг хадгалж чаддаг. AlN ашигласан цахилгаан хүчний модуль нь энгийн оксидын суурьтай харьцулахад дулаан эсэргүүцэл 30-40%-иар буурдаг. Дулаан багасах нь хагас дамжуулагчид удаан хугацаанд ажиллах боломжийг олгоно. Өндөр давтамжтай загварыг зохион байгуулах хүмүүст энэхүү үр дүнтэй байдлыг ашиглах нь нэмэлт хөргөлтийн хэсгийн шаардлагийг багасгадаг. Эцсийн үр дүн нь? Өмнө нь боломжгүй байсан зүйлсийг боломж болгосон, бага зай эзлэх, хөнгөн жинтэй, илүү их чадалтай системууд.
АлН (AlN) нь маш нимгөн байх үед ч гэсэн дулаан дамжуулах чадварын 90%-иас дээш хадгалдаг тул фононы сарнилтод захиргаа үзүүлэх боломж муу байдаг хил хязгаарт оршихгүй. Энэ нь дулаан цуглах нь түгээмэл асуудал болдог нимгэн далд эсвэл олон давхар бүтцийн хэрэглээнд онцлог шинж чанараар ялгардаг. Материалын дулааны задралын хурд нь Кельвиний 4.5 ppm-той ойролцоо бөгөөд кремний болон кремний карбидын зэргэд ойролцоо байдаг. Энэ тохирох чанар нь Al2O3 шиг сайтар таардаггүй материалын харьцаатай харьцуулахад материалын хоорондох дулааны эсэргүүцлийг ойролцоогоор 60% бууруулдаг. Энэ шинж чанарыг шууд холбосон зэс (DBC) шиг сайн металлчлэлийн арга техниктэй хослуулбал, хоорондын дулаан дамжуулах чадвар нь квадрат метр Кельвиний 3000 Вт-аас дээш хүрч болно. Эдгээр шинж чанарууд нь Авиа хөлгийн цахилгаан хангамжийн систем эсвэл ердийн ажиллагааны үеэр 200°C-аас дээш температурын ялгаатай өөрчлөлттэй дамжуулагч лазер зэрэг хүнд хэцүү дулааны орчинд АlN-ийг тохиромжтой болгодог.
Цахилгаан транзисторууд болон Галлийн Нитрид (GaN) HEMT-үүдийн холболтын температур бага хэмжээний хязгаарт байх үед хамгийн сайн ажилладаг. Алюминий Нитрид (AlN) нь дулаан маш сайн дамжуулдаг тул цахилгаан хүчний модуль доторх их халсан цэгүүдийг ойролцоогоор 20-30 градус Цельсийн хэмжээтэй бууруулдаг тул ялангуяа 1.2 кВ-с дээш цахилгаан хүч дээр ажилладаг үйлдвэрийн хөдөлгүүр, серверийн цахилгаан хангамж зэрэг хэрэглээнд дулааны удирдлага алдах асуудлыг саатуулахад томоохон үүрэг гүйцэтгэдэг. Аррениусын загвар шиг найдвартай байдлын судалгааны мэдээллээс харахад ийм температурыг бууруулах нь багажны амьдралыг хамаагүй уртасгадаг. Жишээ нь, SiC MOSFET-үүд AlN-тэй хослоход 50 кГц давтамжид ажиллахдаа ямар нэгэн гажиггүйгээр хамгийн багадаа 98.5% КПД-тэй ажиллаж чаддаг. Өөр нэг чухал давуу тал нь AlN материал нь хагас дамжуулагч материалаас халуунд тэлэлтийн хувьд төстэй байдаг явдал юм. Энэ нийцэл нь температурын өөрчлөлтөөс үүсэх механик стрессыг саатуулдаг тул халах, хөргөхийн олон дахин давталтаас үүдэлтэй микротрещины эсвэл хольцын зангилуудын элэгдэл үүсэхээс сэргийлдэг.
Цахилгаан хөдөлгүүртэй тээврийн хэрэгслээс гарах хөдөлгүүрийн инвертерийн дулаан зохицуулах систем нь хэтгийн багтаамжтай, температурын хэлбэлзэл, эдгээр нягтар чадалын системээс үүсэх хүчтэй дулааныг даах шаардлагатай. Алтайн нитрид (AlN) суурь нь 800 вольтын батарейн системд квадрат сантиметрт 500 Вт гэх мэт өндөр дулааны урсгалыг дааж, хөргөлтийн системийг ойролцоогоор 30% багасгах боломжийг олгодог. Энэхүү материал нь IGBT/SiC гибрид модулийн доторх зангилааны температурыг ердийн керамик материалаас 15-25°С-аар бууруулдаг. Нөхцөл байдлын туршлугаас гарсан үр дүнгээр хийн гаргасан микроинвертерийг цөлөнд суурилуулахад 5 жилийн дараа алдагдлын түвшин 40%-иар буурсан. Алтайн нитридын бүрэлдэхүүнтэй салхины турбиныг хар тамхи, чийгийг агуулсан хүйтэн далайн эрэгт, мөн хамгийн багад нь хасах 40°С-д ажиллаж, 99% асжилттай байх чадварыг хадгалдаг. AlN-ийн давуу тал нь чийгтэй эсвэл бохир орчинд цахилгааны нумыг эсэргүүцэх чадвар юм бөгөөд энэ нь сэргээгдэх эрчим хүчний олон төрлийн хэрэглээнд найдвартай, бат бөх дэдээс тогтолцоо барьдаг болохыг тайлбарладаг.
Цахилгаан хүчний электроник ертөнц нь дулаан зохицуулах, хүнд нөхцөлд тэсвэртэй байх, солонгос сонголттой байх гэсэн гурван чухал зүйлийг нэгэн зэрэг хийж чаддаг суурь шаарддаг. Алюниум нитрид эдгээр бүх шаардлагыг хангана. Түүний дулаан дамжуулах чадвар нь 170-200 Вт/мК хооронд байх бөгөөд энэ нь IGBT болон тиристор зэрэг нягт цахилгаан хүчний бүрэлдэхүүн хэсгээс дулааныг үр дүнтэй холдуулах боломжийг олгодог. Мөн 4.5 ppm/К орчимхон температурын өргөлтийн коэффициент нь цахилгаан болон шинээр үүссэн өргөн зурвасын хагас дамжуулагчтай маш сайн нийцдэг тул температурын хэлбэлзэлтэй үед деталь булжих эсвэл хайрцангийн холболт задрах магадгүй байдал багасдаг. ASME-ийн стандартын дагуу, давхаргатай солонгосын хувьд механик хүнд 100 градусын температурын өөрчлөлт бүрт 0.8%-аас дээш хүрч байна. Гэхдээ AlN-ийн материалуудын хоорондын нийцэл энэ эрсдлийг хамгийн ихээр бууруулдаг. Хүчийн хувьд AlN нь машин, онгоцны хүнд хэлбэлзэлд тэсвэртэй бөгөөд 50G хүртэлх хүчийг даах чадвартай. Энэ нь өөр нэмэлт давуу тал: AlN нь цахилгааныг тусгаарлах давхаргийг 0.3 мм зузаан болгож хийх боломжийг олгодог бөгөөд цахилгааны тусгаарлалтын чанарыг алдалгүй солонгосын хэмжээг бараг хагасаар багасгаж чадна. Энэ нь цахилгаан хөдөлгүүртэй тээврийн хэрэгслийн хөдөлгөгчийн систем болон торонд холбогдсон сэргээгдэх эрчим хүчний системд ашиглагдах бүрэлдэхүүн хэсгийн хэмжээг багасгахад туйлын тохиромжтой болгодог.
EN
