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Zuverlässig und kostengünstig

Mit der GaAs-Technologie lassen sich vergleichbare Ergebnisse wie mit SiC und GaN:Si erzielen, aber zu deutlich niedriger Bauteilkosten.

Das aktuelle Produktionsprogramm basiert auf Galliumarsenid-Substraten (GaAs) und umfasst nur PIN-Dioden für weich- und hartschaltende Anwendungen im Spannungsbereich 400V bis 1700V und Stromstärken bis zu 100A pro Chip. Da GaAs ein Halbleiter mit einer direkten Bandlücke ist und diese größer ist als bei Silizium, bezeichnen wir unsere Bauteile als direct Wide Band Gap (dWBG) Dioden. 3-5 PE ist zurzeit das einzige Unternehmen das GaAs, welches bisher nur für hochfrequente Anwendungen mit sehr niedrigen Spannungen eingesetzt wurde, auch für Leistungshalbleiter nutzt.

 

Die wichtigsten elektrischen Parameter und die Kostenposition der dWBG Dioden im Vergleich zu SiC und Si Dioden lassen sich sehr gut in einem Spinnnetz Diagramm darstellen:

Dioden für weich-schaltende Anwendungen

  • Optimiert für niedrige Sperrschichtkapazität 
  • Optimiert für niedrige Durchlassspannung Vf
  • Optimiert für niedrige Durchlassspannung bei hohen Temperaturen (negativer Temperaturkoeffizient)

Anwendungen: Batterieladesysteme, Induktives Erwärmen und Schweißen und Zero-Voltage-Switching Anwendungen

Dioden für hart-schaltende Anwendungen

  • Optimiert für niedrige Sperrverzögerungsladung Qrr, Durchlassverzögerungszeit trr, Rückstromspitze Irrm
  • Optimiziert für niedrige Durchlassspannung Vf 
  • Gute Elektromagnetische Verträglichkeit EMV, dadurch entfallen zusätzlich EMV-Filter

Anwendungen: Leistungsfaktorkorrekturfilter in Schaltanlagen, Solar Inverter, Schaltnetzteile, Motorsteuerungen, Inverter für Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge, Unterbrechungsfreie Stromversorgung und Dioden für IGBT Module

Proof-of-Concept für GaAs PIN-Dioden

Auf der PCIM Europe 2019 in Nürnberg wurde vom Karlsruher Institut für Technologie der Gesamt-Wirkungsgrad eines Leistungsgleichrichter Dioden Moduls komplett mit SiC MOSFET Transistoren und SiC Schottky Dioden ausgestattet mit SiC MOSFET und GaAs PIN-Dioden verglichen. Dabei ergab sich bei der Kombination der SiC MOSFET und GaAs PIN-Dioden mit 99,3% ein um 1,6% Punkte höherer Gesamt-Wirkungsgrad als das reine SiC Gleichrichtermodul: