גליום ניטריד

MIT פיתחה חיישן לביש ללא שבב או סוללה

פורסם בתאריך ע"י Techtime

מהנדסים באוניברסיטת MIT במסצ'וסטס, ארצות הברית, הצליחו לפתח חיישן לביש, המורכב משכבה דקיקה של מוליך-למחצה, ומסוגל "לחוש" שינויים בפרמטרים גופניים כמו דופק וזיעה ולשדר אלחוטית את האותות אל מקלט סמוך, וכל זאת ללא צורך ברכיב בלוטות', סוללה או שבב כלשהו.

ההתקן הינו סרט דקיק הנצמד אל העור ומשמש כמעין "עור אלקטרוני" (e-skin), המייצר מתח חשמלי בתגובה לשינויים פיזיולוגיים. הסרט עשוי מהמוליך-למחצה גאליום-ניטריד, חומר נפוץ מאוד בתעשיית השבבים. גאליום-ניטריד הוא בעל תכונה אלקטרופיזית הקרויה פיאזואלקטריות, המאפיינת גם סוגים שונים של גבישים כמו קווארץ. פיאזואלקטריות פירושה שגאליום-ניטריד מייצר מתח חשמלי בתגובה ללחץ מכני, ורוטט בתגובה למתח חשמלי.

בהתקן, שכבת הגאליום-ניטריד מתחילה לרטוט בתגובה לגלים האקוסטיים שמייצרות פעימות הדופק על גבי המשטח, וכתוצאה מהרטט נוצר גם מתח חשמלי, שאותו ניתן לקלוט באמצעות אנטנה סמוכה. ככל שחל שינוי בקצב פעימות הלב, משתנה גם המתח החשמלי שמייצר הגאליום-ניטריד, ועל כן ניתן להסיק מהאותות הללו על הדופק של הנבדק. במחקר ב-MIT, הלבישו החוקרים את הסרט על גבי מפרק היד והצוואר של הנסיינים, והראו כיצד התדרים האלקטרומגנטיים שמפיקה שכבת המוליך-למחצה נקלטים על ידי אנטנה פשוטה. 

כדי להעצים את רגישותו של הגאליום-ניטריד, השתמשו החוקרים בשיטה בשם אפיטקסיה מרחוק (remote epitaxy), שפותחה גם כן ב-MIT, כדי להפיק שכבה דקיקה של גאליום-ניטריד בתצורה חד-גבישית, שבה המולקולות מאורגנות בצורה מאוד מסודרת, סימטרית ורציפה. בתצורתו הטהורה, תכונת הפיאזואלקטריות היא חזקה במיוחד. כדי להגביר את רמת המתח החשמלי, שילבו החוקרים בהתקן גם שכבה דקיקה של זהב. 

החוקרים גם שילבו בהתקן ממברנה נוספת, המושכת באופן סלקטיבי יונים מסוגים מסוימים, ובמקרה הזה – יונים של נתרן. באמצעות התוספת הזו ההתקן גם הגיב לשינויים ברמת ההזעה של הנבדק ושידר את האותות הללו החוצה דרך המתח החשמלי שנוצר. לדברי החוקרים, ניתן יהיה לשלב בהתקן חומרים מסוגים שונים כדי לנטר פרמטרים ביולוגיים ופיזיולוגיים נוספים כמו גלוקוז וקורטיזול (המעיד על רמת הסטרס), ובכך לספק חלופה נטולת שבבים וסוללות לאביזרים הלבישים המסורבלים וזוללי-האנרגיה הקיימים כיום.

VisIC ו-hofer פיתחו ממיר 800V לרכב חשמלי

פורסם בתאריך ע"י Techtime

חברת hofer powertrain הגרמנית הכריזה על הצלחת הפיתוח של ממירי מתח גבוה לרכב חשמלי המבוססים על מתגי גליום ניטריד (GaN) של חברת VisIC מנס ציונה. המערכת מקבלת מתח ישר מסוללות רכב חזקות (800V) ומייצרת זרם חילופין לצורך הנעת מנוע הרכב. מדובר בשלב בעל השפעה גבוהה על יעילות הרכב החשמלי, מכיוון שתהליך ההמרה כרוך בהפסדי אנרגיה רבים, וקבלת זרם חילופין איכותי משפר את ביצועי המנוע. הפיתוח בוצע בשיתוף פעולה עם חברת VisIC אשר מפתחת ומייצרת מתגי GaN ליישומים עתירי הספק.

שתי החברות פיתחו ממיר אשר מספק למנוע החשמלי זרם חילופין (sinusoidal current) בעוצמה של 100 אמפר. המהנדס הראשי של הפרוייקט בחברת הופר, לוקאס רוסלניאק, אמר שהבדיקות הראשונות של המערכת הראו ביצועים טובים יותר מאשר ממירים בטכנולוגיית המיתוג המתחרה, המבוססת על סיליקון קרביד. "כעת אנחנו נכנסים לשלב בדיקות השדה לבדיקת הטכנולוגיה בתנאי שטח". מרבית כלי-הרכב ההיברידיים והחשמליים מצוידים בסוללות של 400V. אולם לאחרונה החלו יצרניות רבות לעבור לשימוש בסוללות 800V אשר מספקות מספר יתרונות חשובים.

ארכיטקטורת מיתוג חדשה

הסוללות החזקות יותר מסוגלות לספק למנוע את ההספק הדרוש באמצעות זרם נמוך, ולכן להפחית את הפסדי האנרגיה ועל-ידי כך להגדיל את טווח הנסיעה, לקצר את זמני הטעינה ואפילו להשתמש בכבלי נחושת דקים יותר. שיתוף הפעולה בין שתי החברות החל בסוף שנת 2021, ובמסגרתו אימצה הופר את טכנולוגיית D3GaN של החברה הישראלית, המבוססת על תצורת D-Mode אשר כוללת מערך של שני מתגים משלימים ועוד מתג בקרה, ברכיב יחיד. התצורה הזאת מבטיחה מיתוג מהיר תוך כדי הקטנת ההפסדים, ואת המשך התיפקוד של המתג כולו, גם כאשר יש תקלה באחד מהמתגים הפנימיים.

להערכת החברה, הטכנולוגיה מתאימה ליישומי רכב חשמלי נוספים, מלבד ממירים, דוגמת המרת מתחים גבוהים (DC/DC) והטענת הסוללות ברכב. חברת VisIC, אשר הוקמה בשנת 2010, מפתחת ומייצרת ממירי כוח המבוססים על גליום ניטריד (Gan). זהו מוליך למחצה המורכב מגליום וחנקן והמאופיין בפס אנרגיה גבוה מאוד. לכן הוא מיועד בדרך כלל ליישומים מיוחדים רכיבים אלקטרואופטיים, רכיבי תדר גבוה ורכיבי הספק גבוה. הרכיבים של VisIC מיוצרים בחברת TSMCהטאיוואנית. אחת המשקיעות האסטרטגיות בחברה היא יצרנית השבבים הטאיוואנית מדיה-טק.

VisIC ו-AB Mikroelektronik יפתחו ביחד מתג הספק לסוללת רכב חשמלי

פורסם בתאריך ע"י Techtime

חברת VisIC מנס ציונה חתמה על הסכם שיתוף פעולה עם חברת AB Mikroelektronik האוסטרית, לפיתוח משותף של מתג ייעודי לבקרת הסוללה ברכב חשמלי, אשר יתבסס על טכנולוגיית הגליום ניטריד (GaN) של חברת VisIC. חברת VisIC פיתחה ממירי כוח מבוססי GaN עבור מערכות הספק גבוה העובדות במתחים של מאות וולטים, ולכן מתאימים לשימוש כמתגי הספק ברכב חשמלי.

תפקידו של מתג ההספק (Power Switch) הוא לספק את המתח מגיע מהסוללה למנוע בזמן הנסיעה, ואת המתח המגיע מהשקע החשמלי אל הסוללה בזמן הטעינה. כיום התהליך הזה מיושם באמצעות מתגי סיליקון וסובל מבעיית אובדן אנרגיה. לגליום ניטריד מאפיינים פיזיקליים שונים מאלה של סיליקון, ולהערכת החברה מתגים מבוססי GaN מסוגלים להפחית במחצית את אובדן האנרגיה בהשוואה למתגי הספק מבוססי סיליקון.

התמודדות עם קצר פתאומי בזרם גבוה

המתג החדש יתבסס על טכנולוגיית D³GaN של VisIC ויכיל חיישן מהיר לזיהוי קצר במערכת (Fast Short Circuit Detection – FSCD) שפותח בחברה הישראלית ומוגן בפטנט. מדובר באתגר טכנולוגי לא קל: המתג צריך לזהות את הקצר במהירות ולנתק מיידית את הסוללה כדי שלא תתרוקן. הוא צריך להתמודד עם ספיגת זרמי הקצר הגבוהים עד להשלמת תהליך הניתוק.

מנהל השיווק והפיתוח העסקי של החברה, רן סופר, אמר ש-AB Mikroelektronik היא ספקית חשובה בתחום הרכב החשמלי ומספקת גם מתגי הספק לסוללות. "זהו יתרון חשוב כאשר נפתח ביחד את מתג ההספק המיועד לעבודה במתחים של עד 400V. ההתמקדות שלנו בשוק הרכב החשמלי תואמת לצורך של התעשייה להפחית עלויות ולשפר את היעילות של ההנעה החשמלית".

מדיה-טק הטאיוואנית השקיעה ב-VisIC

חברת AB Mikroelektronik שמרכזה בעיר זלצבורג נמצאת בבעלות יצרנית הרכיבים האמריקאית AVX (שנירכשה במרץ 2020 על-ידי Kyocera היפנית), ומשמשת כזרוע הפעילות שלה בתחום מערכות החישה לתעשיית הרכב. היא מספקת חיישנים לבקרת המנוע ומערכות התמסורת המכנית והגלגלים. החברה מייצרת ממירי DC-AC ו-DC-DC, בקרים לניהול מערכות הרכב ועוד.

שיתוף הפעולה תואם לאסטרטגיה עליה החברה הצהירה בחודש שעבר, בעקבות קבלת השקעה מחברת השבבים הטאיוואנית MediaTek. ד"ר לורנס לו, סגן נשיא בכיר במדיה-טק, אמר שהרכיבים של VisIC חיוניים לפיתוח כלי-רכב היברדיים וחשמליים. "אנחנו מאמינים כי הטכנולוגיה הזו היא המפתח לשיפור הביצועים ולהפחתת העלויות של כלי-רכב חשמליים", אמר.