Ränikarbiidist vahvlite edu saladus

Ränikarbiidist vahvlite edu saladus

Peaaegu kõik seadmed, mida me tänapäeval kasutame, põhinevad pooljuhtidel. Uued tehnoloogilised edusammud nõuavad ränikarbiidi (SiC) kasutamiseks paljudes nõudlikes pooljuhtrakendustes. Tänu oma füüsikalistele ja elektroonilistele omadustele, SiC-põhised seadmed sobivad hästi kõrge temperatuuriga ja suure võimsusega/kõrgsagedusliku elektroonika jaoks, võimaldades edasiminekut EV-s, 5G, ja asjade interneti tehnoloogiad. Kuigi need pakuvad lõppkasutajale palju eeliseid, kvaliteetsete SiC substraatide tootmine esitab vahvlitootjatele mitmeid väljakutseid.

Pooljuhid parandavad meie igapäevaelu

Oleme järginud Gordon Moore'i seadust kunagi mõeldamatule tasemele, ja pooljuhid on muutnud meie tööviisi, suhelda, reisida, mängida, kasutada energiat ja ravida haigusi. Need ei võimalda mitte ainult kasulikke seadmeid meie igapäevaelus, kuid need muudavad need ka kompaktsemaks, odavam, ja võimsam. Võtke mobiiltelefonide arendamine, näiteks: esimesed mobiiltelefonid 1980. aastatel olid väga mahukad, maksab peaaegu sama palju kui auto, ja võttis ainult umbes 30 minutit laadimiseks.

Täna, meie nutitelefonid on väga intelligentsed mobiilseadmed, mis on peaaegu sama võimsad kui tavalised arvutid ja kõigile kättesaadavad. Üllatavalt, suurim potentsiaal on veel ees. Tehnoloogia nurgakivina, SiC-põhised pooljuhid pakuvad jätkuvalt suuri läbimurdeid: muutes terveid tööstusharusid, lennundusest ja olmeelektroonikast energeetika ja meditsiinini. Hea näide sellest nihkest on autotööstus.

Elektrisõidukid on arenenud ökoloogilisest nišist igapäevaselt eelistatud alternatiiviks. Seda arengut toetas võimsam elektriajam, kasutades suuremaid voolusid ja tõhusamaid ahelaid. Siin mängib ränikarbiid juhtivat rolli.

Miks valida ränikarbiid??

Vastus on lihtne: kõrgematel pingetel, rohkem jõudu, rohkem efektiivsust, ja parem töökindlus. Mitte ainult tööstuses, aga ka pooljuhtmaterjalides endis. Elektrooniliste seadmete kasvavate nõudmiste rahuldamiseks, ränikarbiid on muutunud täiustatud pooljuhtide substraadimaterjaliks, eriti jõuelektroonikaseadmed.

See võib suurendada dielektrilise purunemise väljatugevust võrra 10 korda, läbilöögipinge võrra 15 korda, ja soojusjuhtivus poolt 3 korda. Lisaks, ränikarbiid võimaldab kõrgemat töötemperatuuri (kuni 400°C versus 150°C räni puhul) ja on 2-3 korda suurem voolutihedus.

Ränikarbiidist pooljuhtide jõudlus kõrgel temperatuuril, kõrge rõhk ja võimsus on suurendanud nõudlust mitmes tööstuses. Näiteks, andmekeskused kasutavad toiteallikana ränikarbiidi, vähendab oluliselt jahutussüsteemide jaoks vajalikku võimsust.

Lisaks, katkematu toiteallikas (UPS) süsteem tagab stabiilsuse, ühtlane jõud. Teine näide on 5G tugijaamad: nad töötlevad üha rohkem andmeid, mille tulemuseks on suurenenud energiavajadus. Ränikarbiidist pooljuhte kasutatakse megahertsides ja need pakuvad suuremat võimsust väiksema vormiteguriga.

Ränikarbiid võimaldab läbimurret elektrisõidukites

Ränikarbiidi eelistest saab kasu eelkõige autotööstus. Tootjad, nagu Porsche, suudavad ränikarbiidpooljuhtide suurema efektiivsuse tõttu muuta 400-voldised akud 800-voldisteks.. Selle tulemuseks on kiirem laadimisaeg, väiksemad akud ja pikem tööulatus. Muud rakendused, mis saavad kasu SiC-st:

⊕ Autoaku laadija: Aku laadimiseks teisendage väline vahelduvvoolu alalisvooluks, mis võib võimsust poole võrra suurendada

⊕ Sisseehitatud DC/DC muundur: Teisendage pardaaku pinge 12 VDC siini puhastamiseks pardaseadmete toiteks

⊕ Toitesüsteem: inverter, mootor ja selle mehaanilised tarvikud koos jõuülekandega. Lülituskaod on väiksemad kui 80% ja suurus väheneb võrra 30%. Väiksem aku (kergem kaal, vähem soojust) ja pikem aku tööiga

⊕ Pardaväline alalisvoolu kiirlaadija: Alalisvoolu laadimisjaam kiireks laadimiseks

Tööstuse ees seisvad väljakutsed

Eeldatavasti kasvab nõudlus järgmise viie aasta jooksul märkimisväärselt, tööstuse peamine väljakutse ei ole ainult vajalike vahvlite absoluutarv, vaid ka muutuvate vahvlite spetsifikatsioonidega. Rangemad tolerantsid ja spetsifikatsioonid juhivad praeguseid ja tulevasi tootmismeetodeid. Innovatsioon on nende väljakutsete ületamiseks ülioluline. Tootmistehnoloogia muutuste ennetamiseks ennetav lähenemine nõuab sügavaid suhteid protsessiinseneride ja R&D põhineb usaldusel ja teadmistel järgmise põlvkonna toodete väljatöötamiseks.

Ränikarbiidsubstraadi tootjad on motiveeritud parandama protsessi tõhusust ja vähendama vahvlite tootmiskulusid, kuna turg püüab saavutada toiteseadmete ja ränipõhiste seadmete hinnapariteeti. Lisaks, nõudluse tohutu kasv (kiirendatud masstootmine, uued rajatised, jne.) ja ülemaailmsed tarneahela piirangud, mis seisnevad silmitsi kasvava nõudlusega ränikarbiidil põhinevate rakenduste järele, nõuavad uuendusi tootmisprotsessides.