Il segreto del successo dei wafer al carburo di silicio
Quasi tutti i dispositivi che utilizziamo oggi si basano sui semiconduttori. I nuovi progressi tecnologici richiedono il carburo di silicio (SiC) da utilizzare in molte applicazioni di semiconduttori esigenti. Per le sue proprietà fisiche ed elettroniche, I dispositivi basati su SiC sono adatti per l'elettronica ad alta temperatura e ad alta potenza/alta frequenza, consentendo avanzamenti in EV, 5G, e tecnologie IoT. Mentre offrono molti vantaggi all'utente finale, la produzione di substrati SiC di alta qualità presenta una serie di sfide per i produttori di wafer.
I semiconduttori migliorano la nostra vita quotidiana
Abbiamo seguito la Legge di Gordon Moore a livelli un tempo inimmaginabili, e i semiconduttori hanno rivoluzionato il modo in cui lavoriamo, comunicare, viaggio, giocare, sfruttare l’energia e curare le malattie. Non solo abilitano dispositivi utili nella nostra vita quotidiana, ma li rendono anche più compatti, più economico, e più potente. Prendiamo lo sviluppo dei telefoni cellulari, Per esempio: i primi cellulari degli anni 80 erano molto ingombranti, costa quasi quanto un'auto, e ci sono voluti solo circa 30 minuti per la ricarica.
Oggi, i nostri smartphone sono dispositivi mobili altamente intelligenti, potenti quasi quanto i normali computer e accessibili a tutti. Sorprendentemente, il potenziale più grande è ancora davanti a noi. Come la pietra angolare della tecnologia, I semiconduttori basati su SiC continueranno a fornire importanti progressi: trasformando interi settori, dall’industria aerospaziale e dell’elettronica di consumo all’energia e alla medicina. Un buon esempio di questo cambiamento è l’industria automobilistica.
I veicoli elettrici si sono evoluti da una nicchia ecologica a un’alternativa preferita tutti i giorni. Questo sviluppo è stato supportato da una trasmissione elettrica più potente, utilizzando correnti più elevate e circuiti più efficienti. È qui che il carburo di silicio gioca un ruolo di primo piano.
Perché scegliere il carburo di silicio?
La risposta è semplice: a tensioni più elevate, più potenza, maggiore efficienza, e migliore affidabilità. Non solo nell'industria, ma anche negli stessi materiali semiconduttori. Per soddisfare le crescenti esigenze dei dispositivi elettronici, il carburo di silicio è diventato il materiale di substrato preferito per i semiconduttori avanzati, soprattutto dispositivi elettronici di potenza.
Può aumentare l'intensità del campo di rottura dielettrica di 10 volte, la tensione di rottura di 15 volte, e la conduttività termica di 3 volte. Inoltre, il carburo di silicio consente temperature operative più elevate (fino a 400°C contro 150°C per il silicio) e ha 2-3 densità di corrente volte maggiore.
Le prestazioni dei semiconduttori al carburo di silicio ad alta temperatura, l'alta pressione e la potenza hanno portato ad una crescente domanda in diversi settori. Per esempio, i data center utilizzano il carburo di silicio come fonte di energia, riducendo notevolmente la potenza richiesta per i sistemi di raffreddamento.
Inoltre, un gruppo di continuità (UPS) il sistema garantisce stabilità, potere costante. Un altro esempio sono le stazioni base 5G: elaborano sempre più dati, con conseguente aumento del fabbisogno energetico. I semiconduttori al carburo di silicio vengono utilizzati nella commutazione megahertz e forniscono una potenza maggiore in un fattore di forma più piccolo.
Il carburo di silicio consente la svolta nei veicoli elettrici
È soprattutto l'industria automobilistica a trarre vantaggio dai vantaggi del carburo di silicio. Produttori come Porsche sono in grado di convertire batterie da 400 volt in batterie da 800 volt grazie alla maggiore efficienza dei semiconduttori al carburo di silicio. Ciò si traduce in tempi di ricarica più rapidi, batterie più piccole e autonomia maggiore. Altre applicazioni che beneficiano del SiC:
⊕ Caricabatterie per auto: Converti la CA esterna in CC per caricare la batteria, che può aumentare la potenza della metà
⊕ Convertitore DC/DC integrato: Converte la tensione della batteria di bordo in un bus pulito da 12 V CC per alimentare le apparecchiature di bordo
⊕ Sistema di alimentazione: inverter, motore e suoi accessori meccanici con trasmissione. Le perdite di commutazione sono inferiori a 80% e le dimensioni vengono ridotte di 30%. Batteria più piccola (peso più leggero, meno calore) e una maggiore durata della batteria
⊕ Caricabatterie rapido CC esterno: Stazione di ricarica DC per una ricarica rapida
Le sfide del settore
Si prevede che la domanda aumenterà in modo significativo nei prossimi cinque anni, la sfida principale per l'industria non è solo il numero assoluto di wafer richiesti, ma anche le mutevoli specifiche dei wafer. Tolleranze e specifiche più rigorose guideranno i metodi di produzione attuali e futuri. L’innovazione è fondamentale per superare queste sfide. Adottare un approccio proattivo per anticipare i cambiamenti nella tecnologia di produzione richiede rapporti profondi con ingegneri di processo e R&D basato sulla fiducia e sulla competenza per sviluppare prodotti di prossima generazione.
I produttori di substrati in carburo di silicio sono motivati a migliorare l'efficienza dei processi e a ridurre i costi di produzione dei wafer mentre il mercato fatica a raggiungere la parità di prezzo tra i dispositivi di potenza e quelli basati su silicio. Inoltre, enorme crescita della domanda (produzione di massa accelerata, nuove strutture, eccetera.) e i vincoli della catena di approvvigionamento globale di fronte alla crescente domanda di applicazioni basate sul SiC richiedono innovazioni nei processi di produzione.
