Siliziumkarbid Leistung

Siliziumkarbid revolutioniert erneuerbare Energiesysteme, Elektrofahrzeuge und Telekommunikationsinfrastrukturen. Als Verbindungshalbleiter, der die 10-fache elektrische Feldstärke von Siliziumbauteilen aufweist, übertrifft seine bahnbrechende Leistung deren Gegenstücke.

Wolfspeed bietet die Produkte und das Fachwissen, um Leistungsdesigns mit SiC aufzurüsten. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile.

Hochspannung & Hochstrom

Leistungsbauelemente auf der Basis von Siliziumkarbid (SiC) können bei höheren Spannungen und Frequenzen arbeiten als ihre Gegenstücke auf Siliziumbasis, wodurch die Gesamtverluste des Systems verringert und gleichzeitig der Wirkungsgrad verbessert werden. Dies ermöglicht kleinere und leichtere Stromversorgungsdesigns mit höherer Leistungsdichte, die letztlich zu geringeren Stückkosten führen.

Die überragende Leistung von SiC ist auf seine große Bandlücke zurückzuführen, die es ihm ermöglicht, elektrische Energie viel effizienter zu übertragen als herkömmliche Silizium-Halbleiter. Dies ermöglicht Leistungsbauelemente mit viel höherer Durchbruchspannung und Stromstärke, schnellerem Schalten, geringerem Durchlasswiderstand und verbesserten Wärmemanagementfähigkeiten.

Dies kann zu kleineren und kompakteren Systemen mit weniger Abfall, größerer Zuverlässigkeit und besserer Leistung für kritische Anwendungen wie Wechselrichter für Elektrofahrzeuge und Solarstromkonverter führen. Darüber hinaus tragen Verbesserungen der Motoreffizienz dazu bei, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen und die Zuverlässigkeit des Stromnetzes zu verbessern, was wiederum anderen kritischen Systemen wie Stromnetzen zugutekommt.

Das ST-Portfolio an SiC-Leistungsbauelementen umfasst schnell schaltende Hochspannungsdioden und Thyristoren mit einer branchenführenden maximalen Durchbruchspannung von 20kV und einem Frequenzbereich von bis zu 500MHz - perfekt für Hochspannungs-DC/DC-Wandler, die in Wechselrichtern für Elektrofahrzeuge sowie in stationären/solaren PV-Wechselrichtern eingesetzt werden. Dank unserer umfassenden Evaluierungstools und Design-Support-Services können Konstrukteure bestehende Systeme aufrüsten und dabei die Kosten auf ein Minimum beschränken, um die Markteinführung zu beschleunigen und in ihrem Marktsegment wettbewerbsfähig zu bleiben.

Hohe Temperatur und Hochtemperaturbeständigkeit

Die große Bandlücke von Siliziumkarbid ermöglicht den Betrieb bei höheren Temperaturen, Spannungen und Frequenzen als bei Geräten, die ausschließlich aus Silizium bestehen. Dies ermöglicht einen effizienteren Betrieb von Stromversorgungsgeräten, die mit Siliziumkarbid konstruiert wurden, bei gleichzeitiger Verringerung von Verlusten und Wärmeentwicklung, was insgesamt zu kleineren und effizienteren Geräten führt.

Dieser harte, feuerfeste Halbleiter könnte die Reichweite von Elektroautos um bis zu 30% erhöhen, indem er die Leistung und Effizienz des Wechselrichtersystems verbessert und außerdem dazu beiträgt, die Gesamtkosten der Batterien zu senken, indem er Schnellladefunktionen in kürzerer Zeit ermöglicht.

Siliciumcarbidpulver ist von Natur aus vielseitig und wird in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie als Schleifmittel eingesetzt, um Präzisionsmaße und glatte Oberflächen auf Metall- und Keramikteilen zu erzielen. Darüber hinaus wird Siliciumcarbid in großem Umfang als Desoxidationsmittel verwendet, wobei Siliciumtetrachlorid als Industriechemikalie für die Stahlerzeugung hergestellt wird.

SiC ist in seinem reinen Zustand ein elektrischer Isolator, kann aber mit Verunreinigungen dotiert werden, um ein Halbleiter zu werden. Aluminium, Bor, Gallium und Phosphor werden üblicherweise als Dotierstoffe verwendet, um SiC P- und N-Halbleitereigenschaften zu verleihen. Da so viele Dotierungsoptionen zur Verfügung stehen, können die Hersteller SiC für bestimmte elektronische und sensorische Anwendungen maßschneidern, indem sie bestimmte Verunreinigungen auswählen, um das gewünschte Verhalten in den Geräten zu erzeugen, die es verwenden; letztendlich wird ein Gerät hergestellt, das unter extremen Temperaturen mit niedrigem Einschaltwiderstand und niedriger Schaltgeschwindigkeit arbeiten kann - ideal für Hochtemperaturumgebungen!

Hohe Effizienz und hohe Zuverlässigkeit

Silizium ist traditionell das bevorzugte Material für Anwendungen in der Leistungselektronik. Da jedoch Leistungssysteme einen höheren Wirkungsgrad und eine größere Leistungsdichte erfordern, hat sich Siliziumkarbid als effiziente Alternative herauskristallisiert.

SiC, ein Verbindungshalbleiter aus Silizium und Kohlenstoff, bietet zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Silizium-Leistungsbauelementen: höhere Durchbruchspannung, schnellere Schaltgeschwindigkeiten, geringerer Durchlasswiderstand und bessere Wärmeleitfähigkeit - was wiederum zu geringeren Verlusten und einer effizienteren Leistungsumwandlung führt.

SiC hat den Vorteil, dass es bei wesentlich höheren Frequenzen (bis zu 200 kHz) bei gleicher Sperrschichttemperatur betrieben werden kann, was den Kühlungsbedarf und die Systemgröße verringert und gleichzeitig die Stücklistenkosten senkt und kompaktere, leichtere Systeme ermöglicht.

Zu berücksichtigen ist auch die überlegene Zuverlässigkeit von SiC, dessen intrinsische Ladungsträgerdichte um mehr als 10 Größenordnungen geringer ist als die von Silizium, was zu geringeren Leckströmen und einer geringeren Selbsterwärmung der Bauelemente und damit zu einer längeren Lebensdauer dieser Produkte führt.

SiC ist für seine Leistungs- und Effizienzvorteile bekannt. Darüber hinaus schützen seine chemische Inertheit, seine Strahlungshärte und seine hohe Durchschlagsfestigkeit es vor Umweltschäden und ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb über einen breiten Betriebstemperaturbereich. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich SiC ideal für Anwendungen, die das regenerative Bremsen von Elektrofahrzeugen und das Schnellladen mit Spannungsspitzen, die beträchtliche Werte erreichen können, beinhalten. Wolfspeed bietet Tools und Ressourcen, die die Aufrüstung bestehender Designs mit SiC erleichtern und die Stücklistenkosten senken, während gleichzeitig die Systemzuverlässigkeit erhöht wird.

Hohe Effizienz und niedrige Kosten

Silizium ist seit langem das bevorzugte Material für Anwendungen in der Leistungselektronik. Da die Systeme jedoch einen höheren Wirkungsgrad, eine höhere Leistungsdichte und eine höhere Zuverlässigkeit erfordern, werden Verbindungshalbleiter wie SiC immer beliebter. Ihre größere Bandlücke und geringere Verlustleistung ermöglichen kleinere und leichtere Netzteile mit höherer Leistungsfähigkeit.

SiC bietet eine größere Bandlücke als Silizium im Bereich von 1,12 eV, wodurch leistungselektronische Geräte bei höheren Temperaturen, Spannungen und Frequenzen betrieben werden können.

Diese Eigenschaften tragen auch zur Senkung der Systemkosten bei, da sie eine kostengünstigere Kühlung und einfachere Konstruktionen ermöglichen. Die Fähigkeit von SiC, hohe Wärmemengen zu tolerieren, bedeutet, dass weniger komplexe Lösungen für das Wärmemanagement erforderlich sind und die Komponenten enger zusammengebaut werden können.

SiC ist ein hervorragender Stromleiter; es geht weniger Energie durch Wärmeverluste verloren, was die Energieeffizienz weiter verbessert und die Bauteilkosten senkt - ein Vorteil, der SiC zu einer ausgezeichneten Wahl für Anwendungen macht, die unternehmenskritische Anforderungen stellen.

Siliziumkarbid unterscheidet sich von Silizium dadurch, dass es in verschiedenen Polytypen mit unterschiedlichen Kristallstrukturen vorkommt, wobei 3C-SiC (3-Kohlenstoff-Tetraeder oder Zinkblende) eine der am häufigsten verwendeten Sorten mit ABC-Stapelfolge und isotropen Eigenschaften ist; es wird häufig kommerziell für Anwendungen wie Elektromobilität und Windturbinenwandler verwendet.