Onsemi erweitert seine Präsenz auf dem Power-SiC-Markt

Angesichts des weltweit steigenden Energiebedarfs hat sich der Anbieter intelligenter Energie- und Sensortechnologien onsemi für das Geschäftsjahr 2023-24 ein Umsatzziel von $1 Milliarde gesetzt. Außerdem hat onsemi seine Präsenz auf dem schnell wachsenden Markt für Leistungs-SiC-Bauelemente aggressiv ausgebaut.

Siliciumcarbid ist in seinem reinen Zustand ein Isolator. Durch die Dotierung mit Verunreinigungen wie Aluminium, Bor und Gallium kann sich dieses Material jedoch in einen Halbleiter verwandeln.

Merkmale

Siliziumkarbid (SiC) ist ein Halbleiter mit breiter Bandlücke. Aufgrund seiner Fähigkeit, Elektronen schnell in das Leitungsband zu verschieben, ohne dass die Gefahr eines thermischen Durchgehens besteht, ist SiC ein hervorragendes Material für Hochspannungsstromanwendungen.

Neben hervorragenden thermischen Eigenschaften und einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bietet Aluminium hervorragende thermische Dispersionseigenschaften, die die Verlustleistung verringern und gleichzeitig die Effizienz erhöhen. Außerdem ist es aufgrund seiner viel höheren Durchbruchspannung besonders widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen und schnellen Schaltgeschwindigkeiten.

SiC hat aufgrund seiner vielen Vorteile schnell die Gunst der Leistungselektronik-Anwender gewonnen und ersetzt schnell Silizium-Bauelemente in Anwendungen, die eine hohe Sperrspannung, einen geringeren spezifischen Durchlasswiderstand und schnellere Schaltgeschwindigkeiten erfordern.

SiC ist ein ideales Material für Stromversorgungsanwendungen, die in rauen Umgebungen betrieben werden. BepiColombo (Europas erste Raumsonde zum Merkur) hat Sperrdioden aus SiC eingesetzt, die von Alter Technology - einem Experten für Siliziumkarbidtechnologie - entwickelt wurden und die für Temperatur- und Strahlungsschwankungen in Weltraumumgebungen ausgelegt sind. Die Sperrdioden in dieser Mission verwenden beispielsweise Sperrdioden aus SiC, die von Alter optimiert wurden.

Anwendungen

Siliziumkarbid verfügt über mehrere einzigartige Eigenschaften, die es ideal für Anwendungen in der Leistungselektronik machen. Dank seiner hohen elektrischen Feldstärke können die Geräte höheren Spannungen standhalten als ihre Silizium-Gegenstücke, und sein niedriger Schaltwiderstand ermöglicht kleinere Steuerschaltungen mit geringerem Energieverlust während des Betriebs.

Siliziumkarbid-Halbleiter wurden erstmals Mitte des 20. Jahrhunderts für die Verwendung als Leuchtdioden (LEDs) hergestellt. Siliziumkarbid kommt in der Natur in Form von Moissanit vor, kann aber auch synthetisch hergestellt werden, um den industriellen Bedarf zu decken. Dank seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und seiner geringen Wärmeausdehnung kann Siliziumkarbid Temperaturen bis zu 1600 Grad Celsius ohne Festigkeitsverlust standhalten und ist dabei immun gegen Säuren und Laugen.

Mit Metall- oder Oxid-Nanopartikeln modifiziertes poröses Siliciumcarbid hat hervorragende katalytische Fähigkeiten für die direkte Oxidation von Butan zu Maleinsäureanhydrid, die Isomerisierung linearer gesättigter Kohlenwasserstoffe, die Hydrierung von Butadien, die Neutralisierung von Autoabgasen, die Kohlendioxid-Reformierung von Methan und viele andere industrielle Reaktionen gezeigt. Außerdem ist dieses Material ein hervorragender Kandidat für einen neuen, stabilen und hocheffizienten Photokatalysator, der keine Co-Katalysatoren benötigt.

EliteSiC bietet mit seinem umfangreichen Angebot an Bare-Die-Lösungen, gelgekapselten Gehäusemodulen und transfergegossenen Modulen mit vollwertigen SiC-MOSFETs für Hochspannungsstromanwendungen. Unsere vertikal integrierte Lieferkette verschafft uns einen Vorteil, da wir eine höhere Leistung zu geringeren Kosten als traditionelle Hersteller von Leistungsmodulen bieten.

Verpackung

Halbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) können großen Spannungs- und Temperaturschwankungen standhalten, was sie zu einer hervorragenden Wahl für Ladegeräte für Elektrofahrzeuge, Solarwechselrichter und Energiespeichersysteme macht. Ihre beeindruckende Leistung und Effizienz hat das Interesse der Hersteller geweckt. Allerdings hat der Preis im Vergleich zu Chips auf Siliziumbasis eine breite Akzeptanz behindert.

SiC-Leistungsbauelemente stellen eine der größten Herausforderungen für ein effektives Wärmemanagement dar, da sie während des Betriebs große Wärmemengen produzieren, was effektive Wärmemanagementstrategien erfordert, um eine Verschlechterung oder einen frühzeitigen Ausfall der Bauelemente zu vermeiden. Herkömmliche Gehäusematerialien und -verfahren bieten nicht immer den erforderlichen Wärmetransfer, so dass innovative Lösungen als Ausweg vorgeschlagen wurden.

Gesinterte Silberverbindungen können dazu beitragen, die Belastung des Gehäuses zu verringern, indem sie starke und leitfähige Verbindungen zwischen den Bauteilen im Gehäuse und ihren anderen Teilen herstellen. Das Sintern erfolgt bei hohen Temperaturen, um starke Verbindungen zu schaffen, die parasitäre Effekte minimieren und gleichzeitig höhere Schaltfrequenzen ermöglichen und die Anforderungen an die Parallelisierung herkömmlicher Designs eliminieren - all dies erhöht letztlich die Effizienz der Geräte und senkt die Gesamtsystemkosten.

Preisgestaltung

Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid haben in der Automobilindustrie aufgrund ihrer überlegenen Energieeffizienz und Leistungsdichte, ihrer geringen Schaltverluste und ihrer Fähigkeit, bei höheren Temperaturen als herkömmliche Siliziumbauteile zu arbeiten, schnell an Beliebtheit gewonnen. Um von dieser Nachfrage zu profitieren, unterzeichneten führende Halbleiterunternehmen wie STMicroelectronics NV einen mehrjährigen Liefervertrag mit SiCrystal über die Lieferung von Siliziumkarbid-Wafern, die zur Herstellung von Leistungshalbleitern verwendet werden sollen.

Der zunehmende Einsatz der Siliziumkarbidtechnologie in Anwendungen wie Elektrofahrzeugen (EVs), industriellen Motorantrieben, USV-Systemen und Beleuchtungssteuerungen dürfte das Marktwachstum vorantreiben. Die Fähigkeit von Siliziumkarbid, die Verluste in Energiesystemen um 50% zu reduzieren, hat dazu geführt, dass es in vielen Anwendungen eingesetzt wird.

Darüber hinaus wird der 4-Zoll-Markt für halbisolierende Siliziumkarbid-Wafer durch die steigende Nachfrage aus Branchen wie der Produktion von Eisen- und Nichteisenmetallen, der Herstellung von feuerfesten Materialien, der Leistungselektronik, Batterien für Elektrofahrzeuge, Technologien zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen sowie durch seine Rolle bei der Bereitstellung einer Alternative zu herkömmlichen Leistungshalbleitern angetrieben.