Siliziumkarbid-Produkte

Siliciumcarbid (SiC) ist ein hartes, keramisches Material, das aus Silicium und Kohlenstoff besteht. SiC, das in der Natur in Form von Moissanitvorkommen vorkommt, wird seit 1893 in Massenproduktion hergestellt und als Schleifmittel verwendet.

SiC ist aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften ein ideales Material für Leistungsanwendungen. SiC-MOSFETs und Schottky-Dioden, die sowohl diskret als auch in Leistungsmodulen untergebracht sind, bieten eine hervorragende Leistung mit höherer Stromkapazität, geringerer Streuinduktivität und verbesserter Zuverlässigkeit selbst unter rauen Umgebungsbedingungen.

Leistungselektronik

Die Leistungselektronik spielt eine wesentliche Rolle bei der Umwandlung, Steuerung und Übertragung von Strom in Größenordnungen von Kilowatt bis Gigawatt. Als Multitools für die Entwicklung des Energiesektors in Richtung Kohlenstoffneutralität erleichtern sie die Sektorkopplung und ein intelligentes Energiemanagement, während sie gleichzeitig die mit dem dynamischen Stromfluss über weite Frequenzbereiche verbundenen Herausforderungen bewältigen.

Leistungshalbleiter, die unter Verwendung von SiC hergestellt werden, bieten eine deutlich höhere Effizienz und Leistung als ihre Siliziumäquivalente und damit kostengünstige Alternativen für wichtige Stromversorgungssysteme wie Wechselrichter, On-Board-Ladegeräte, DC/DC-Wandler und Solar-Wechselrichter. Darüber hinaus unterstützt ihr Einsatz die Initiativen der Verkehrsindustrie zur Elektromobilität, da sie eine effizientere Batterieladung ermöglichen und gleichzeitig die Gesamtleistung von Fahrzeugen verbessern.

Wolfspeed bietet der Branche eine der größten Auswahl an n-Typ-SiC-Materialien und Epitaxie-Optionen, so dass Leistungsbauelemente mit sehr dünnen Driftschichten hohe Spannungsfestigkeiten erreichen können.

SiC ist eines der Verbindungshalbleitermaterialien mit der geringsten Wärmeausdehnung und bietet eine geringe Wärmeausdehnung sowie hervorragende harte und starre Eigenschaften, die ideal für Energieanwendungen sind. Außerdem eignet es sich aufgrund seiner optischen Eigenschaften als Spiegelmaterial in großen astronomischen Teleskopen. In der Industrie wird SiC in verschiedenen Reinheitsgraden (92-98%) und Partikelgrößen angeboten, die sich aufgrund ihrer Langlebigkeit, ihrer geringen Kosten und ihrer hervorragenden Verschleißfestigkeit für abrasive Anwendungen wie Schleifen und Strahlen sowie für Präzisionsschleifen und Lapidararbeiten eignen.

Energiespeicherung

Elektrische Energiespeichersysteme bestehen aus Batterien oder Brennstoffzellen, die chemische Ladungen speichern und bei Bedarf freisetzen, um die Zuverlässigkeit des Stromnetzes während der Spitzenlastzeiten und in Notfällen zu erhöhen, Unternehmen und Haushalte in diesen Situationen mit Strom zu versorgen und die Widerstandsfähigkeit des Netzes zu verbessern.

Der Einsatz von Energiespeichern zur Bewältigung von Nachfragespitzen senkt die Stromrechnungen der Kunden und reduziert gleichzeitig die Kohlenstoffemissionen. Die Kunden können vermeiden, in Zeiten hoher Stromnachfrage, z. B. bei Hitzewellen, wenn die Klimaanlagen auf Hochtouren laufen, hohe Stromtarife zu zahlen und so Geld und Emissionen zu sparen.

Wenn Energiespeicher zusammen mit intermittierenden erneuerbaren Energien wie Solar- und Windenergie eingesetzt werden, können sie deren Leistung maximieren und helfen, wetterbedingte Stromausfälle oder Probleme mit der Netzinfrastruktur zu verhindern oder zu minimieren.

Im Gegensatz zu konventionellen Erzeugungsquellen, die komplexe und kostspielige Kraftwerke benötigen, um sicher und zuverlässig zu funktionieren, sind Energiespeichersysteme sofort einsatzbereit und können sowohl als Erzeuger als auch als Last im Netz fungieren. Sie sorgen für eine verbesserte Netzeffizienz, entlasten die Übertragungskapazitäten und erhöhen die betriebliche Flexibilität, wobei es nur selten zu Bränden kommt, die erheblichen Rauch oder giftige Dämpfe erzeugen.

Automobilindustrie

Unternehmen und Behörden verwenden die Standard Industrial Classification Codes (SIC-Codes) zur Klassifizierung von Branchen. Unternehmen verwenden SIC-Codes, um Konkurrenten und potenzielle Kunden zu identifizieren und gezielte Marketingkampagnen zu erstellen, während Banken und Kreditgeber sie auch bei der Prüfung von Kreditanträgen berücksichtigen. Darüber hinaus können diese standardisierten staatlichen SIC-Codes häufig in Online-Datenbanken gefunden werden.

Die Nachfrage nach SiC-Leistungsbauelementen ist im Zuge des rasanten Aufstiegs von Fahrzeugen mit neuer Energie (NEVs) enorm gestiegen. Ihre hohe Leistungsdichte ermöglicht es NEV-Herstellern, die Designflexibilität zu erhöhen und gleichzeitig die Systemkosten zu senken. CoolSiC(tm)-Module mit einer solchen Leistungsdichte haben es den NEV-Herstellern ermöglicht, die Vorteile der reduzierten Größe und des geringeren Gewichts zu nutzen, um die Designflexibilität zu verbessern und gleichzeitig die Systemkosten zu senken.

NEV-Hersteller setzen bei ihren Antriebswechselrichtern, Gleichspannungswandlern und Onboard-Ladegeräten zunehmend auf SiC-Technologie, um die Effizienz zu verbessern und die Ladezeit zu verkürzen. SiC bietet Vorteile, die herkömmliche Silizium-Halbleiter nicht bieten können, etwa eine höhere Leistungsdichte pro Gewichtseinheit und einen geringeren Kühlungsbedarf.

Semikron Danfoss stellte auf der PCIM Asia 2024 seine Automotive-Lösungen für elektronische Motorsteuerungen vor. Dazu gehörten die zweite Generation der 1200 V eMPack(tm) Drive SiC-Leistungsmodul-Motorsteuerungsprodukte sowie die dritte Generation der EiceDRIVER(tm) 1EDI30XX-Treiberchips und nichtmagnetische Kernstromsensoren; sie bieten eine Reduzierung der Verlustleistung von bis zu 20% bei hart schaltenden Anwendungen bei gleichzeitiger Steigerung der Ladeeffizienz an Bord durch OBC-Systeme und die Verwendung von SiC-MOSFETs, die die Wärmeableitung erheblich reduzieren, was kleinere und leichtere Designs als zuvor ermöglicht.

Militär

Militärische Operationen erfordern hochleistungsfähige Geräte, die für den harten Einsatz in rauen Umgebungen geeignet sind. SiC bietet eine ideale Möglichkeit zur Verringerung von Größe, Gewicht und Stromverbrauch in militärischen Systemen bei gleichzeitiger Steigerung von Geschwindigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit.

Leistungshalbleiter mit breiter Bandlücke auf SiC-Basis übertreffen die Leistung der konventionellen Silizium (Si)-Leistungstechnologie, indem sie mehr als das Doppelte an Leistungsdichte und Effizienz bieten; aufgrund von Verpackungsbeschränkungen für konventionelle Leistungstechnologien sind sie jedoch für militärische und kommerzielle Anwendungen nicht verfügbar.

Rüstungen mit Siliziumkarbidplatten bieten Militärs, Strafverfolgungsbehörden und Sicherheitsteams Schutz vor Kugeln, Schrapnellen und panzerbrechenden Geschossen. Ihr geringes Gewicht macht sie zu einem beliebten Material für Panzerungen, da Soldaten und Strafverfolgungsbeamte ihre Aufgaben freier ausführen können, ohne durch schwere und unhandliche Panzerungen behindert zu werden.

Militärische Geräte wie Radar- und Kommunikationssysteme können von der Fähigkeit von SiC profitieren, höhere Frequenzsignale mit größerer Bandbreite, Reichweite und Auflösung zu verarbeiten. SiC kann auch Stromversorgungen, HF-Verstärker und Sensoren verbessern, die in anspruchsvollen Anwendungen wie 5G-Netzen zum Einsatz kommen, sowie Techniken zur Qualitätskontrolle im Umweltbereich, wie etwa Plasmatechnologien zur Entfernung von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) aus Bodenverunreinigungen.