Siliziumkarbid-Transistoren haben sich in der Leistungselektronik, wo Halbleiterbauelemente f\u00fcr h\u00f6here Spannungen ben\u00f6tigt werden, schnell durchgesetzt, da sie aufgrund mehrerer Schl\u00fcsseleigenschaften ein Leistungsniveau bieten, das mit Bauelementen aus anderen Materialien nicht erreicht werden kann.<\/p>\n
Siliciumcarbid ist ein starkes Material mit Halbleitereigenschaften mit gro\u00dfer Bandl\u00fccke. Es entsteht aus der Kombination von Silizium und Kohlenstoff mit starken kovalenten Bindungen, die diese robuste Substanz bilden.<\/p>\n
Siliziumkarbid ist ein Verbindungshalbleitermaterial mit einer h\u00f6heren elektrischen Feldst\u00e4rke als Silizium. Dadurch kann es unter Bedingungen arbeiten, unter denen andere Halbleitermaterialien nicht funktionieren, was es zu einem attraktiven Kandidaten f\u00fcr Anwendungen in der Leistungselektronik macht.<\/p>\n
Reines Siliziumkarbid ist zwar ein elektrischer Isolator, kann aber durch die kontrollierte Zugabe von Verunreinigungen wie Aluminium, Bor und Gallium-Dotierstoffen, die die f\u00fcr die Herstellung der Bauelemente erforderlichen P- und N-Bereiche schaffen, elektrisch leitend gemacht werden. Infolgedessen weisen diese Bauelemente einen gr\u00f6\u00dferen Betriebsspannungsbereich auf als ihre herk\u00f6mmlichen IGBTs und bipolaren Transistoren.<\/p>\n
Siliziumkarbid verf\u00fcgt nicht nur \u00fcber eine hohe Spannungsf\u00e4higkeit, sondern auch \u00fcber einen weiten Betriebstemperaturbereich und eine hervorragende W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, so dass es sich f\u00fcr Hochtemperaturschaltanwendungen eignet. Au\u00dferdem weist Siliziumkarbid im Vergleich zu Silizium eine dreimal breitere Bandl\u00fccke auf, was zu einer geringeren Ladungstr\u00e4gerkonzentration und einer besseren Schaltleistung f\u00fchrt.<\/p>\n
SiC-MOSFETs unterscheiden sich erheblich von ihren Silizium-Gegenst\u00fccken, da sie einen geringeren Einschaltwiderstand und geringere Schaltverluste aufweisen und gleichzeitig hocheffizient sind. Sie bieten schnellere Reaktionszeiten und Ersatzm\u00f6glichkeiten in verschiedenen Anwendungen der Leistungselektronik. Sie k\u00f6nnen IGBTs und Standard-Leistungs-MOSFETs in Hochfrequenzanwendungen ersetzen und gleichzeitig h\u00f6here Transienten bew\u00e4ltigen, die sonst Sch\u00e4den verursachen w\u00fcrden.<\/p>\n
Dank der gro\u00dfen Bandl\u00fccke von Siliziumkarbid-Transistoren k\u00f6nnen sie h\u00f6heren Betriebstemperaturen standhalten als ihre Silizium-Gegenst\u00fccke, da sie die Elektronen gut kanalisieren k\u00f6nnen. Hohe Temperaturen w\u00fcrden andernfalls Elektronen aus dem Leitungsband verdr\u00e4ngen und Str\u00f6me verursachen, die logische Operationen st\u00f6ren - ein Problem, das bei der breiten Bandl\u00fccke von Siliziumkarbid, das die Elektronen effizienter als in Siliziumtransistoren bewegt, nicht auftritt.<\/p>\n
Forscher der Case Western Reserve University f\u00fchrten k\u00fcrzlich ein beeindruckendes Experiment durch, bei dem Siliziumkarbid-MOSFETs mehr als 105 Stunden lang in einem extrem hei\u00dfen Ofen bei Temperaturen von fast 550 Grad Celsius betrieben wurden - eine Temperatur, die weit \u00fcber den Mindestanforderungen f\u00fcr den Betrieb in den meisten Anwendungen der Leistungselektronik liegt.<\/p>\n
Die Forscher schufen einen MOSFET mit einer N-Drift-Schicht, einem N+-Source-Bereich, einem Trench-Gate, Metalldrain und Versorgungselektroden sowie einem N+-Source-Bereich; diese Konfiguration wird oft als planares DMOS-Bauelement bezeichnet. Anschlie\u00dfend testeten sie eine negativ flankengetriggerte D-Flip-Flop-Schaltung, die negative Transienten aus einem Wechselstromsignal erkennt und mit positiven Transienten vergleicht, um eine negativ flankengetriggerte D-Flip-Flop-Schaltung zu schaffen, die negative Transienten gemessen an positiven Transienten in Echtzeit erfasst.<\/p>\n
Sie stellten fest, dass der Chip unter extremen Bedingungen au\u00dferordentlich gut funktionierte, wobei nur ein Bit nach 95 Stunden Betrieb bei 470 \u00b0C ausfiel. Dies deutet darauf hin, dass der Chip in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden k\u00f6nnte, die hohe Temperaturen erfordern, z. B. in Ladeger\u00e4ten f\u00fcr Elektrofahrzeuge und in Ger\u00e4ten, die bei hohen Temperaturen arbeiten.<\/p>\n
Bauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) werden in wichtigen Anwendungen der Leistungselektronik immer beliebter. Dazu geh\u00f6ren Wechselrichter, die Solarstrom in Gleichstrom umwandeln, industrielle Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler f\u00fcr die Stromspeicherung und Ladeger\u00e4te f\u00fcr Elektrofahrzeuge. Dieser Trend ist auf die F\u00e4higkeit von SiC-Bauelementen zur\u00fcckzuf\u00fchren, h\u00f6here Spannungen mit geringeren Verlusten zu verarbeiten als ihre Gegenst\u00fccke aus herk\u00f6mmlichen Silizium-Halbleitern, wodurch die Effizienz von Stromumwandlungssystemen erheblich gesteigert wird.<\/p>\n
Reines SiC ist ein Isolator, aber wenn es mit Verunreinigungen wie Aluminium, Gallium oder Bor dotiert ist, wird es elektrisch leitend und kann Strom leichter leiten. Diese Dotierungen k\u00f6nnen dann auf Siliziumsubstrate aufgewachsen werden, um Siliziumkarbid-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (SiC MOSFET) herzustellen.<\/p>\n
Die hohe elektrische Feldst\u00e4rke von SiC-MOSFETs macht sie ideal f\u00fcr hart schaltende Topologien wie LLC und ZVS, bei denen die Bauelemente bei hohen Frequenzen ein- und ausgeschaltet werden. Dar\u00fcber hinaus zeichnen sich SiC-MOSFETs durch geringe Schaltverluste aus, die es den Entwicklern erm\u00f6glichen, die Gr\u00f6\u00dfe von Kondensatoren und Induktoren in ihren Designs zu reduzieren und gleichzeitig die Gesamtsystemkosten zu senken. Au\u00dferdem tr\u00e4gt der Betrieb bei h\u00f6heren Temperaturen dazu bei, die Verlustleistung zu minimieren und die Systemeffizienz zu erh\u00f6hen.<\/p>\n
Leistungsbauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) zeichnen sich durch ihre herausragende Langlebigkeit aus, da sie h\u00f6heren Temperaturen, Spannungen und Frequenzen standhalten k\u00f6nnen als Halbleiter auf Siliziumbasis, die unter bestimmten Umst\u00e4nden oft vorzeitig ausfallen. Dadurch eignen sich diese robusten Bauelemente ideal f\u00fcr harte und resonante Schalttopologien wie LLC und ZVS sowie f\u00fcr andere Hochleistungsschaltungen, da sie niedrige Durchlassverluste und eine effiziente Energieumwandlung aufweisen. Dies macht SiC-Bauelemente sehr begehrt.<\/p>\n
Aufgrund seiner einzigartigen Atomstruktur verh\u00e4lt sich SiC wie ein alternierendes Halbleitermaterial, dessen Bandl\u00fccke fast dreimal so gro\u00df ist wie die herk\u00f6mmlicher Silizium-Halbleiter, was zu Materialien mit gro\u00dfer Bandl\u00fccke wie SiC f\u00fchrt.<\/p>\n
SiC zeichnet sich durch seine thermische Leitf\u00e4higkeit und kurze K\u00fchlwege aus, was insgesamt zu weniger Leistungsverlusten f\u00fchrt. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht seine hohe Durchbruchspannung den Entwicklern, die Bauelemente zu verkleinern, ohne dass die Leistung oder Zuverl\u00e4ssigkeit darunter leidet.<\/p>\n
W\u00e4hrend herk\u00f6mmliche Silizium-Bauelemente nach wie vor der Industriestandard f\u00fcr die Leistungselektronik sind, veranlassen der zunehmende Druck seitens der Regierungen in Bezug auf geringere Emissionen und die steigende Beliebtheit von Elektrofahrzeugen die Unternehmen dazu, andere Materialien wie SiC und GaN zu erforschen, die bessere Eigenschaften aufweisen und diese in verschiedenen Komponenten eines Elektrofahrzeugs ersetzen k\u00f6nnten.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide transistors have quickly gained ground in power electronics applications that demand higher voltage semiconductor devices, due to several key properties that allow them to provide performance levels not seen with devices made from other materials. Silicon carbide is a strong material with wide band-gap semiconductor properties. It is formed from combining silicon and… Weiterlesen »Vorteile von Siliziumkarbid-Transistoren in Leistungselektronik-Anwendungen<\/span><\/a><\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"neve_meta_sidebar":"","neve_meta_container":"","neve_meta_enable_content_width":"","neve_meta_content_width":0,"neve_meta_title_alignment":"","neve_meta_author_avatar":"","neve_post_elements_order":"","neve_meta_disable_header":"","neve_meta_disable_footer":"","neve_meta_disable_title":"","footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-517","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-uncategorized"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/517","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=517"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/517\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":518,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/517\/revisions\/518"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=517"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=517"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=517"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}