Texas Instruments och Silicon Carbide

Kiselkarbidens hårdhet, styvhet och låga värmeutvidgning gör det till ett utmärkt material för speglar i astronomiska teleskop. Slipmedel tillverkade av kiselkarbid används också i stor utsträckning; keramiska plattor som används som skottsäkra västplattor innehåller också detta material. Kiselkarbidkristaller kan till och med odlas och slipas till ädelstenar som kallas moissanit-stenar.

TI är värd för ett industriforum för att undersöka de senaste innovationerna och applikationerna som använder substratmaterial med brett bandgap. Från galliumnitrid till kiselkarbid, följ med ledande halvledarföretag när de presenterar framstående talare vid detta evenemang.

Hög temperatur

Kiselkarbid (SiC) är ett halvledarmaterial med brett bandgap och höga smält- och kokpunkter. SiC förekommer naturligt som det extremt sällsynta mineralet moissanit, men sedan 1893 har det i industriell produktion massproducerats som pulver eller kristaller för användning som slipmedel - ofta i form av keramiska plattor för skottsäkra västar och slipskivor för metallbearbetningsverktyg. På grund av sin exceptionella hårdhet, höga värmeledningsförmåga, låga värmeutvidgning, styvhetsegenskaper gör detta till ett utmärkt slipmaterial.

SiC förekommer oftast som alfamodifiering med en hexagonal kristallstruktur som liknar wurtzit, men nyligen upptäckte forskare en betavariant med zinkblendekristallstruktur som kan erbjuda fler fördelar som stödmaterial för heterogena katalysatorer.

I synnerhet Schottky-barriärdioder (SBD) kräver höga driftstemperaturer; kommersiella SiC SBD arbetar för närvarande vid 175 degC; för att ytterligare höja denna driftstemperatur krävs nya förpackningslösningar och metalliseringsprocesser för chip.

TI tillhandahåller sina tekniska och tillförlitliga data, designresurser, tillämpnings- eller andra designråd, webbverktyg, säkerhetsinformation och andra resurser "SOM DE ÄR OCH MED ALLA FÖRUTSÄTTNINGAR". TI lämnar inga garantier eller rekommendationer avseende dessa material och tillhandahåller dem endast för att underlätta för våra kunder.

Högspänning

Kiselkarbidens effekttäthet gör det möjligt att uppnå högre uteffekter till lägre kostnad och samtidigt använda mindre fotavtryck, vilket gör att ingenjörerna kan bygga lättare och svalare system med högre säkerhet. Isolationsförmågan ökar också, vilket ger snabbare växling med minskad övergripande systemkomplexitet samtidigt som stränga EMI-bestämmelser (elektromagnetisk interferens) uppfylls.

Kiselkarbidens höga värmeledningsförmåga, hårdhet och styvhet gör den till ett attraktivt materialval för många applikationer, inklusive teleskopspeglar som används i astronomiska teleskop. Tack vare sin låga värmeutvidgningskoefficient bidrar materialet till att minska komponentstorleken och kostnaderna. Det har också fått stor användning i kemiska apparater.

TI utvecklar lösningar som möjliggör användning av kiselkarbid i kraftelektroniska applikationer inom en rad olika sektorer. Deras transistorer och drivdon med brett bandgap ger högre effekt, effektivitet, lägre kostnad och överlägsen tillförlitlighet jämfört med traditionella kisellösningar.

SiC MOSFETs har lägre RDS,ON än Si MOSFETs men kräver högre gate drive-spänningsnivåer för att fungera effektivt. För att möta denna utmaning erbjuder Texas Instruments UCC28C5x PWM-regulatorer för strömläge justerbara UVLO start/stopp-trösklar och VDDON/VDDOFF-stift så att de kan stödja olika optimala spänningsnivåer för varje SiC-enhet. TI erbjuder också ett stort antal drivmoduler för SiC MOSFET som förenklar konstruktionen genom att inkludera både MOSFET och optimerade drivdon i en och samma chiplösning.

Hög stabilitet

Kiselkarbidens överlägsna temperaturstabilitet gör den lämplig för användning i kraftelektronik som arbetar vid höga temperaturer, t.ex. växelriktare för elfordon som måste fungera effektivt samtidigt som de klarar tuffa miljöförhållanden.

SiC har också en högre elektrisk fältstyrka än kisel, vilket gör det mer lämpligt för applikationer som kräver hög spänningsresistens, t.ex. höghastighetsomkopplare eller reduktion av elektromagnetiska störningar, jämfört med traditionella kiselkomponenter.

Kiselkarbidkomponenter har också visat sin effektivitet genom att klara högre switchfrekvenser än sina motsvarigheter i kisel, vilket ger mer kompakta kraftomvandlingssystem med högre verkningsgrad och större kompakthet. Den här utvecklingen har gett kraftelektroniken ett nytt uppsving över hela världen; många olika branscher drar nytta av tekniken för att förbättra prestanda och tillförlitlighet i sina system - särskilt när det gäller laddning av elfordon, där galliumnitrid-FET:er ger överlägsen prestanda för laddare ombord på elfordon över hela världen.

Hög tillförlitlighet

Kiselkarbid (SiC) är allmänt erkänt för sin tillförlitlighet i halvledarelektronikapplikationer. Detta material har högre temperaturtolerans och spänningströskel än kisel, samtidigt som det ger förbättrad switchprestanda och tillverkningsvänlighet. Även om det bara finns i spårmängder i naturen (t.ex. meteoriter eller korundfyndigheter som Kimberlite), är det mesta SiC som säljs idag över hela världen - inklusive moissanitjuveler - syntetiskt tillverkat.

SiC är ett idealiskt material för effektomvandlare eftersom det möjliggör högre effekttäthet vid lägre systemeffektivitet, vilket leder till högre systemeffektivitet och mindre storlekar - perfekt för 24 timmars drift av industriella motorstyrenheter, UPS-system och DC-DC-omvandlare som används i elfordon.

För att möta detta behov har TI konstruerat snabba utgångsstyrdon för IGBT:er (Insulated Gate Bipolar Transistors) och kiselkarbid-FET:er, vilket ger maximal toppströmskapacitet med minimal fördröjning för isolerade kraftkonstruktioner, t.ex. solcellsväxelriktare eller avbrottsfri strömförsörjning.

De här komponenterna använder Texas Instruments branschledande MOSFET-teknik med galliumnitrid (GaN) och robusta kiselkarbidsubstrat och epi-skikt, och stöder både hård- och mjukkopplande topologier med reducerat on-motstånd i en och samma kapsling och brusimmunitet för användning i bullriga miljöer. De är ett perfekt komplement till hårdswitchande IGBT:er eller ZVS FET:er för att öka effektiviteten i energiomvandlingen och samtidigt förbättra den långsiktiga tillförlitligheten.