Den nya halvledarfabriken Wolfspeed Semiconductor Fabric i Siler City, NC, kommer att påskynda införandet av kraftchip i kiselkarbid

Wolfspeed (tidigare Cree) har nyligen fått rubriker för att ha skiftat från LED-lampor till att producera kraftchips av kiselkarbid, och använder sin nyöppnade anläggning i Siler City som en katalysator för att påskynda införandet av denna teknik inom artificiell intelligens och energiekonomin.

Marcy Nanocenter kommer att bli den första anläggningen i världen som producerar kraftchip på 200 millimeters wafers, vilket kraftigt ökar produktionseffektiviteten.

Kiselkarbid

Wolfspeed grundades 1987 och tillverkar idag wafers och enheter av kiselkarbid - en energibesparande förening som är mer hållbar och motståndskraftig än vanligt kisel. Deras produkter driver elfordon, system för förnybar energi, industriell kapacitet och nationella säkerhetslösningar för amerikanska militära styrkor.

Kiselkarbid, ett av de hårdaste materialen på jorden, har en idealisk kristallstruktur som gör det lämpligt för halvledarchip. Kiselkarbid tål både extrema temperaturer och spänningar och anses allmänt vara ett viktigt material i applikationer för kraftelektronik.

För att skapa den upphettas en blandning av kolmaterial och kiseldioxid eller kvartssand i en elektrisk motståndsugn till över 2500 grader Fahrenheit. Det göt som bildas uppvisar lager av grafit, a-SiC (en högre kvalitet med grov kristallstruktur), b-SiC och metallurgiskt material samt oreagerad kiseldioxid eller kvarts på dess yttre yta.

Wolfspeeds kraftaggregat i kiselkarbid har överlägsen termisk kapacitet och beprövad tillförlitlighet, vilket ger högre effekttäthet, lägre förluster och större stabilitet under tung belastning och tuffa miljöer än deras motsvarigheter i kisel. Om varje datacenter valde Wolfspeed istället för traditionellt kisel skulle vi kunna spara tillräckligt med energi för att försörja Manhattan med ström under ett helt år! Med dessa branschledande uppgraderingar av konstruktionshastigheter och effektivitet kan konstruktörerna bygga bättre system snabbare och samtidigt vara säkra på att deras konstruktioner uppfyller krävande effektivitetsstandarder.

Galliumnitrid

Galliumnitrid (Gn) är en halvledarförening som sedan 1990-talet används i stor utsträckning i blå lysdioder. Som ett hårt, mekaniskt stabilt material med brett bandgap och en ovanlig Wurtzite-kristallstruktur erbjuder Gn betydande prestandafördelar jämfört med kiselkomponenter, inklusive ökad genomslagsstyrka och kopplingshastighet samt lägre på-resistans.

LED-lampor som använder GaN har förändrat belysningen och minskat elanvändningen med 30-40 procent samtidigt som koldioxidutsläppen har minskat. De energibesparande fördelarna har gjort att denna teknik snabbt har börjat användas i olika elektroniska applikationer, från trådlös laddning till inverterare och omvandlare för elfordon.

Wolfspeeds expertis inom SiC- och GaN-teknik är central för att förse branschledare med avancerade produkter som möjliggör mer tillförlitlig, högpresterande och kostnadseffektiv elektronik. Wolfspeeds teknik- och innovationsmotor driver en bred portfölj av kraft- och radiofrekvenskomponenter (RF) som är särskilt anpassade för nästa generations telekominfrastruktur samt militära/kommersiella marknader.

Genom sitt partnerskap med PowerAmerica (ett av 14 DOE-finansierade tillverkningsinstitut) har företaget sett en snabb utveckling och tillförlitlighetstestning av GaN på kiselkarbidteknik för mellanspänning (3,3 kV till 10 kV), vilket ledde till att den tidigt började användas av elfordonstillverkare som Tesla, Mercedes och Lucid Motors, som använder denna teknik för inbyggda växelriktare som omvandlar likström från batterier till växelström för motordrivna applikationer.

Lysdioder

Wolfspeed Corporation i Durham, North Carolina, tillverkade sannolikt de chip som används i LED-skärmar eller elbilar som du ser idag, med hjälp av kiselkarbidmaterial (SiC) med brett bandgap och halvledarkomponenter som möjliggör mindre och lättare kraftsystem för dessa industrier och andra.

Cree kommer att byta namn till Wolfspeed senare i år, före avknoppningen av belysnings- och LED-produktverksamheterna 2021. Namnet anspelar både på företagets ädla attribut - ledarskap, intelligens och uthållighet - och på hur snabbt dess innovatörer tar sig in på nya marknader.

Wolfspeed grundades för över 30 år sedan på campus vid North Carolina State University och har idag 60% av den globala marknaden för SiC- och galliumnitridmaterial som används i mikrochips som används i branscher från elfordon (EV) till 5G-nätverk och vindkraftsproduktion till havs. Deras Mohawk Valley-anläggning kommer att producera 10 gånger fler kiselkarbidchips än deras nuvarande anläggning.

John Palmour Manufacturing Center for Silicon Carbide kommer att bli den första anläggningen i världen som använder 200 mm wafers - större diameter än vad de flesta chiptillverkare vanligtvis använder - när det gäller produktion av mikrochip, vilket drastiskt sänker produktionskostnaderna.

Kraft & radiofrekvens

Radiofrekvens (RF) har många användningsområden inom olika medicinska områden och kosmetisk terapi, från kosmetisk terapi till hudbehandling och mycket mer. RF-enheter med högre effekt kan också användas vid diatermi, hypertermi och ablationsprocedurer eller riktas specifikt mot cancerceller för att döda dem.

RF-teknik finns också i militära tillämpningar, bland annat radar, satellitkommunikation och sonar. Dessutom används den i konsumentelektronik som TV-apparater, mobiltelefoner och bärbara datorer, där RF-signaler kan överföra data i höga hastigheter.

En av bolagets främsta marknader för kiselkarbidbaserade krafthalvledare är elfordon och energibesparande konsumentapparater - dessa chip klarar mycket högre spänningar och switchfrekvenser än sina motsvarigheter i kisel, vilket gör dem perfekta för laddningssystem för elfordon eller energibesparande funktioner i apparater.

Wolfspeeds produkter har GaN på SiC-teknik, som erbjuder flera tydliga fördelar jämfört med konkurrerande tekniker: högre effektivitet, minskad effektförlust, snabbare kopplingshastighet och mindre storlek. Som ett resultat av detta kan Wolfspeed leverera en omfattande portfölj av fälttestade och beprövade RF-effekt- och mikrovågsenheter som är lämpliga för kommersiella, industriella, transport- och telekomapplikationer.

För att möta kundernas ökande efterfrågan utökar företaget sin anläggning i Chatham County med produktion av 200 mm wafers - detta kommer att fördubbla produktionen och samtidigt ge kunderna tillgång till några av de mest kostnadseffektiva och tillförlitliga GaN på SiC-lösningarna för kraftelektronik i branschen.