Halvledare av kiselkarbid bearbetar elektricitet mer effektivt än sina föregångare i många viktiga applikationer, vilket hjälper tillverkare av elbilar att förlänga räckvidden och minska laddningstiderna.
Boschs produktionsanläggning för kiselkarbidchip i Roseville, Kalifornien, som tidigare tillverkade ASICs av standardkisel, är nu igång på heltid med tillverkning av kiselkarbidchip - även om denna övergång kan innebära vissa utmaningar.
Högspänning
Kiselkarbid har länge varit känt för sin förmåga att hantera höga spänningar, vilket gör det till en integrerad komponent i effekttäta applikationer som motorstyrningar för elfordon och traktionsstyrningsomvandlare. Kiselkarbid hjälper elbilar att uppnå högre effektivitet och längre räckvidd samtidigt som vikt och volym minskar.
Dessa halvledare har också ett utökat driftstemperaturområde än traditionella kiselenheter, vilket ger dig större tillförlitlighet vid högre temperaturer upp till 800C än med enbart kisel. Kisel upphör att fungera vid 250-300 °C medan kol gör att din enhet kan fungera vid upp till denna tröskel utan att sluta fungera på ett tillförlitligt sätt.
Kiselkarbidchip ger tillverkarna större kapacitet för genombrottsspänning, vilket gör att de kan tillverka mindre enheter med lägre motstånd och snabbare kopplingshastigheter, vilket leder till minskad energiförlust och värmeutveckling jämfört med traditionella kiselenheter.
Forskare har skapat metoder för att optimera halvledarnas prestanda genom att optimera deras tyristor- och diodfunktioner för en enda enhet och har integrerat dessa komponenter i moduler för att uppfylla specifika krav på effektomkoppling.
Kiselkarbidchips används i stor utsträckning, bland annat i arméns pulsade kraftsystem som kräver lätta men kraftfulla komponenter, solenergianläggningar och laddningsstationer för elfordon, applikationer för grön teknik som fotovoltaiska solceller och Yoles senaste rapport förutspår en fortsatt ökning fram till 2024.
Hög temperatur
Kiselkarbidmaterialets breda bandgap klarar höga temperaturer bättre än traditionella halvledare tack vare sitt breda energinivågap, vilket leder bort värme mer effektivt samtidigt som motståndet minskar och effektiviteten förbättras. Dessutom leder kiselkarbidchip mer elektricitet och växlar nästan tio gånger snabbare än sina motsvarigheter i kisel, vilket leder till minskad effektförlust och total energiförbrukning.
Tekniken gör det möjligt för tillverkare att tillverka lättare komponenter, vilket bidrar till att sänka vikten på elfordon och samtidigt öka räckvidden utan att kompromissa med prestanda eller funktionalitet.
Kiselkarbidchip skulle kunna ersätta krafthalvledare i elmotorer och drivlinor för att göra dem mindre och lättare, som sedan skulle kunna kombineras för att bilda hela fordonssystem som syftar till att maximera effektiviteten.
I takt med att myndigheter och konsumenter kräver lägre utsläpp och bättre bränsleekonomi från elbilar driver efterfrågan på material med brett bandgap, som kiselkarbid, chiptillverkare att producera denna kritiska komponent för användning i dessa fordon. Bosch erbjuder denna viktiga komponent i form av kraftfulla men energisnåla krafthalvledare av kiselkarbid som kan levereras individuellt eller som kompletta lösningar, t.ex. eAxle.
Hög konduktivitet
Kiselkarbid är ett avancerat halvledarmaterial som erbjuder överlägsen prestanda jämfört med traditionella kiselchip. Kiselkarbidchip klarar högre temperaturer, spänningar och frekvenser än sina motsvarigheter i kisel - vilket gör dem lämpliga för applikationer som kräver hög energieffektivitet.
Kiselkarbidens breda bandgap är en av dess främsta fördelar, eftersom det gör det möjligt för elektroner att röra sig smidigare mellan valens- och ledningsbanden, vilket leder till lägre resistivitet i on-state och mindre energi som går förlorad genom värmeöverföring. Det lägre on-state-motståndet möjliggör dessutom snabbare växlingshastigheter för förbättrad energieffektivitet.
Kiselkarbidens kombination av egenskaper gör det till ett idealiskt material för användning i krävande applikationer, inklusive kraftelektronik för elfordon eller instrument på rymdfarkoster som används för utforskning av mark och rymd. Enligt IEEE Spectrum kommer kiselkarbidkretsar sannolikt att behövas år 2024 när NASA startar nästa Mars-uppdrag.
Karbidchip har snabbt blivit en ovärderlig komponent i fordonsindustrin, där de förbättrar batteriets prestanda och förlänger körsträckan. Karbidchip gör detta genom att hantera elflöden mellan batterier och motorer mer effektivt, vilket ger ökad räckvidd per laddning och effektivare energihantering överlag. Dessutom ger kiselkarbidchip minskade värmeförluster, vilket möjliggör mer kompakta kylsystem som sparar ännu mer energi totalt sett.
Låg vikt
Kiselkarbidchip kan hantera högre spänning utan att behöva större komponenter och kylare, vilket gör att de kan göras mindre och lättare och därmed minska systemets totala storlek och kostnad.
Kiselkarbid har också en extremt låg termisk expansionskoefficient, vilket innebär att den inte expanderar eller drar ihop sig lika snabbt vid uppvärmning eller kylning jämfört med de flesta andra material, vilket gör det mycket enklare att miniatyrisera chip.
Kiselkarbidens unika kombination av egenskaper gör den till ett attraktivt råmaterial för krafthalvledarkomponenter, vilket leder till nya produkter som energilagringsenheter, industriella motordrifter, traktionsomriktare och strömförsörjning.
Kraftchip i kiselkarbid har redan gjort avtryck i fordonsindustrin. Om man byter ut konventionella kiselchip mot kiselkarbidchip i en elbils e-axel kan räckvidden potentiellt förlängas med upp till fem procent.
SiC-tekniken vinner också snabbt mark på datacentermarknaden, där den används för att minska effektbehovet för artificiell intelligens. Detta möjliggörs tack vare deras förmåga att hantera högre spänningar och frekvenser mer effektivt, vilket leder till kraftfullare maskiner med ökad effektivitet.
Swedish 
English