Defekter leder strömmen genom oväntade kanaler, vilket minskar effektiviteten och ökar risken för tidiga fel i enheten. Avancerade epitaxiella tillväxtmetoder som klorbaserad kemisk ångdeposition möjliggör precisionsstyrda processer som syftar till att minimera defekter redan från början.
SiC-wafers av hög kvalitet är nyckelkomponenter för att skapa en kraftförsörjningsindustri med låga koldioxidutsläpp, enligt IDTechEx senaste forskning. SiC kan förbättra både effektivitet och tillförlitlighet i DC/DC-boostomvandlare som används i laddningssystem för elfordon (EV).
Elektriskt fält med hög nedbrytning
SiC är ett material med brett bandgap som kan motstå spänningsgradienter som är åtta gånger större än kisel utan att drabbas av lavinartat sammanbrott, vilket gör det lämpligt för högspänningsenheter som dioder, effekttransistorer och tyristorer. Dessutom kan SiC-enheter konstrueras med mindre enhetsdimensioner, vilket ger lägre motstånd och lägre totala systemförluster.
SiC:s exceptionella elektriska fält vid nedbrytning gör det möjligt att använda tunnare driftområden, vilket avsevärt minskar on-state-motståndet per ytenhet och därmed ökar kopplingshastigheten och förbättrar den totala effektiviteten.
Kraftelektronik tillverkad av kiselkarbid används i allt större utsträckning inom olika branscher och applikationer, från industriella motorstyrningar och växelriktare för förnybar energi till smarta elnät och smarta energihanteringsenheter. Deras förmåga att hantera högre spänningar och snabbare frekvenser har revolutionerat tekniken för kraftomvandling.
Stabilitet vid höga temperaturer
Kiselkarbidens unika atomstruktur gör det till ett av de mest kemiskt och termiskt stabila materialen på marknaden, vilket gör det lämpligt för högeffektsapplikationer som arbetar vid förhöjda temperaturer. Tack vare denna egenskap används SiC-enheter i allt större utsträckning.
Bredskalig produktion av SiC kräver noggrann kontroll av PVT-tillväxtprocessen (Physical Vapor Transport) och kvaliteten på den slutliga SiC-bollen. Morfologin hos det använda pulverkällmaterialet, renhetsnivåer och polytypsammansättning samt storleksfördelning spelar alla viktiga roller i PVT-kristalliseringen för högkvalitativa enheter utan defekter.
EAG:s laboratorier har omfattande expertis inom både bulk- och spatialt upplösta analysmetoder för SiC. EBSD-resultaten visar att både ytorna nära Si-substratet och tillväxtytan är enkelorienterade (111). SIMS-mätningar visar låga koncentrationer av syre- och kväveföroreningar.
Låg koncentration av inneboende bärare
Kisel (Si) är fortfarande det material som väljs för kraftelektronikapplikationer, men når snabbt sina gränser för driftstemperatur och spänning. Kiselkarbid (SiC) erbjuder å andra sidan ett alternativ med överlägsna termiska och elektriska egenskaper - ett tilltalande perspektiv när man överväger kostnad kontra fördelar med Si.
SiC är känt för sin låga inneboende bärarkoncentration på grund av sitt unika hexagonala gitter av Si- och C-atomer.
SiC:s atomstruktur gör det också till ett av de hårdaste och termiskt stabilaste halvledarmaterial som finns. För att få fram den optimala kristallkvalitet som krävs för högpresterande SiC-enheter krävs tillväxtprocesser med hög renhet och stökiometri. Lägre läckström mellan drain och source gör att enheterna kan fungera vid högre temperaturer utan att förlora prestanda.
Hög värmeledningsförmåga
SiC-enheter har överlägsen värmeledningsförmåga (ungefär tre gånger så hög som kisel) och sprider värme effektivt för att undvika hotspots som kan minska halvledarenheternas livslängd och försämra prestandan.
Med ökande krav på mer energieffektiva kraftsystem är elfordon och lösningar för förnybar energi i behov av högpresterande material som klarar ökade spännings- och temperaturkrav. Enheter tillverkade av SiC kan bidra till att öka räckvidden för elbilar samtidigt som systemförlusterna minskar.
Air Waters avancerade tillverkningsmetoder möjliggör noggrann kontroll av föroreningar, vilket ger 3C-SiC-substrat av hög kvalitet. Deras stegflödesprocess minimerar defekter samtidigt som den skapar överlägsna ytegenskaper för epitaxial tillväxt. Dessutom säkerställer vår avsiktliga dopning med bor lägre koncentrationer av punktdefekter (vakanser, syre och kväve) som bidrar till bipolär nedbrytning.
Hög genombrottsspänning
SiC-enheter har ett exceptionellt högt elektriskt fält som gör att de kan motstå strömmar som är åtta gånger större än kisel- eller GaAs-enheter innan de drabbas av en lavinartad nedbrytning, vilket avsevärt minskar spänningsfallet över enheterna och möjliggör mindre och mer kompakta krafthalvledarkomponenter.
SiC:s relativt stora bandgap undertrycker tunnling av elektroner vid gränssnittet mellan metall och halvledare. Dessutom måste dess mycket lägre joniseringskoefficient för elektroner längs 0001> än med kisel spela en viktig roll för att bidra till deras högre kritiska elektriska fältstyrka pn-dioder.
SiC-enheter har ett mycket tunnare blockeringsskikt än Si-enheter vid varje given genombrottsspänning, vilket möjliggör högre bärardensitet i n-skiktet och betydligt lägre specifik on-resistans, vilket leder till högre effekttäthet och snabbare switchhastigheter. Minskningen av enhetens motstånd möjliggör högre effekttäthet och snabbare växling.
Hög strömtäthet
SiC har en inneboende bärardensitet som är mycket högre än kisel, vilket leder till minskad on-state-förlust för kraftaggregat. SiC:s höga värmeledningsförmåga möjliggör dessutom snabba växlingar för olika tillämpningar.
Som vanligt när det gäller ny teknik har SiC-enheter initialt en högre kostnad än motsvarande kiselprodukter. Ändå har tillverkare som Wolfspeed och Arrow Electronics gjort stora framsteg när det gäller att sänka kostnaderna och förenkla konstruktionen av dessa produkter.
I takt med att allt fler människor övergår till elfordon är tillförlitligheten hos kraftenheter av yttersta vikt för deras prestanda och livslängd. MOSFETs och FETs som används i omvandlare, inverterare, batteriladdare och motorstyrsystem måste ge tillförlitlig drift; SiC ger denna tillförlitlighet samtidigt som det minskar effektförlusterna som leder till ökad bränsleeffektivitet för utökad räckvidd.
Högeffektsapplikationer
SiC-komponenter kan hantera höga strömtätheter och samtidigt avleda värme till en bråkdel av kostnaden för kiselkomponenter, vilket gör dem lämpliga för kraftapplikationer. Deras bredare bandgap möjliggör också snabbare växlingshastighet, vilket minskar effektförlusterna och ökar effektiviteten i komponenter som FET:ar och MOSFET:ar.
SiC:s förmåga att motstå högre spänningar än kisel gör att det kan motstå transistorer och dioder med mindre formfaktor för att minska vikten och storleken på batterihanteringssystem i elfordon, vilket förkortar körsträckorna samtidigt som det ger den energi som krävs för att ladda batterierna.
Grundläggande forskning som utförts fram till 2004 om epitaxial tillväxt av SiC granskas ingående, inklusive tillväxtmetoder, processer som bestämmer hastigheten, ytmorfologiska egenskaper och dopning av föroreningar under epitaxial tillväxt.
Swedish 
English