Halvledare av kiselkarbid

Kiselkarbid (SiC) är ett oorganiskt material som består av kol och kisel och som bildar hårda föreningar med ovanliga fysikaliska och kemiska egenskaper. Naturliga exempel finns som ädelstenen moissanit, men i de flesta elektroniska apparater används istället syntetiskt framställd SiC.

Effektkretsar tillverkade av SiC kan erbjuda många fördelar jämfört med traditionella kiselkretsar, t.ex. högre spänningar och frekvenser med minskade kopplingsförluster för högre effekttäthet i mindre förpackningar.

Högspänning

Kiselkarbid är ett idealiskt material för krafttillämpningar eftersom det klarar högre spänningar - upp till 10 gånger högre än kisel. Dessutom innebär dess överlägsna dielektriska styrka lägre driftlagerresistans per yta, vilket gör att mer kraft kan omvandlas till elektricitet.

Kiselkarbidpellets används ofta som blixtisolatorer på elektriska kraftledningar, vilket säkerställer att blixtnedslag rör sig bort från dem istället för att slå ned direkt längs dem.

IGBT:er av kiselkarbid kan vara en effektiv ersättare i växelriktare för elfordon, vilket ökar energieffektiviteten för batteridrivna bilar och bidrar till att minska koldioxidutsläppen i världen. Detta är ett viktigt steg mot en global minskning av koldioxidutsläppen.

Hög temperatur

Kiselkarbid har en unik förmåga att klara höga temperaturer utan att förlora sina viktiga elektriska egenskaper, vilket gör det till det perfekta materialet för krafthalvledarkomponenter som måste arbeta vid högre spänningar och frekvenser.

Edward Goodrich Acheson gjorde de första betydande framstegen i produktionen av SiC 1891 under ett försök att syntetisera konstgjorda diamanter. Även om SiC kan hittas naturligt förekommande i korundfyndigheter och Canyon Diablo-meteoriter som moissanit, produceras det mesta SiC syntetiskt idag.

ST:s marknadsledande SiC-kretsar är konstruerade för maximal prestanda och effektivitet. Dessa kraftfulla komponenter är små, lätta och klarar högre driftstemperaturer än kiselkomponenter; dessutom har de lägre switchförluster och problem med termisk hantering.

Hög ström

Halvledare av kiselkarbid möjliggör högre strömtätheter och spänningar i kraftelektronikapplikationer, vilket bidrar till att minska switchförlusterna och förbättra den totala effektiviteten i applikationer från elektriska motordrifter till solenergiproduktion och nätinfrastruktur.

Kiselkarbidens höga strömtäthet beror på dess unika materialegenskaper, särskilt det breda bandgapet och den utmärkta värmeledningsförmågan, som gör att den kan klara högre nivåer av off-state-ström än vad traditionella kiselkomponenter kan klara, vilket leder till lägre ON-motstånd och minskad effektförlust vid förhöjda drifttemperaturer. Kiselkarbid är därför ett mycket attraktivt halvledarval för kraftapplikationer.

Hög värmeledningsförmåga

Termisk konduktivitet mäter ett halvledarmaterials förmåga att leda värme, vilket spelar en viktig roll för att bestämma hur mycket elektrisk energi som kan passera genom det. Kiselkarbid har betydligt högre värmeledningsförmåga än kisel, vilket gör att den kan stå emot fler elektriska fält.

Strömförsörjningsenheter tillverkade av SiC kan förbättra kraftsystemets effektivitet genom att eliminera höga switchförluster och värmeutveckling, vilket leder till minskad enhetsstorlek. De erbjuder breda driftspänningsområden utan prestandaförlust vid förhöjda temperaturer.

SiC är ett idealiskt material som substrat för aktiva funktionella komponenter och krafthalvledare, samtidigt som dess enkla kristallstruktur gör det lämpligt för högpresterande halvledarmaterial med brett bandgap (WBG).

Låg värmeutvidgning

Kiselkarbid har nyligen fått genomslag inom elektronikindustrin som ett modernt alternativ till halvledare av kisel. Med sina överlägsna fysiska och elektroniska egenskaper har kiselkarbid etablerat sig som ett lovande val för att expandera krafthalvledarenheter till okända områden.

SiC är ursprungligen en elektrisk isolator, men genom dopning kan den omvandlas till en halvledare av n-typ genom att tillsätta kväve och fosfor eller aluminium, bor eller gallium; dopning möjliggör också kontrollerad manipulering av dess elektrotermiska egenskaper och kan förändra enhetens beteende inom många tillämpningar.

Kiselkarbidens kemiska sammansättning ger också exceptionell hållfasthet vid höga temperaturer, oxidationsbeständighet och motståndskraft mot termisk chock - egenskaper som gör den särskilt fördelaktig för högspänningshalvledare som arbetar under extrema temperaturer och effekttätheter.

Hög stabilitet

Halvledare av kiselkarbid kan fås att fungera antingen som ledare eller isolatorer beroende på hur de dopas; dopning med aluminium, bor eller gallium ger halvledare av P-typ, medan dopning med kväve och fosfor ger halvledare av N-typ.

SiC-substrat har högre strömtäthet än traditionella kiselsubstrat, vilket gör dem till energieffektiva lösningar för högeffektsapplikationer. Dessutom har SiC visat sig bibehålla stabila elektriska egenskaper även vid förhöjda temperaturer, vilket bidrar till att minimera energiförluster och möjliggöra effektiva kyllösningar.

ST:s högpresterande SiC är konstruerat för användning i tuffa miljöer och är ett viktigt material för att skydda strukturer från slitage och korrosion, med enastående slitstyrka och korrosionsskydd. Materialets motståndskraft mot kemiska reaktioner gör det dessutom idealiskt för kraftelektronikenheter som arbetar under dessa tuffa förhållanden. ST är banbrytande inom hållbar kraftelektronik genom denna innovation.

Hög tillförlitlighet

Halvledarkomponenter av kiselkarbid har större tolerans mot högre spänningar och temperaturer, vilket minskar värmeutvecklingen och skapar effektivare strömförsörjning. Detta möjliggör mindre system som drivs till lägre kostnader med ökad funktionalitet.

SiC har ett exceptionellt brett bandgap som gör att enheterna kan arbeta vid högre frekvenser, vilket gör dem mer energieffektiva och hjälper tillverkarna att sänka kostnaderna genom lägre effektförluster och snabbare omkopplingstider.

Wolfspeed har investerat miljarder för att möta nuvarande och framtida efterfrågan med en avancerad SiC-tillverkningsanläggning - som erbjuder 30 gånger högre produktionskapacitet än traditionella kiselkomponenter och möter den förväntade marknadstillväxten sömlöst.

Hög effektivitet

Kiselkarbid (SiC) är ett nytt halvledarmaterial med brett bandgap som skapar vågor i många branscher. SiC är en integrerad del av högpresterande teknik som kraftelektronik för elfordon och telekominfrastruktur samt många andra.

SiC-transistorer har högre switchfrekvenser, lägre driftstemperaturer och bättre strömkapacitet än motsvarande transistorer i kisel (Si); dessa fördelar bidrar till att minimera förluster och effektförbrukning för ökad effektivitet.

Energieffektiva SiC-lösningar spelar en viktig roll i utvecklingen av fordonsindustrin och gör det möjligt för fler människor att använda rena transporter och minska koldioxidavtrycket. SiC är också en viktig del av gröna energianläggningar som solcellsväxelriktare och nätanslutna lagringssystem eftersom det säkerställer tillförlitlig prestanda även i ogynnsamma miljöer eller utmanande applikationer.