I takt med att de globala energibehoven fortsätter att öka kraftigt har onsemi, leverantör av intelligent kraft- och sensorteknik, satt upp ett intäktsmål på $1 miljard för räkenskapsåret 2023-24. De har också aggressivt ökat sin närvaro på den snabbt växande marknaden för SiC-enheter för kraftförsörjning.
Kiselkarbid fungerar i sitt rena tillstånd som en isolator. Men genom dopning med föroreningar som aluminium, bor och gallium kan materialet omvandlas till en halvledare.
Egenskaper
Kiselkarbid (SiC) är en halvledare med expansivt bandgap. Tack vare sin förmåga att snabbt flytta elektroner till ledningsbandet utan risk för termisk rusning är SiC ett utmärkt material för högspänningsapplikationer.
Förutom överlägsna termiska egenskaper och en låg termisk expansionskoefficient erbjuder aluminium överlägsna termiska dispersionsegenskaper som minskar effektförlusterna samtidigt som effektiviteten ökar. Dess mycket högre genombrottsspänning gör det dessutom särskilt motståndskraftigt mot höga temperaturer och snabba växlingshastigheter.
SiC har snabbt blivit populärt bland användare av kraftelektronik tack vare sina många fördelar och har snabbt ersatt kiselkomponenter i applikationer som kräver hög blockeringsspänning, lägre specifik on-resistans och snabbare växlingshastigheter.
SiC är ett idealiskt materialval för kraftapplikationer som arbetar i tuffa miljöer. BepiColombo (Europas första rymdsond till Merkurius) har använt blockerande SiC-dioder som konstruerats av Alter Technology - en expert på kiselkarbidteknik - som är byggda för att klara temperatur- och strålningsfluktuationer i rymdmiljöer, till exempel blockerande dioder i detta uppdrag använder blockerande SiC-dioder som har optimerats av Alter.
Tillämpningar
Kiselkarbid har flera unika egenskaper som gör den idealisk för applikationer inom kraftelektronik. Den höga elektriska fältstyrkan gör att komponenterna klarar högre spänningar än motsvarande kiselkomponenter, medan det låga kopplingsmotståndet gör att styrkretsarna blir mindre och energiförlusterna under drift minskar.
Halvledare av kiselkarbid tillverkades för första gången för användning som lysdioder (LED) i mitten av 1900-talet. Kiselkarbid finns naturligt som moissanit, men kan också framställas syntetiskt för att tillgodose industriella behov. Tack vare sin enastående värmeledningsförmåga och låga värmeutvidgning kan kiselkarbid motstå temperaturer upp till 1600 grader Celsius utan hållfasthetsförlust - samtidigt som den är immun mot syror eller lut.
Porös kiselkarbid modifierad med metall- eller oxidnanopartiklar har visat enastående katalytisk förmåga för direkt oxidation av butan till maleinsyraanhydrid, isomerisering av linjära mättade kolväten, hydrogenering av butadien, neutralisering av avgaser från bilar, koldioxidreformering av metan och många andra industriella reaktioner. Dessutom är detta material en utmärkt kandidat som en ny, stabil och högeffektiv fotokatalysator som inte kräver några samkatalysatorer.
EliteSiC erbjuder kraftapplikationer för högspänning med sitt omfattande sortiment av lösningar med nakna komponenter, moduler med gelkapslade höljen och transfergjutna moduler med SiC MOSFETs för kraftapplikationer för högspänning. Vår vertikalt integrerade leveranskedja ger oss ett försprång genom att vi kan erbjuda högre prestanda till lägre kostnader än traditionella tillverkare av kraftmoduler.
Förpackning
Halvledare av kiselkarbid (SiC) tål stora variationer i spänning och temperatur, vilket gör dem till ett utmärkt val för laddare till elfordon, solcellsväxelriktare och energilagringssystem. Deras imponerande prestanda och effektivitet har väckt intresse hos tillverkarna, men priset har hindrat en bred användning jämfört med kiselbaserade chip. Den senaste tidens förbättringar inom tillverkningen har dock gjort att priserna närmat sig priserna för konventionella kiselchip, vilket har fått fler leverantörer att ge sig in på marknaden och investera i SiC-fabriker.
SiC-strömförsörjningsenheter utgör en av de största utmaningarna för effektiv värmehantering på grund av deras förmåga att producera stora mängder värme under drift, vilket kräver effektiva värmehanteringsstrategier för att undvika försämring eller tidiga fel på enheterna. Traditionella förpackningsmaterial och processer ger inte alltid den nödvändiga värmeöverföringen, så innovativa lösningar har föreslagits som en utväg.
Sintrade silverinterkonnektorer kan bidra till att minska påfrestningarna på kapslingen genom att skapa starka och ledande anslutningar mellan enheterna i kapslingen och deras övriga delar. Sintring sker vid höga temperaturer för att skapa starka anslutningar som minimerar parasiteffekter samtidigt som de tillåter högre switchfrekvenser och eliminerar parallellkraven i traditionella konstruktioner - allt detta ökar i slutändan enhetens effektivitet samtidigt som den totala systemkostnaden minskar.
Prissättning
Krafthalvledare av kiselkarbid har snabbt blivit populära inom fordonsindustrin tack vare sin överlägsna energieffektivitet och effekttäthet, låga kopplingsförlust och förmåga att arbeta vid högre temperaturer än konventionella kiselkomponenter. För att dra nytta av denna efterfrågan har ledande halvledarföretag som STMicroelectronics NV tecknat ett flerårigt leveransavtal med SiCrystal om att leverera kiselkarbidwafers som ska användas för tillverkning av krafthalvledare.
Kiselkarbidteknikens ökande användning i applikationer som elfordon, industriella motordrifter, UPS-system och belysningskontroller bör stimulera marknadsexpansionen. Kiselkarbidens förmåga att minska förlusterna i kraftsystemet med 50% har lett till att den används i många applikationer.
Dessutom drivs marknaden för 4 tum semiisolerande kiselkarbidskivor av en ökande efterfrågan från industrier, inklusive produktion av järnmetaller och icke-järnmetaller, produktion av eldfasta material, kraftelektronik, batterier för elfordon, teknik för minskning av växthusgasutsläpp, liksom dess roll som ett alternativ till traditionella krafthalvledare.
Swedish 
English