Den amerikanska halvledarjätten Texas Instruments har meddelat att man kommer att uppgradera sin GaN-on-Si-process från 6-tums wafers till 8-tums wafers för att öka produktiviteten och sänka priserna i branschen.
Effekthalvledare av kiselkarbid (SiC) har betydande fördelar jämfört med Galliumnitrid-enheter när det gäller lägre switchförlust och högre effekttäthet, men tekniken medför flera unika designutmaningar som måste beaktas innan man väljer en sådan som sitt förstahandsval.
Tillämpningar
Kiselkarbid (SiC) leder till en dramatisk revolution inom kraftelektronik och system för ren energi. Tack vare sina överlägsna fysikaliska och elektriska egenskaper revolutionerar SiC redan EV-växelriktare, system för förnybar energi, motorstyrningsapplikationer och applikationer inom flyg och försvar.
SiC:s förmåga att klara höga temperaturer gör det lämpligt för användning i krafthalvledarapplikationer som kräver höga temperaturer, t.ex. högeffektiva DC/DC-omvandlare, växelriktare för elfordon och avbrottsfri strömförsörjning, samt SiC Schottky-dioder som används som switchkomponenter i buck-boost-omvandlare.
SiC är ett idealiskt keramiskt material när det gäller mekanisk, termisk och kemisk stabilitet och erbjuder enastående korrosions- och oxidationsbeständighet vid höga temperaturer samt är en effektiv elektrisk isolator.
Moderna lapidarier använder SiC som ett ekonomiskt och slitstarkt slipmedel på grund av dess hållbarhet och låga kostnad. Ren SiC är färglös; industriprodukter är ofta bruna till svarta på grund av järnföroreningar. Bearbetningsbar SiC kan dopas antingen av n-typ med kväve eller fosfor eller av p-typ med beryllium, bor eller aluminium för metallisk ledningsförmåga.
Prissänkningen på SiC-chip bör fortsätta när Texas Instruments slutför konverteringen av sina fabriker i Dallas och Aizu från 8-tums till 12-tums produktionslinjer, vilket ger mer kostnadseffektiva IGBT-transistorer (Insulated Gate Bipolar Transistors) och SiC MOSFET-lösningar för nätaggregat till AI-servrar som kräver högre effektivitet vid högre spänningar än traditionella servrar - vilket sänker kostnaderna ytterligare.
Fastigheter
Kiselkarbid (SiC) är en icke-oxidkeramik som används i applikationer som kräver överlägsna termiska och mekaniska egenskaper. SiC är känt för att vara hårt, värme- och slitstarkt med låg värmeutvidgning och goda kemiska korrosionsbeständighetsegenskaper; det finns också i verktyg som slipmedel och skärblad samt i eldfasta material och strukturkeramik.
På grund av sitt breda bandgap är GaN ett attraktivt halvledarmaterial som har potential att ersätta traditionellt kisel i elektroniska apparater. GaN kan arbeta vid högre frekvenser och spänningar än kisel samtidigt som det har överlägsen värmetolerans och stabilitet.
SiC har en sammankopplad, tätt packad kristallstruktur som består av två primära koordinationstetraeder som bildas av fyra kolatomer och fyra kiselatomer som är direkt bundna till varandra. SiC är olösligt i vatten och alkohol, men är resistent mot de flesta organiska och oorganiska syror, alkalier och salter.
SiC framställs genom upphettning av en blandning av kvarts SiO2 och kol i en motståndsugn, vilket ger kiselkarbidpulver som sedan komprimeras eller sintras till fasta keramiska korn som används som slipmedel, ståltillsatser och keramiska plattor för skottsäkra västar. Enstaka kristaller som odlats med Lely-metoden kan sedan skäras till syntetiska moissanitstenar för maskinell slipning i grönt eller kexformigt tillstånd före diamantslipning för att uppnå snäva toleranser efter sintring.
Tillverkning
Kiselkarbid (SiC) är en extremt hård kristallin förening som består av kisel och kol och som har en extremt hård Mohs-hårdhetsgrad på 9, vilket konkurrerar med diamantens, samt hög brottstyrka. SiC syntetiserades för första gången i slutet av 1800-talet och har sedan dess använts i stor utsträckning som slipmedel i sandpapper, slipskivor och skärverktyg; som värmebeständiga eldfasta material och keramer för värmebeständighet och låg värmeutvidgning; som halvledarsubstratmaterial i ljusemitterande dioder;
Edward Goodrich Acheson patenterade först 1891 den metod som används för att tillverka kiselkarbid idag. Processen innebär att kiseldioxid och pulveriserad koks blandas innan de värms upp till höga temperaturer i en elektrisk ugn för att orsaka kemiska reaktioner som bildar karborundumkristaller som sedan kan separeras i korn och pulver för separation och frakt.
Sintring förvandlar korn och pulver till kiselkarbiddelar med specifika toleranser som sedan bearbetas eller slipas för att forma dem ytterligare. När de sintrade kiselkarbiddelarna är färdigbearbetade eller slipade genomgår de stränga kvalitetssäkringstester, inklusive dimensionskontroller och bedömningar av mekaniska egenskaper samt verifieringstester av mekaniska egenskaper, för att garantera kvalitetsprodukter.
Dessa material är idealiska för korrosionsbeständiga behållare och rörledningar som används inom petrokemi, energi och pappersproduktion samt mekaniska tätningskomponenter i pumpar och drivsystem, tillsammans med mer krävande applikationer som 3D-printing, ballistik eller papperstillverkning.
Säkerhet
Titankiselkarbid (Ti3SiC2) utmärker sig bland fasta smörjmedel tack vare sin förmåga att motstå höga temperaturer och mekaniska påfrestningar, vilket gör den lämplig för flyg- och rymdtillämpningar som måste klara tuffa miljöer som strålningsresistens, värmeledningsförmåga, plasticitet eller strålningsresistens. Ti3SiC2 utmärker sig också för sin låga friktion och sina självsmörjande egenskaper, vilket gör det till ett bra alternativ till smörjmedel som grafit eller molydendisulfid. Dessutom utmärker sig Ti3SiC2 genom strålningsbeständighet, värmeledningsförmåga och plasticitet jämfört med fasta smörjmedel som molydendisulfid eller grafit fasta smörjmedel som grafit eller molydendisulfid samt strålningsbeständighet, strålningsbeständighet, hög värmeledningsförmåga och plasticitetsegenskaper.
Forskning har visat att tillsats av MXene-faser till en Ti3SiC2- eller SiC-Ti3C2Tx-matris förbättrar brottsegheten - en av matrisens främsta svagheter - på grund av deras förmåga att absorbera mer energi än sina kristallina motsvarigheter.
Experiment med högenergetiska joner har också visat att MXene-fasen motstår skador mer effektivt än monokarbidfasetter, vilket förklarar deras större skadetolerans i Ti3SiC2- och SiC-Ti3C2Tx-kompositer.
TI har utvecklat en isolerad gate-driver för EV/HEV-omriktare som uppfyller kraven på funktionell säkerhet och gör det möjligt för ingenjörer att förlänga räckvidden med upp till sju mil per batteriladdning. UCC5870-Q1 stöder realtidsvariabel gate-drivstyrka samt SPI (Serial Peripheral Interface), effekttransistorskydd som shuntmotståndsbaserat överströmsskydd, temperatursensordetektering samt DESAT (Detectable Electrical Short Circuit), mjuk avstängning respektive avstängning i två nivåer under felförhållanden.
Swedish 
English