Полупроводник от силициев карбид

Силициевокарбидните полупроводници се наложиха в силовата електроника. Благодарение на изключителните си физически и електронни свойства, които им позволяват да издържат на по-високи напрежения и температури от силициевите устройства, полупроводниците от силициев карбид бързо заместват традиционните силициеви устройства като основен заместител.

Allegro Microsystems създава иновативни решения, които допринасят за по-сигурно и устойчиво бъдеще на човечеството. Техните продукти включват сензорни и захранващи решения за приложения за управление на двигатели.

Електронни устройства с висока мощност

Полупроводниковите устройства от силициев карбид бързо се превърнаха в предпочитан избор за мощни електронни системи. Техните предимства за проектантите и производителите на системи са многобройни, като например по-високо пробивно напрежение, намалено термично съпротивление и по-високи скорости на превключване; което води до по-малки форм-фактори с повишена енергийна ефективност - ключови елементи в приложенията на силовата електроника. Освен това използването на SiC устройства може да намали значително теглото на системата, като същевременно се елиминират системите за охлаждане, които заемат място и разходите за консумация на енергия са значително по-малки от техните алтернативи.

Силициевият карбид (SiC), съставен от силициеви и въглеродни атоми, подредени хексагонално, е изключително здраво химично съединение с хексагонална структура, което може да издържа на по-високи електрически полета от самия силиций - в действителност той може да издържи до 10 пъти повече електричество, преди да се разруши, благодарение на по-широката си лентова междина, която позволява на електроните да се движат по-свободно от валентната към проводящата лента.

Полупроводниците от силициев карбид се отличават с широка лента на пропускане, която им позволява да превключват десет пъти по-бързо от традиционните силициеви транзистори, което позволява по-малки схеми за управление и намаляване на загубите на енергия по време на работа на устройството. По-ниското им съпротивление при включване позволява работа при по-високи температури, като същевременно подобрява надеждността и енергийната ефективност - предимства, които стимулират растежа на пазарите на силициевокарбидни полупроводници в световен мащаб.

Енергийна ефективност

Полупроводниковите прибори от силициев карбид стават все по-енергийно ефективни, което им позволява да работят при по-високи скорости с намалено производство на топлина, като по този начин намаляват общата стойност на материалите (BOM). Това позволява на центровете за данни да пестят пари, като същевременно намаляват потреблението на енергия; това води до драматичен скок в търсенето на SiC устройства.

Силициевият карбид се отличава с широк температурен диапазон, ниски загуби при превключване и индиректна лентова междина - качества, които го правят идеален материал за високоскоростни електронни превключватели. Освен това издръжливостта на силициевия карбид му позволява да издържа на повишени напрежения и токове, без да се поддава на износване. Освен това компактният му характер го прави подходящ за приложения в силовата електроника, като инвертори за електрически превозни средства (EV).

Тези предимства дават възможност IGBT, използвани в електрическите превозни средства (EV), да бъдат заменени с по-малки, по-енергийно ефективни устройства, способни да работят при по-високи работни температури - революция в шофирането и същевременно намаляване на емисиите на CO2. Тази революционна технология променя начина, по който управляваме електрически автомобили, и намалява емисиите.

Лабораториите на EAG имат богат опит в анализа на полупроводници от силициев карбид, като използват както обемни, така и пространствено разрешени аналитични техники за анализ на качеството им, което включва анализ на концентрацията и пространственото разпределение на допанти като азот, фосфор, алуминий, галий и берилий, за да гарантират, че нашите клиенти получават само продукти от най-висок клас, съдържащи минимално количество замърсители, които могат да компрометират надеждността на устройството или целостта на повърхността.

Устойчивост на високи температури

Силициевият карбид (SiC) е силно и стабилно химично съединение, съставено от силиций и въглерод. С хексагонална атомна структура и полупроводникови свойства с широк диапазон на пропускане, SiC предлага силна химическа стабилност при високи температури. Поради тази широка лентова междина е необходима повече енергия за преминаване на електроните от валентните ленти в лентите на проводимост; поради това SiC е идеален за създаване на устройства, работещи при високи температури.

Поради повишеното търсене на електронни устройства с голям капацитет, особено в електрическите превозни средства и системите за възобновяема енергия, пазарът на полупроводници от силициев карбид достигна безпрецедентни висоти. Благодарение на уникалните си термични и електрически характеристики SiC е отличен избор за приложения за управление на захранването.

Силициевият карбид се отличава сред конкурентите си с устойчивостта си на високи температури. Докато конвенционалните силициеви интегрални схеми се разрушават около 550 градуса по Целзий, изследователи от университета Case Western Reserve успешно са тествали логически чипове от SiC при тази температура. Техният успех може да проправи пътя за бъдещи електронни устройства, предназначени за работа в тежки условия, като например реактивни двигатели или дълбоки петролни кладенци; дори за космически мисии на горещи планети като Венера.

Една от отличителните черти на полупроводниците е способността им да управляват големи количества електроенергия при много високи скорости, което е от решаващо значение за много приложения, особено за радиочестотно предаване. Радиочестотната комуникация изисква използването на много висока мощност за пренос на данни, което води до значително повишаване на температурата. Широката разделителна ивица на силициевия карбид му позволява да издържа на почти 10 пъти по-високи електрически полета в сравнение с традиционния силиций.

Ниско съпротивление при включване

Силициевият карбид е усъвършенстван енергиен полупроводников материал със значителни предимства в сравнение с устройствата на силициева основа, включително подобрена ефективност на преобразуване на енергията, по-високи работни температури и толерантност към напрежения, намалени загуби и по-висока устойчивост на температури/напрежения - качества, които го правят подходящ за замяна в приложения като зарядни станции за електрически превозни средства, слънчеви/ветрови енергийни системи, центрове за данни, промишлени задвижвания и др.

Силициевият карбид в чистата си форма действа като електрически изолатор; въпреки това чрез добавяне на контролирани примеси, известни като допанти, той може да бъде променен така, че да се държи като полупроводник от p-тип или n-тип. Допанти като алуминий, бор, галий и азот позволяват при определени условия той да провежда електричество по-лесно - въпреки че за да се гарантира наличието на подходящи концентрации на допанти, лабораторията трябва да проведе обширни тестове.

Силициевият карбид има няколко предимства пред силиция, включително значително по-високото напрежение на пробив - до 10 пъти по-високо от това на силиция - което позволява на конструкторите да създават по-малки устройства с по-ниска загуба на мощност и по-бързи скорости на превключване, което води до по-бързи схеми за управление с по-малки загуби. Освен това скоростите на превключване са приблизително 10 пъти по-големи.

Предимствата на силициевия карбид водят до използването му в множество приложения за управление на захранването - от инвертори в зарядни устройства за електрически превозни средства и двигатели, захранвани от батерии, до преобразуватели на батерии, използвани за подобряване на енергийната ефективност в редица приложения. Тъй като в световен мащаб се използва все повече електрическа енергия, преобразувателите на енергия от силициев карбид ще играят все по-съществена роля за осигуряване на по-голяма ефективност в много области на употреба.