Sammenhængende siliciumcarbid øger elbilers rækkevidde

Coherent har tiltrukket sig fire japanske konglomeraters interesse for en investering i sin siliciumcarbidforretning, som fremstiller chips, der udvider elbilers rækkevidde mere effektivt end dem, der fremstilles ved hjælp af traditionel halvleder-siliciumteknologi. På nuværende tidspunkt har Coherent en gæld på over $4,3 milliarder.

Kromdefekten i SiC er vært for elektronspins med lange kohærenstider, der kan muliggøre hybride solid-state qubits. Der findes kvantitative måleteknikker som Glow Discharge Mass Spectrometry og X-Ray Fluorescence Spectroscopy til faste prøver for at foretage målinger.

Hvad er siliciumcarbid?

Siliciumcarbid (eller siliciumnitrid) er en ekstremt hård, syntetisk krystallinsk forbindelse af silicium og kulstof, som blev udviklet i slutningen af det 19. århundrede og har været meget brugt siden. Anvendelserne omfatter slibemidler, slibeskiver, skæreværktøjer, slidstærke dele til pumper og raketmotorer samt halvledende substrater til lysemitterende dioder (LED). På grund af dets lave varmeudvidelse og overlegne mekaniske egenskaber er dette materiale desuden et fremragende spejlmateriale i astronomiske teleskoper.

Sammenhængende siliciumcarbid (almindeligvis kaldet CARBOREX) findes i forskellige kemier og størrelser for at imødekomme et omfattende udvalg af anvendelser og industrier. Almindelige anvendelser af CARBOREX kan omfatte, men er ikke begrænset til:

Det er relativt ligetil at fremstille siliciumcarbid: en elektrisk modstandsovn opvarmer en blanding af kvartssand og kulstof (f.eks. kul) til 2500 grader Celsius, før omrøring af kemiske reaktioner finder sted og producerer sort eller grøn siliciumcarbid med lag, der indeholder grafit på indersiden, alfa-SiC (med grov krystalstruktur), beta-SiC metallurgisk kvalitet og ureageret råmateriale på ydersiden, hvor alfa-SiC er den højeste kvalitet med grov krystalstruktur, beta-SiC (metallurgisk kvalitet), alfa-SiC (den højeste kvalitet med grov krystalstruktur), beta-SiC (metallurgisk kvalitet), alfa-SiC (den højeste kvalitet med grov krystalstruktur), beta-SiC (metallurgisk kvalitet), alfa-SiC kvalitet alfaSiC), beta-SiC (metallurgisk kvalitet), alfaSiC (alfaSiC), med grov krystalstruktur), alfaSiC bliver produceret udenfor, beta-SiC (metallurgisk kvalitet), alfaSiC (alfakvalitet med grov krystalstruktur), beta-SiC (metallurgisk kvalitet), alfaSiC (alfakvalitet med finere krystalstruktur), beta-SiC (metallurgisk kvalitet), alfaSiC, der produceres udenfor), alfa-SiC, der produceres, og ureageret råmateriale, der ureageret råmateriale, der produceres udenfor).

Washington Mills producerer færdige siliciumcarbidkvaliteter ved hjælp af knust og dimensioneret rå siliciumcarbid, der er blevet knust for at lave færdige korn- og pulverkvaliteter, der er egnede til forskellige anvendelser. Washington Mills leverer forskellige størrelser og kemier af CARBOREX siliciumcarbidpulver til en bred vifte af industrier i pulver- eller kornform, som derefter sælges til brug som slibemidler, belagte slibemidler, slibeskiver til ildfaste materialer, isolering af metallurgiske wiresave eller som støttemateriale til heterogene katalysatorer blandt andre.

Anvendelser

Effektelektronik er der, hvor siliciumcarbidchips (SiC) virkelig brillerer; disse kraftfulde transistorer kan modstå højere spændinger uden at opleve uforudsigelig ledningsadfærd eller katastrofale fejl, hvilket gør det muligt at overføre mere strøm gennem hver chip og fører til mindre, mere kompakte effektelektroniske systemer, der sparer energi, vægt og omkostninger, samtidig med at de sparer energi.

Teknologi, der anvendes i halvledermetrologi, kan forbedre målenøjagtigheden og -hastigheden ved at erstatte traditionelle bulkteknikker med mere følsomme teknikker, der giver højere målepræcision og -hastighed, såsom Glow Discharge Mass Spectrometry og X-Ray Fluorescence Spectroscopy på faste prøver; Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry og ICP-Mass Spectrometry på fordøjede eller udvaskede prøver; Laser Ablation-Induced Breakdown Spectroscopy/Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectrosography på tyndfilmprøver.

DENSO og Mitsubishi Electric har investeret betydeligt i Coherents SiC-forretning og indgået langsigtede leveringsaftaler på armslængdebasis om 150 mm og 200 mm substrater og epiwafere samt enheder og moduler fra Coherent. Khan har til hensigt, at hans virksomhed skal fungere som en handelsaktør, der samarbejder med virksomheder i alle faser af værdikæden, så han kan lære af kunderne og samtidig forbedre produktionsprocesserne lige fra ovne over epi-reaktorer og helt ned til selve slutprodukterne.

Produktion

Siliciumcarbid er et halvledermateriale, hvilket betyder, at dets elektriske ledningsevne varierer med temperatur eller tryk. På grund af det meget bredere båndgab sammenlignet med traditionelle siliciumhalvledere, der bruges i moderne elektronik, har siliciumcarbid kapacitet til at flytte elektrisk energi hurtigere (Wolfspeed).

Siliciumcarbids hårdhed, stivhed og varmeledningsevne gør det til det ideelle materiale til spejle i astronomiske teleskoper, der skal kunne modstå ekstremt høje temperaturer. Desuden gør dets lave varmeudvidelse det velegnet til ruminstrumenter, der kan opleve både ekstreme temperaturer og kolde miljøer.

Carborundum, en syntetisk form af siliciumcarbid, bruges i vid udstrækning som slibemateriale til slibning og polering af metaloverflader som f.eks. bilbremser, keramiske plader i skudsikre veste, glaslignende keramiske fliser, der bruges på nogle køretøjer og fly, og bilbremseklodser. Store enkeltkrystaller af siliciumcarbid kan endda slibes til ædelsten, der kaldes moissanit-ædelsten.

Coherent, en leverandør af lasere og kontakter til elektroniske kredsløb, har angiveligt modtaget interesse fra japanske konglomerater, der er interesserede i at investere i virksomhedens siliciumcarbidafdeling for op til $5 milliarder, ifølge kilder, der fortalte Reuters den 22. september. En sådan investering ville reducere Coherents finansielle belastning og samtidig gøre det muligt at øge produktionen af 8-tommers siliciumcarbidskiver, som er nødvendige i strømforsyninger, der øger elbilers rækkevidde mere end almindelige siliciumchips gør.

Prisfastsættelse

Siliciumcarbidchips' højere driftstemperaturer og -frekvenser bør hjælpe dem med at reducere strømforbruget over tid, hvilket vil gøre elbiler mere omkostningseffektive at producere og køre. Desuden kan SiC modstå højere spændinger og strømme end traditionelle halvledere.

De japanske bilproducenter Denso og Mitsubishi Electric investerede for nylig tilsammen $1 mia. i Coherent's siliciumcarbid-enhed og vurderede den til ca. $4 mia. ifølge kilder, der er bekendt med sagen. Det er en høj pris i betragtning af, at Coherent selv har en virksomhedsværdi på omkring $11 milliarder, og at siliciumcarbidforretningen kun udgør en encifret procentdel af det samlede salg.

Virksomheden udvider sin produktion af 8-tommers substrater til epitaksiale wafere og forventer, at denne større waferstørrelse kan understøtte applikationer, der kræver enheder med høj effekt/frekvens.

Efterspørgslen efter siliciumcarbid-teknologi fortsætter med at stige. Men mens Coherents omsætning steg med 56% år over år til $5,16 milliarder, efter at II-VI opkøbte og omdøbte den oprindelige Coherent med nyt navn og ticker, faldt omsætningen for netværksmaterialer og laserforretning sekventielt i hele regnskabsåret 2023.