Kohärentes Siliziumkarbid erhöht die Reichweite von Elektrofahrzeugen

Coherent hat das Interesse von vier japanischen Konzernen für eine Investition in sein Siliziumkarbid-Geschäft geweckt, das Chips herstellt, die die Reichweite von Elektrofahrzeugen effektiver erhöhen als Chips, die mit der herkömmlichen Halbleiter-Silizium-Technologie hergestellt werden. Derzeit ist Coherent mit über $4,3 Mrd. verschuldet.

Der Chromdefekt in SiC beherbergt Elektronenspins mit langen Kohärenzzeiten, die hybride Festkörper-Qubits ermöglichen könnten. Es gibt quantitative Messverfahren wie die Glimmentladungs-Massenspektrometrie und die Röntgenfluoreszenzspektroskopie für feste Proben, um Messungen durchzuführen.

Was ist Siliziumkarbid?

Siliciumcarbid (oder Siliciumnitrid) ist eine extrem harte, synthetische, kristalline Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff, die erstmals im späten 19. Zu den Anwendungen gehören Schleifmittel, Schleifscheiben, Schneidwerkzeuge, verschleißfeste Teile von Pumpen und Raketentriebwerken sowie halbleitende Substrate für Leuchtdioden (LED). Aufgrund seiner geringen Wärmeausdehnung und seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften eignet sich dieses Material außerdem hervorragend als Spiegelmaterial für astronomische Teleskope.

Kohärentes Siliziumkarbid (allgemein als CARBOREX bezeichnet) ist in verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und Größen erhältlich, um einer Vielzahl von Anwendungen und Branchen gerecht zu werden. Übliche Anwendungen für CARBOREX sind unter anderem:

Die Herstellung von Siliciumcarbid ist relativ einfach: In einem elektrischen Widerstandsofen wird ein Gemisch aus Quarzsand und Kohlenstoff (z. B. Kohle) auf 2500 Grad Celsius erhitzt, bevor unter Rühren chemische Reaktionen ablaufen und schwarzes oder grünes Siliciumcarbid mit graphithaltigen Schichten auf der Innenseite, alpha-SiC (mit grober Kristallstruktur), beta-SiC (metallurgische Qualität) und nicht reagiertem Rohmaterial auf der Außenseite entstehen, wobei alpha-SiC die höchste Qualität mit grober Kristallstruktur, beta-SiC (metallurgische Qualität), alpha-SiC (die höchste Qualität mit grober Kristallstruktur), beta-SiC (metallurgische Qualität) ist, alpha-SiC (die höchste Qualität mit grober Kristallstruktur), beta-SiC (metallurgische Qualität), alpha-SiC (alphaSiC), beta-SiC (metallurgische Qualität), alphaSiC (alphaSiC), mit grober Kristallstruktur), alphaSiC, das außerhalb hergestellt wird, beta-SiC (metallurgische Qualität), alphaSiC (alpha-Sorte mit grober Kristallstruktur), beta-SiC (metallurgische Qualität), alphaSiC (alpha-Sorte mit feinerer Kristallstruktur), beta-SiC (metallurgische Qualität), alphaSiC, das im Freien hergestellt wird), alpha-SiC, das im Freien hergestellt wird, und unreagiertes Rohmaterial, das im Freien hergestellt wird).

Washington Mills stellt fertige Siliciumcarbidsorten her, indem es zerkleinertes und kalibriertes Rohsiliciumcarbid verwendet, das zu fertigen Körnern und Pulvern verarbeitet wird, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Washington Mills liefert CARBOREX-Siliciumcarbidpulver in verschiedenen Größen und chemischer Zusammensetzung in Pulver- oder Kornform an eine Vielzahl von Industriezweigen, die es dann unter anderem als Schleifmittel, beschichtete Schleifmittel, feuerfeste Schleifscheiben, Isoliermaterial für metallurgische Drahtsägeanwendungen oder als Trägermaterial für heterogene Katalysatoren verkaufen.

Anwendungen

Leistungselektronik ist der Bereich, in dem Siliziumkarbid (SiC)-Chips wirklich glänzen; diese leistungsstarken Transistoren können höheren Spannungen standhalten, ohne dass es zu unvorhersehbarem Leitungsverhalten oder katastrophalen Ausfällen kommt, wodurch mehr Leistung durch jeden Chip übertragen werden kann und kleinere, kompaktere leistungselektronische Systeme entstehen, die Energie, Gewicht und Kosten sparen und gleichzeitig Energie sparen.

Die in der Halbleitermetrologie eingesetzte Technologie kann die Messgenauigkeit und -geschwindigkeit verbessern, indem sie herkömmliche Bulk-Verfahren durch empfindlichere Verfahren ersetzt, die eine höhere Messgenauigkeit und -geschwindigkeit bieten, z. B. Glimmentladungs-Massenspektrometrie und Röntgenfluoreszenzspektroskopie an festen Proben; induktiv gekoppelte Plasma-Optik-Emissionsspektrometrie und ICP-Massenspektrometrie an aufgeschlossenen oder ausgelaugten Proben; Laserablation-induzierte Durchbruchsspektroskopie/Scanning-Elektronenmikroskopie-Energiedispersionsspektroskopie an Dünnschichtproben.

DENSO und Mitsubishi Electric haben in erheblichem Umfang in das SiC-Geschäft von Coherent investiert und langfristige Liefervereinbarungen für 150-mm- und 200-mm-Substrate und Epiwafers sowie für Bauelemente und Module von Coherent geschlossen. Khan beabsichtigt, dass sein Unternehmen als "Merchant Player" auftritt und mit Unternehmen in allen Phasen der Wertschöpfungskette zusammenarbeitet, um von den Kunden zu lernen und gleichzeitig die Produktionsprozesse von den Öfen über die Epi-Reaktoren bis hin zu den Endprodukten selbst zu verbessern.

Herstellung

Siliziumkarbid ist ein Halbleitermaterial, d. h. seine elektrische Leitfähigkeit ändert sich mit der Temperatur oder dem Druck. Aufgrund seiner viel breiteren Bandlücke im Vergleich zu den herkömmlichen Siliziumhalbleitern, die in der modernen Elektronik verwendet werden, kann Siliziumkarbid elektrische Energie schneller übertragen (Wolfspeed).

Die Härte, Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid machen es zum idealen Material für Spiegel in astronomischen Teleskopen, die extrem hohen Temperaturen standhalten müssen. Darüber hinaus eignet sich Siliziumkarbid aufgrund seiner geringen Wärmeausdehnung für Weltrauminstrumente, die sowohl extremen Temperaturen als auch kalten Umgebungen ausgesetzt sein können.

Carborundum, eine synthetische Form von Siliciumcarbid, wird häufig als Schleifmittel zum Schleifen und Polieren von Metalloberflächen verwendet, z. B. für Autobremsen, Keramikplatten in kugelsicheren Westen, glasähnliche Keramikfliesen, die in einigen Fahrzeugen und Flugzeugen verwendet werden, und Autobremsbeläge. Große Einkristalle aus Siliciumcarbid können sogar zu Edelsteinen geschliffen werden, die als Moissanit-Edelsteine bekannt sind.

Coherent, ein Anbieter von Lasern und Schaltern für elektronische Schaltkreise, hat Berichten zufolge Interesse von japanischen Konzernen erhalten, die in seine Siliziumkarbid-Sparte bis zu $5 Milliarden investieren wollen, so Quellen, die Reuters am 22. September berichteten. Eine solche Investition würde die finanzielle Belastung von Coherent verringern und es dem Unternehmen gleichzeitig ermöglichen, die Produktion seiner 8-Zoll-Siliziumkarbid-Wafer zu erhöhen, die in Stromversorgungsgeräten benötigt werden, die die Reichweite von Elektrofahrzeugen stärker erhöhen als normale Siliziumchips.

Preisgestaltung

Die höheren Betriebstemperaturen und -frequenzen von Siliziumkarbid-Chips dürften dazu beitragen, den Stromverbrauch im Laufe der Zeit zu senken, was die Herstellung und den Betrieb von Elektrofahrzeugen (EVs) kostengünstiger machen würde. Außerdem kann SiC höheren Spannungen und Strömen standhalten als herkömmliche Halbleiter.

Die japanischen Automobilhersteller Denso und Mitsubishi Electric investierten kürzlich zusammen $1 Mrd. in die Siliziumkarbid-Sparte von Coherent und bewerteten sie damit mit etwa $4 Mrd., wie mit der Angelegenheit vertraute Quellen berichten. Das ist eine Prämie, wenn man bedenkt, dass Coherent selbst einen Unternehmenswert von etwa $11 Mrd. hat und sein Siliziumkarbidgeschäft nur einen einstelligen Prozentsatz des Gesamtumsatzes ausmacht.

Das Unternehmen erweitert seine Produktion von 8-Zoll-Substraten für Epitaxie-Wafer und geht davon aus, dass diese größere Wafergröße Anwendungen unterstützen kann, die Hochleistungs-/Frequenzgeräte erfordern.

Die Nachfrage nach der Siliziumkarbidtechnologie steigt weiter an. Doch während der Umsatz von Coherent im Jahresvergleich um 56% auf $5,16 Mrd. in die Höhe schoss, nachdem II-VI das ursprüngliche Unternehmen Coherent übernommen und in einen neuen Namen und ein neues Tickersymbol umbenannt hatte, gingen die Umsätze im Bereich Netzwerkmaterialien und Laser im Geschäftsjahr 2023 nacheinander zurück.