El carburo de silicio (SiC) es un compuesto sint\u00e9tico de silicio y carbono de excepcional dureza que se utiliza para fabricar papel de lija, muelas abrasivas y herramientas de corte, as\u00ed como revestimientos para hornos industriales, como material refractario o elementos calefactores.<\/p>\n
El SiC puede transformarse en semiconductor a\u00f1adiendo diversas impurezas que permiten el paso de la electricidad a trav\u00e9s de \u00e9l, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren tanto altas temperaturas como niveles de potencia. Esta propiedad hace del SiC un material prometedor.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) de alta temperatura es un material ideal para crear componentes electr\u00f3nicos flexibles dise\u00f1ados para resistir entornos duros y t\u00f3xicos, gracias a sus propiedades f\u00edsicas superiores a las de las plataformas r\u00edgidas, como la elasticidad y la capacidad de flexi\u00f3n. Adem\u00e1s, el SiC ofrece una excelente resistencia a la oxidaci\u00f3n, as\u00ed como un alto punto de fusi\u00f3n que lo hace adecuado para intercambiadores de calor compactos de alta temperatura. En esta tesis describimos un m\u00e9todo para fabricar sensores flexibles basados en SiC sobre sustratos de poliimida adecuados para entornos hostiles.<\/p>\n
El SiC ha demostrado ser un semiconductor de banda prohibida ancha muy prometedor, ya que ofrece tensiones de ruptura superiores a las de sus hom\u00f3logos de silicio y, al mismo tiempo, una resistencia y unas temperaturas de funcionamiento m\u00e1s bajas. Su amplio bandgap le permite funcionar a temperaturas m\u00e1s elevadas.<\/p>\n
La excelente conductividad t\u00e9rmica del carburo de silicio lo convierte en una opci\u00f3n excelente para aplicaciones en las que los dispositivos deben soportar temperaturas extremas y calentamientos repetidos, como los veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE). Esta tecnolog\u00eda permite tiempos de carga r\u00e1pidos al tiempo que minimiza el n\u00famero de componentes y la p\u00e9rdida global del sistema; adem\u00e1s, acelera los tiempos de carga de la bater\u00eda desde capacidad cero hasta plena capacidad, lo que es vital para su adopci\u00f3n e implantaci\u00f3n.<\/p>\n
Los recientes avances en circuitos integrados y convertidores de potencia basados en SiC han permitido alcanzar temperaturas de funcionamiento m\u00e1s elevadas; sin embargo, a\u00fan es necesario superar varios retos t\u00e9cnicos para lograr nuevos avances, como el accionamiento de la puerta, la medici\u00f3n de la corriente, la correspondencia de par\u00e1metros entre dispositivos, la tecnolog\u00eda de envasado para adaptarse a condiciones de alta temperatura de funcionamiento, el envasado adaptado a altas temperaturas, etc. Para superar estos obst\u00e1culos, los investigadores est\u00e1n desarrollando materiales y tecnolog\u00edas adecuados para entornos de altas temperaturas, como la sinterizaci\u00f3n, la uni\u00f3n por reacci\u00f3n y el crecimiento de cristales, as\u00ed como la producci\u00f3n por CVD de SiC en forma masiva para la fabricaci\u00f3n a escala de oblea.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de carburo de silicio est\u00e1n revolucionando nuestra concepci\u00f3n de la electricidad. En comparaci\u00f3n con sus predecesores de silicio (Si), esta nueva tecnolog\u00eda de SiC ofrece temperaturas de funcionamiento m\u00e1s elevadas, menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n, mayores capacidades de corriente y tensi\u00f3n, as\u00ed como un menor tama\u00f1o\/peso de los componentes, lo que se traduce en una reducci\u00f3n dr\u00e1stica de los costes del sistema.<\/p>\n
El SiC es un material excepcional con propiedades \u00fanicas que lo convierten en el sucesor ideal del silicio para aplicaciones de alta tensi\u00f3n y corriente. Compuesto de silicio (Si) y carbono (C), el SiC presenta una intensidad de campo el\u00e9ctrico de ruptura 10 veces superior y una separaci\u00f3n de banda 3 veces mayor que el silicio convencional, lo que lo hace adecuado para dopar impurezas tanto de tipo p como de tipo n, haciendo posible una serie de tecnolog\u00edas de dispositivos de potencia como diodos Schottky y MOSFET en paquetes discretos o modulares.<\/p>\n
En una torre de telefon\u00eda m\u00f3vil, la alta tensi\u00f3n de ruptura del SiC alimenta los amplificadores de RF utilizados para transmitir se\u00f1ales inal\u00e1mbricas entre las estaciones base de telefon\u00eda m\u00f3vil y los transceptores de base. Adem\u00e1s, esta tecnolog\u00eda se est\u00e1 implantando en los sistemas de alimentaci\u00f3n de veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE), donde ha demostrado ser beneficiosa gracias a distancias de conducci\u00f3n m\u00e1s largas, as\u00ed como a una mayor conservaci\u00f3n de la energ\u00eda mediante sistemas de gesti\u00f3n de bater\u00edas e inversores con mayores funciones de conservaci\u00f3n de la energ\u00eda.<\/p>\n
Los IDM y FET de carburo de silicio presentan una menor resistencia al encendido que los IGBT de silicio, a la vez que ofrecen 300 veces m\u00e1s tensi\u00f3n soportada y un funcionamiento m\u00e1s r\u00e1pido, lo que permite frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas con menores costes de refrigeraci\u00f3n, as\u00ed como componentes pasivos m\u00e1s peque\u00f1os y un magnetismo m\u00e1s sencillo. Adem\u00e1s, la conductividad t\u00e9rmica superior del carburo de silicio permite que los convertidores de potencia sean m\u00e1s compactos y puedan montarse en disipadores de calor m\u00e1s peque\u00f1os para reducir a\u00fan m\u00e1s el tama\u00f1o, el peso y los costes del sistema.<\/p>\n
Los semiconductores de carburo de silicio (SiC) ofrecen ventajas significativas sobre las tecnolog\u00edas de silicio est\u00e1ndar en aplicaciones de conversi\u00f3n de energ\u00eda, especialmente en lo que respecta a campos el\u00e9ctricos y temperaturas. El SiC puede soportar campos el\u00e9ctricos m\u00e1s intensos a temperaturas m\u00e1s bajas, lo que se traduce en un mayor rendimiento a un coste menor en t\u00e9rminos de espacio f\u00edsico ocupado o costes pagados; esta ventaja hace que estos semiconductores sean especialmente adecuados para infraestructuras clave como las de carga de veh\u00edculos el\u00e9ctricos.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de SiC tienen la capacidad de soportar un campo el\u00e9ctrico cr\u00edtico 10 veces mayor que los de silicio, lo que los convierte en una soluci\u00f3n excelente para aplicaciones de potencia de alto voltaje. Adem\u00e1s, sus p\u00e9rdidas de conducci\u00f3n son mucho menores, lo que permite frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas y una mayor eficiencia.<\/p>\n
Estas caracter\u00edsticas hacen que estos componentes sean perfectos para aplicaciones del sector energ\u00e9tico, como convertidores de potencia y controles de motores. Su construcci\u00f3n ligera pero eficiente permite a los dise\u00f1adores reducir el peso y el tama\u00f1o de componentes como imanes e inductores para reducir el coste de dise\u00f1o sin dejar de cumplir las especificaciones de nivel de tensi\u00f3n.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de SiC presentan la ventaja de su mayor tensi\u00f3n de ruptura, lo que les permite soportar tensiones m\u00e1s altas que los dispositivos de silicio est\u00e1ndar y ser adecuados para sistemas alimentados por bater\u00edas en los que los interruptores de potencia deben gestionar eficazmente grandes corrientes y temperaturas.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de Si convencionales presentan una resistencia extremadamente alta en la capa n cuando la tensi\u00f3n de ruptura supera los 600-800 V, por lo que, para superar este l\u00edmite, la inyecci\u00f3n minoritaria de portadoras desde la regi\u00f3n p puede ayudar a reducir esta resistencia creando uniones pn abruptas; esta forma de dispositivo se conoce como transistor bipolar.<\/p>\n
Mitsubishi Electric ha presentado recientemente una serie de IGBT de carburo de silicio (SiC) de alta tensi\u00f3n dise\u00f1ados espec\u00edficamente para aplicaciones industriales. Estos nuevos dispositivos pueden sustituir a los dispositivos de silicio est\u00e1ndar en los sistemas de conversi\u00f3n de potencia para conseguir un importante ahorro energ\u00e9tico al tiempo que mejoran la fiabilidad en las redes de transmisi\u00f3n de CC de alta tensi\u00f3n.<\/p>\n
Los semiconductores de potencia de carburo de silicio (SiC) de alta frecuencia permiten que los convertidores de potencia funcionen de forma m\u00e1s r\u00e1pida, eficiente y fiable, factores tecnol\u00f3gicos clave en muchas aplicaciones transformadoras como las estaciones de carga de veh\u00edculos el\u00e9ctricos, la alimentaci\u00f3n de centros de datos y las fuentes de alimentaci\u00f3n de servidores. Adem\u00e1s, sus propiedades t\u00e9rmicas superiores hacen del SiC una opci\u00f3n excelente para su uso en entornos de altas temperaturas.<\/p>\n
El SiC es \u00fanico entre los semiconductores porque su brecha energ\u00e9tica es tres veces mayor que la del silicio, lo que le permite soportar temperaturas, tensiones y frecuencias mucho m\u00e1s altas sin degradarse con el tiempo. Esto permite a los dise\u00f1adores reducir el tama\u00f1o de las placas y eliminar por completo los costosos componentes magn\u00e9ticos.<\/p>\n
Los semiconductores de banda ancha (WBG) de alta velocidad plantean retos \u00fanicos en lo que respecta a las velocidades de conmutaci\u00f3n; su r\u00e1pida conmutaci\u00f3n puede dar lugar a picos de tensi\u00f3n, ruido e incumplimiento de la normativa sobre interferencias electromagn\u00e9ticas (EMI). Para minimizar estos problemas, los ingenieros deben dise\u00f1ar y probar sus sistemas utilizando herramientas y metodolog\u00edas de medici\u00f3n de precisi\u00f3n e incorporar las mejores pr\u00e1cticas que minimicen los riesgos de que estos problemas afloren durante el desarrollo de prototipos, la cualificaci\u00f3n de productos o, peor a\u00fan, sobre el terreno.<\/p>\n
Recientemente, las importantes reducciones en el \u00e1rea de la matriz de los dispositivos de SiC les han permitido funcionar a frecuencias m\u00e1s altas que los chips convencionales basados en silicio, lo que les ha llevado a obtener buenos resultados en aplicaciones de potencia clave como TPPFC a 100 kHz y LLC de conmutaci\u00f3n suave a 200-300 kHz. Las tecnolog\u00edas emergentes, como los MOSFET de zanja y en cascada, aumentar\u00e1n a\u00fan m\u00e1s el rendimiento en aplicaciones de alta frecuencia.<\/p>\n
La familia GeneSiC de dispositivos de SiC protegidos por patente de Navitas proporciona una conversi\u00f3n de potencia eficiente y de alta velocidad para aplicaciones que van desde 20 W hasta 20 MW, desde 20 W hasta 6,5 kV de tensi\u00f3n nominal del dispositivo, ofreciendo una conductividad, conmutaci\u00f3n, intensidad de campo el\u00e9ctrico y resistencia de campo el\u00e9ctrico excepcionales que permiten a los dise\u00f1adores implementar con facilidad topolog\u00edas de conversi\u00f3n de potencia de media tensi\u00f3n de vanguardia, como convertidores de dos niveles o transformadores de estado s\u00f3lido.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de carburo de silicio est\u00e1n revolucionando la forma de transformar, controlar y distribuir la electricidad. Al ofrecer numerosas ventajas sobre sus hom\u00f3logos de silicio, los semiconductores de potencia de SiC permiten crear sistemas m\u00e1s peque\u00f1os y ligeros, m\u00e1s eficientes y fiables, perfectos para su uso en veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE) o cargadores de bater\u00edas; las aplicaciones industriales incluyen robots o automatizaci\u00f3n de f\u00e1bricas.<\/p>\n
El SiC es ideal para los dise\u00f1adores de sistemas que buscan mejoras de eficiencia gracias a su mayor tensi\u00f3n de ruptura y velocidad de conmutaci\u00f3n, lo que lo hace perfecto para aplicaciones de alta velocidad como la tecnolog\u00eda m\u00f3vil 5G, que requiere hardware con velocidades de transmisi\u00f3n de datos 20 veces m\u00e1s r\u00e1pidas que 4G LTE. Adem\u00e1s, los dispositivos de SiC presentan una conductividad y fiabilidad superiores a las de los semiconductores de potencia tradicionales basados en silicio.<\/p>\n
La amplia banda prohibida del carburo de silicio permite que la electr\u00f3nica funcione a temperaturas, tensiones y frecuencias mucho m\u00e1s elevadas -caracter\u00edsticas clave del funcionamiento a alta velocidad-, lo que reduce las p\u00e9rdidas generales de potencia y, al mismo tiempo, hace que los dispositivos sean m\u00e1s peque\u00f1os en tama\u00f1o y coste, al tiempo que mejora los problemas de gesti\u00f3n t\u00e9rmica y permite utilizar componentes pasivos de menor coste.<\/p>\n
Los dispositivos de portadora minoritaria, como los IGBT, se empleaban antes para gestionar tensiones de ruptura m\u00e1s altas; sin embargo, sufren un aumento de la resistencia al encendido y p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n a altas frecuencias, lo que restringe su aplicaci\u00f3n en muchas aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia. Por el contrario, los dispositivos de portadora mayoritaria, como los diodos de barrera Schottky y los transistores MOSFET fabricados con carburo de silicio, pueden soportar tensiones de ruptura m\u00e1s elevadas con una resistencia de conexi\u00f3n m\u00ednima, incluso a frecuencias m\u00e1s altas, lo que supone una ventaja inestimable a la hora de dise\u00f1ar aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC y los diodos MPS Schottky de GeneSiC soportan la conversi\u00f3n de potencia de alta velocidad y alta eficiencia en diversas aplicaciones como la carga\/almacenamiento de energ\u00eda de veh\u00edculos el\u00e9ctricos, redes, captaci\u00f3n\/generaci\u00f3n de energ\u00eda solar\/e\u00f3lica, accionamientos de motores y sistemas de automatizaci\u00f3n industrial. Gracias a la resistencia a la temperatura y a la radiaci\u00f3n y a otras caracter\u00edsticas que ofrecen estos componentes, los dise\u00f1adores pueden crear soluciones fiables y rentables en factores de forma m\u00e1s peque\u00f1os que los fabricados con equivalentes de silicio.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
El carburo de silicio (SiC) es un compuesto sint\u00e9tico de silicio y carbono excepcionalmente duro que se utiliza para fabricar papel de lija, muelas abrasivas y herramientas de corte, as\u00ed como revestimientos para hornos industriales, como material refractario o elementos calefactores. El SiC puede transformarse en semiconductor a\u00f1adiendo diversas impurezas que permiten el paso de la electricidad ...<\/p>\n