Perangkat Daya Silikon Karbida Wolfspeed

Wolfspeed mengembangkan bahan semikonduktor celah pita lebar dan perangkat daya untuk digunakan pada kendaraan listrik, stasiun pengisian daya cepat, jaringan 5G, aplikasi energi terbarukan, program kedirgantaraan & pertahanan, serta proyek energi terbarukan. Wolfspeed saat ini adalah pemimpin dunia dalam produksi perangkat daya SiC (silikon karbida).

Proyek pembangunan Pusat Manufaktur John Palmour untuk Silikon Karbida akan memungkinkan perusahaan ini untuk meningkatkan kapasitas material hingga dua kali lipat untuk memenuhi permintaan yang terus meningkat akan produk silikon karbida.

Apa yang dimaksud dengan Silikon Karbida?

Silikon Karbida (SiC) adalah bahan kristal yang terdiri dari silikon dan karbon dengan porsi yang sama. Bahan yang keras dan tahan lama ini tahan terhadap suhu tinggi dengan baik, dan digunakan dalam aplikasi industri seperti sandblasting, roda gerinda, komponen tungku, keramik, dan produk rekayasa.

SiC adalah bahan semikonduktor yang efektif, berkat struktur atomnya. Hal ini memungkinkan elektron dengan mudah bergerak di antara pita valensi dan konduksi yang memungkinkan perangkat elektronik menghantarkan listrik dengan efisiensi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan bahan seperti isolator atau logam.

SiC memiliki ketahanan tegangan yang luar biasa yaitu 10 kali lebih besar daripada silikon, bahkan melebihi Gallium Nitrida yang digunakan secara luas saat ini dalam aplikasi elektronika daya. Hal ini membuat SiC menjadi pilihan material yang sangat baik untuk digunakan pada kendaraan listrik, stasiun pengisian daya cepat, dan inverter energi terbarukan, di antara aplikasi lainnya.

Kekerasan, daya tahan, dan ketahanan korosi silikon karbida memungkinkannya untuk digunakan dalam aplikasi teknik yang menuntut seperti bantalan pompa, katup, injektor peledakan pasir, dan cetakan ekstrusi. Selain itu, titik lelehnya yang tinggi dan sifat ekspansi termal yang rendah menjadikannya pilihan material yang sangat baik untuk penggunaan suhu tinggi di industri seperti manufaktur metalurgi atau aplikasi luar angkasa.

Apa Manfaat Silikon Karbida?

Silikon karbida dikenal luas karena kekerasan, kekakuan, konduktivitas termal, tingkat pemuaian yang rendah, dan konduktivitas termal - kualitas yang membuatnya menjadi bahan yang ideal untuk cermin teleskop besar seperti yang ditemukan di teleskop ruang angkasa Herschel dan teleskop observatorium Gaia. [40] Kedua fasilitas tersebut menggunakan cermin silikon karbida.[41]

SiC adalah bahan yang sulit untuk dikerjakan; kristal harus ditumbuhkan di bawah suhu yang sangat tinggi - sekitar setengah dari suhu matahari - sebelum dipotong menjadi wafer melingkar yang dijual oleh Wolfspeed kepada produsen semikonduktor lain atau dibuat sendiri menjadi chip di fasilitasnya di New York dan North Carolina.

Semikonduktor daya Wolfspeed jauh lebih hemat energi daripada chip silikon standar, dan digunakan oleh inverter traksi kendaraan listrik untuk memperluas jangkauan, serta infrastruktur pengisian cepat dan catu daya industri.

Menyusul kesuksesan tersebut, perusahaan ini mendapatkan pendanaan sebesar $5 miliar untuk mendukung rencana perluasan kapasitasnya. Investasi ini termasuk membangun fasilitas fabrikasi perangkat wafer 200mm yang sangat otomatis di Durham, NC yang akan menjadi pabrik bahan silikon karbida terbesar di dunia. Selain itu, ZF mengumumkan pusat penelitian bersama senilai jutaan dolar yang didedikasikan untuk sistem dan perangkat Silicon Carbide, yang dirancang untuk mempercepat inovasi terobosan melalui tantangan dunia nyata dalam e-mobilitas dan tantangan tingkat sistem energi terbarukan.

Bagaimana Silikon Karbida Dibuat?

Silikon karbida dibentuk dengan menggabungkan atom karbon dan silikon dalam molekul kecil yang menyusun diri mereka sendiri ke dalam berbagai struktur kristal, yang paling stabil adalah kubik (b-SiC). Polytype juga tersedia jika diperlukan.

SiC dikenal sangat keras dan tahan lama, dengan kekuatan seperti berlian. Karena struktur berlapisnya yang unik, SiC juga dapat bertindak sebagai semikonduktor celah pita lebar pada suhu yang lebih tinggi daripada chip silikon tradisional; menangani perubahan suhu yang sangat besar dengan mudah membuat SiC menjadi pilihan yang sangat baik untuk aplikasi elektronika daya.

Untuk menghasilkan silikon karbida, b-SiC harus digiling terlebih dahulu menjadi bubuk halus sebelum digabungkan dengan bantuan sintering non-oksida (pengikat) untuk membentuk pasta. Jenis pengikat biasanya mencakup senyawa organik seperti urea atau nitrat; setelah itu, pasta yang dipadatkan dan dibentuk dipadatkan sebelum disinter pada suhu tinggi di bawah tekanan untuk waktu yang singkat.

Setelah sintering dilakukan, komponen SiC yang diproduksi akan melalui uji kualitas yang ketat untuk dimensi dan sifat mekanik seperti kekuatan tarik dan ketahanan benturan. Proses sertifikasi wajib dilakukan oleh setiap pelanggan dan dapat dilakukan pada tahap apa pun selama produksi.

Apa Misi Wolfspeed?

Chip semikonduktor Wolfspeed berbeda dengan chip silikon karena dibuat dari Silicon Carbide (SiC). Chip SiC beroperasi lebih efektif pada suhu yang lebih tinggi dan bahkan dapat mengungguli chip silikon 10x lebih cepat.

Teknologi silikon karbida memberikan daya yang lebih besar dalam ruang yang lebih kecil dengan biaya yang lebih rendah, membuatnya berguna dalam segala hal mulai dari baterai mobil listrik hingga produksi energi surya dan lainnya. Di bawah ini adalah infografik yang menyoroti beberapa cara silikon karbida mengubah dunia kita untuk selamanya.

Wolfspeed dengan cepat memantapkan dirinya sebagai pemimpin global dalam manufaktur silikon karbida. Perusahaan pendahulunya, Cree, adalah pelopor dalam mengkomersialkan teknologi SiC dan telah memimpin desain perangkat dan inovasi proses manufaktur sejak saat itu, menghasilkan chip yang lebih kecil dengan peringkat kinerja yang lebih tinggi.

Baru-baru ini, Wolfspeed menandatangani perjanjian pasokan ekstensif dengan General Motors (NYSE: GM) untuk memasok perangkat daya untuk drivetrain kendaraan listrik yang menampilkan perangkat daya SiC dari Wolfspeed untuk meningkatkan kepadatan dan jangkauan daya.

Kemitraan ini menandai langkah penting bagi perusahaan karena memberikan platform yang solid untuk berkembang dalam target pasar utama mereka di industri EV. Selain itu, mereka terus menambah peluang Design-in sebesar $14,8 miliar, dan fasilitas fab Mohawk Valley - fasilitas fabrikasi perangkat silikon karbida 200mm pertama dan terbesar di dunia dengan kualitas wafer tanpa kompromi dan hasil yang lebih besar - memperluas kapasitas.