Wolfspeed Power-enheter i silisiumkarbid

Wolfspeed utvikler halvledermaterialer med bredt båndgap og kraftkomponenter til bruk i elektriske kjøretøy, hurtigladestasjoner, 5G-nettverk, applikasjoner for fornybar energi, romfarts- og forsvarsprogrammer samt prosjekter for fornybar energi. Wolfspeed er for tiden verdensledende innen produksjon av SiC (silisiumkarbid).

Byggingen av John Palmour Manufacturing Center for Silicon Carbide vil gjøre det mulig for selskapet å øke materialkapasiteten med det dobbelte for å møte den økende etterspørselen etter silisiumkarbidprodukter.

Hva er silisiumkarbid?

Silisiumkarbid (SiC) er et krystallinsk materiale som består av like deler silisium og karbon. Dette harde og slitesterke materialet tåler høye temperaturer godt, og brukes i industrielle applikasjoner som sandblåsing, slipeskiver, ovnsdeler, keramikk og konstruerte produkter.

SiC er et effektivt halvledermateriale, takket være sin atomstruktur. Dette gjør at elektronene lett kan bevege seg mellom valens- og ledningsbåndene, slik at elektroniske enheter kan lede strøm med mye større effektivitet enn med materialer som isolatorer eller metaller.

SiC har en forbløffende spenningsmotstand som er 10 ganger større enn silisium, og overgår til og med galliumnitrid som i dag brukes mye i kraftelektronikkapplikasjoner. Dette gjør SiC til et utmerket materialvalg for bruk i blant annet elbiler, hurtigladestasjoner og vekselrettere for fornybar energi.

Silisiumkarbidets hardhet, holdbarhet og korrosjonsbestandighet gjør at det kan brukes i krevende tekniske bruksområder som pumpelagre, ventiler, sandblåsingsinjektorer og ekstruderingsformer. Det høye smeltepunktet og de lave termiske ekspansjonsegenskapene gjør det dessuten til et utmerket materialvalg for bruk ved høye temperaturer i bransjer som metallurgisk produksjon og romfart.

Hva er fordelene med silisiumkarbid?

Silisiumkarbid er viden kjent for sin hardhet, stivhet, varmeledningsevne, lave ekspansjonshastighet og varmeledningsevne - egenskaper som gjør det til et ideelt materiale for store teleskopspeil, slik som de man finner på romteleskopet Herschel og Gaia-observatoriets teleskoper. [40] Begge anleggene bruker speil av silisiumkarbid[41].

SiC er et vanskelig materiale å arbeide med. Krystallene må dyrkes under ekstremt høye temperaturer - omtrent halvparten av solens temperatur - før de skjæres ut i sirkulære skiver som Wolfspeed enten selger til andre halvlederprodusenter eller selv produserer til chips i sine anlegg i New York og North Carolina.

Wolfspeeds krafthalvledere er mye mer energieffektive enn standard silisiumbrikker, og brukes blant annet i omformere til elektriske kjøretøy for å forlenge rekkevidden, samt i infrastruktur for hurtiglading og industrielle strømforsyninger.

Etter denne suksessen har selskapet sikret seg $5 milliarder i finansiering for å støtte sine planer om kapasitetsutvidelse. Investeringen omfatter blant annet bygging av et høyautomatisert anlegg for produksjon av 200 mm wafer-enheter i Durham, NC, som vil bli verdens største fabrikk for silisiumkarbidmaterialer. ZF kunngjorde også et felles forskningssenter på flere millioner dollar dedikert til silisiumkarbidsystemer og -enheter, designet for å fremskynde banebrytende innovasjoner gjennom virkelige utfordringer innen e-mobilitet og fornybar energi på systemnivå.

Hvordan lages silisiumkarbid?

Silisiumkarbid dannes ved å kombinere karbon- og silisiumatomer i små molekyler som setter seg sammen til ulike krystallstrukturer, der den mest stabile er kubisk (b-SiC). Det finnes også polytyper hvis det er nødvendig.

SiC er kjent for å være svært hardt og slitesterkt, med diamantlignende styrke. På grunn av sin unike lagdelte struktur kan SiC også fungere som en halvleder med bredt båndgap ved høyere temperaturer enn tradisjonelle silisiumbrikker, noe som gjør SiC til et utmerket valg for kraftelektronikkapplikasjoner.

For å produsere silisiumkarbid må b-SiC først males til et fint pulver før det kombineres med ikke-oksydiske sintringshjelpemidler (bindemiddel) for å danne en pasta. Bindemiddeltyper omfatter vanligvis organiske forbindelser som urea eller nitrater; deretter komprimeres og formes pastaen før den sintres ved høye temperaturer under trykk i kort tid.

Etter sintring gjennomgår SiC-delen som produseres, strenge kvalitetstester med hensyn til dimensjoner og mekaniske egenskaper som strekkfasthet og slagfasthet. Sertifiseringsprosesser er obligatoriske for alle kunder og kan finne sted når som helst i løpet av produksjonen.

Hva er Wolfspeeds oppdrag?

Wolfspeeds halvlederbrikker skiller seg fra sine motstykker i silisium ved å være konstruert av silisiumkarbid (SiC). SiC-brikker fungerer mer effektivt ved høyere temperaturer og kan til og med overgå dem 10 ganger raskere.

Silisiumkarbidteknologi gir mer kraft på mindre plass til reduserte kostnader, noe som gjør den nyttig i alt fra elbilbatterier til solenergiproduksjon og mye mer. Nedenfor finner du en infografikk som viser noen av de mange måtene silisiumkarbid er i ferd med å forandre verden til det bedre.

Wolfspeed har raskt etablert seg som verdensledende innen produksjon av silisiumkarbid. Forgjengeren Cree var pioneren som kommersialiserte SiC-teknologien, og har siden den gang ledet an i innovasjoner innen enhetsdesign og produksjonsprosesser, og har produsert mindre brikker med høyere ytelse.

Nylig inngikk Wolfspeed en omfattende leveranseavtale med General Motors (NYSE: GM) om å levere strømforsyninger til drivlinjer for elektriske biler med SiC-strømforsyninger fra Wolfspeed for økt effekttetthet og rekkevidde.

Dette partnerskapet markerer et viktig skritt fremover for selskapet, ettersom det gir det en solid plattform for å ekspandere innenfor deres primære målmarked, elbilindustrien. I tillegg fortsetter de å legge til Design-in-muligheter på $14,8 milliarder kroner, og Mohawk Valley-fabrikken - verdens første og største fabrikk for produksjon av 200 mm silisiumkarbidkomponenter med kompromissløs wafer-kvalitet og høyere avkastning - utvider kapasiteten.