Wolfspeed Siliciumcarbide Voedingsapparaten

Wolfspeed ontwikkelt brede bandkloof halfgeleidermaterialen en power devices voor gebruik in elektrische voertuigen, snellaadstations, 5G-netwerken, hernieuwbare energietoepassingen, ruimtevaart- en defensieprogramma's en hernieuwbare energieprojecten. Wolfspeed is momenteel wereldleider in de productie van SiC (siliciumcarbide) power devices.

Door de bouw van het John Palmour Manufacturing Center for Silicon Carbide kan dit bedrijf de materiaalcapaciteit verdubbelen om aan de stijgende vraag naar siliciumcarbideproducten te voldoen.

Wat is siliciumcarbide?

Siliciumcarbide (SiC) is een kristallijn materiaal dat bestaat uit gelijke delen silicium en koolstof. Dit harde en duurzame materiaal is goed bestand tegen hoge temperaturen en wordt gebruikt in industriële toepassingen zoals zandstralen, slijpschijven, ovenonderdelen, keramiek en technische producten.

SiC is een effectief halfgeleidermateriaal, dankzij de atomaire structuur. Hierdoor kunnen elektronen gemakkelijk bewegen tussen de valentie- en geleidingsbanden, waardoor elektronische apparaten veel efficiënter elektriciteit kunnen geleiden dan met materialen als isolatoren of metalen.

SiC heeft een verbazingwekkende spanningsweerstand die 10 keer hoger is dan die van silicium en zelfs beter is dan die van galliumnitride, dat tegenwoordig veel wordt gebruikt in toepassingen voor vermogenselektronica. Dit maakt SiC een uitstekende materiaalkeuze voor gebruik in elektrische voertuigen, snellaadstations en omvormers voor hernieuwbare energie, naast andere toepassingen.

Dankzij de hardheid, duurzaamheid en corrosiebestendigheid van siliciumcarbide kan het worden gebruikt in veeleisende technische toepassingen zoals pomplagers, kleppen, zandstraalinjectoren en extrusiematrijzen. Bovendien maken het hoge smeltpunt en de lage thermische uitzetting het een uitstekende materiaalkeuze voor gebruik bij hoge temperaturen in industrieën zoals de metallurgische productie of ruimtevaarttoepassingen.

Wat zijn de voordelen van Siliciumcarbide?

Siliciumcarbide staat algemeen bekend om zijn hardheid, stijfheid, thermische geleidbaarheid en lage uitzettingssnelheid - eigenschappen die het tot het ideale materiaal maken voor grote telescoopspiegels zoals die van de Herschel ruimtetelescoop en de Gaia observatorium telescopen. [40] Beide faciliteiten gebruiken spiegels van siliciumcarbide.[41]

SiC is een moeilijk materiaal om mee te werken; kristallen moeten worden gekweekt onder extreem hoge temperaturen - ongeveer de helft van die van de zon - voordat ze in ronde wafers worden gesneden die Wolfspeed verkoopt aan andere halfgeleiderfabrikanten of zelf tot chips maakt in zijn fabrieken in New York en North Carolina.

Wolfspeed vermogenshalfgeleiders zijn veel energie-efficiënter dan standaard siliciumchips en worden gebruikt door tractieomvormers van elektrische voertuigen om het bereik te vergroten, evenals snellaadinfrastructuur en industriële voedingen.

Na dat succes haalde het bedrijf $5 miljard aan financiering binnen om zijn capaciteitsuitbreidingsplannen te ondersteunen. Deze investering omvat de bouw van een sterk geautomatiseerde faciliteit voor de productie van 200 mm wafers in Durham, NC, die de grootste siliciumcarbide-materialenfabriek ter wereld zal worden. Verder kondigde ZF een gezamenlijk onderzoekscentrum van meerdere miljoenen dollars aan dat zich richt op Siliciumcarbidesystemen en -apparaten, ontworpen om baanbrekende innovaties te versnellen door middel van echte uitdagingen op het gebied van e-mobiliteit en duurzame energiesystemen.

Hoe wordt siliciumcarbide gemaakt?

Siliciumcarbide wordt gevormd door koolstof- en siliciumatomen te combineren in kleine moleculen die zich assembleren in verschillende kristalstructuren, waarvan de meest stabiele kubisch is (b-SiC). Indien nodig bestaan er ook polytypes.

SiC staat bekend als zeer hard en duurzaam, met diamantachtige sterkte. Door de unieke gelaagde structuur kan SiC ook fungeren als een halfgeleider met brede bandkloof bij hogere temperaturen dan traditionele siliciumchips; SiC kan met gemak enorme temperatuurschommelingen aan, waardoor het een uitstekende keuze is voor toepassingen in de vermogenselektronica.

Om siliciumcarbide te produceren moet b-SiC eerst vermalen worden tot een fijn poeder voordat het gecombineerd wordt met een niet-oxide sinterhulpmiddel (binder) om een pasta te vormen. Bindmiddelen zijn meestal organische verbindingen zoals ureum of nitraten, waarna de pasta wordt samengeperst en in vorm gebracht voordat deze gedurende korte tijd bij hoge temperaturen en onder druk wordt gesinterd.

Na het sinteren wordt het geproduceerde SiC-deel onderworpen aan strenge kwaliteitstests op afmetingen en mechanische eigenschappen zoals treksterkte en slagvastheid. Certificeringsprocessen zijn verplicht voor elke klant en kunnen in elk stadium van de productie plaatsvinden.

Wat is de missie van Wolfspeed?

Wolfspeed halfgeleiderchips onderscheiden zich van hun silicium tegenhangers doordat ze gemaakt zijn van Silicon Carbide (SiC). SiC-chips werken effectiever bij hogere temperaturen en kunnen zelfs 10x sneller presteren.

Siliciumcarbidetechnologie biedt meer vermogen in minder ruimte tegen lagere kosten, waardoor het nuttig is in van alles en nog wat, van batterijen voor elektrische auto's tot de productie van zonne-energie en nog veel meer. Hieronder vindt u een infographic die slechts enkele van de vele manieren belicht waarop siliciumcarbide onze wereld voorgoed verandert.

Wolfspeed heeft zich snel gevestigd als wereldleider in de productie van siliciumcarbide. Hun voorganger Cree was de pionier in het commercialiseren van SiC-technologie en heeft sindsdien innovaties geleid in het ontwerp van apparaten en productieprocessen, waardoor kleinere chips met betere prestaties zijn geproduceerd.

Onlangs sloot Wolfspeed een uitgebreide leveringsovereenkomst met General Motors (NYSE: GM) voor de levering van voedingsapparaten voor aandrijflijnen van elektrische voertuigen met SiC-vermogensapparaten van Wolfspeed voor een betere vermogensdichtheid en een groter bereik.

Dit partnerschap betekent een belangrijke stap voorwaarts voor het bedrijf omdat het een solide platform heeft om uit te breiden binnen hun primaire doelmarkt van de EV-industrie. Bovendien blijven ze Design-in mogelijkheden toevoegen van $14,8 miljard, en hun fabriek in Mohawk Valley - 's werelds eerste en grootste fabriek voor 200mm siliciumcarbide devices met ongeëvenaarde waferkwaliteit en grotere opbrengst - breidt de capaciteit uit.