Силові пристрої з карбіду кремнію Wolfspeed

Wolfspeed розробляє широкозонні напівпровідникові матеріали та силові прилади для використання в електромобілях, станціях швидкої зарядки, мережах 5G, додатках для відновлюваної енергетики, аерокосмічних та оборонних програмах, а також проектах з відновлюваної енергетики. Наразі Wolfspeed є світовим лідером у виробництві силових пристроїв на основі карбіду кремнію (SiC).

Проект будівництва виробничого центру карбіду кремнію John Palmour дозволить компанії вдвічі збільшити виробничі потужності для задоволення зростаючого попиту на продукцію з карбіду кремнію.

Що таке карбід кремнію?

Карбід кремнію (SiC) - це кристалічний матеріал, що складається з рівних часток кремнію та вуглецю. Цей твердий і міцний матеріал добре витримує високі температури і використовується в промисловості, зокрема для піскоструминної обробки, виготовлення шліфувальних кругів, деталей печей, кераміки та інженерних виробів.

Завдяки своїй атомній структурі SiC є ефективним напівпровідниковим матеріалом. Це дозволяє електронам легко переміщатися між його валентною зоною і зоною провідності, що дозволяє електронним пристроям проводити електрику з набагато більшою ефективністю, ніж у випадку з такими матеріалами, як ізолятори або метали.

SiC має вражаючу стійкість до напруги, яка в 10 разів вища, ніж у кремнію, і навіть перевершує нітрид галію, що широко використовується сьогодні в силовій електроніці. Це робить SiC чудовим матеріалом для використання в електромобілях, станціях швидкої зарядки та інверторах відновлюваної енергії, серед інших застосувань.

Твердість, довговічність і корозійна стійкість карбіду кремнію дозволяють використовувати його у складних технічних пристроях, таких як підшипники насосів, клапани, піскоструминні інжектори та екструзійні фільєри. Крім того, його висока температура плавлення і низький коефіцієнт теплового розширення роблять його чудовим матеріалом для використання при високих температурах у таких галузях, як металургійне виробництво та аерокосмічна промисловість.

Які переваги карбіду кремнію?

Карбід кремнію широко відомий своєю твердістю, жорсткістю, теплопровідністю, низькою швидкістю розширення і теплопровідністю - якостями, які роблять його ідеальним матеріалом для великих дзеркал телескопів, таких як ті, що встановлені на космічному телескопі Гершель і телескопах обсерваторії Гайя. Обидва об'єкти використовують дзеркала з карбіду кремнію[40].[41].

SiC - складний у роботі матеріал; кристали потрібно вирощувати за надзвичайно високих температур - приблизно вдвічі нижчих за сонячні - перед тим, як розрізати на круглі пластини, які Wolfspeed або продає іншим виробникам напівпровідників, або сама виготовляє з них мікросхеми на своїх заводах у Нью-Йорку та Північній Кароліні.

Силові напівпровідники Wolfspeed набагато енергоефективніші, ніж стандартні кремнієві чіпи, і використовуються в тягових інверторах електромобілів для збільшення дальності пробігу, а також в інфраструктурі швидкої зарядки та промислових джерелах живлення.

Після цього успіху компанія залучила $5 мільярдів доларів для підтримки своїх планів з розширення потужностей. Ці інвестиції включають будівництво високоавтоматизованого заводу з виробництва 200-міліметрових пластин у Даремі, штат Північна Кароліна, який стане найбільшим у світі заводом з виробництва матеріалів з карбіду кремнію. Крім того, ZF оголосила про створення багатомільйонного спільного дослідницького центру, присвяченого системам і пристроям на основі карбіду кремнію, покликаного прискорити проривні інновації через реальні виклики в галузі електронної мобільності та відновлюваної енергетики на рівні систем.

Як виготовляється карбід кремнію?

Карбід кремнію утворюється шляхом з'єднання атомів вуглецю і кремнію в невеликі молекули, які збираються в різні кристалічні структури, найстабільніша з яких - кубічна (b-SiC). Існують також політипи, якщо це необхідно.

SiC відомий як дуже твердий і довговічний, з міцністю, подібною до алмазу. Завдяки своїй унікальній шаруватій структурі, SiC може діяти як широкозонний напівпровідник при температурах, вищих, ніж у традиційних кремнієвих мікросхем; здатність легко переносити величезні перепади температур робить SiC чудовим вибором для застосування в силовій електроніці.

Для виробництва карбіду кремнію b-SiC спочатку подрібнюють на дрібний порошок, а потім змішують з неокислювачем (зв'язуючою речовиною), щоб утворити пасту. Зв'язуючими речовинами зазвичай є органічні сполуки, такі як сечовина або нітрати; після цього ущільнена і сформована паста пресується перед спіканням при високих температурах під тиском протягом короткого проміжку часу.

Після спікання виготовлені деталі з карбіду кремнію проходять суворі випробування на якість за розмірами та механічними властивостями, такими як міцність на розрив та ударостійкість. Процеси сертифікації є обов'язковими для кожного замовника і можуть відбуватися на будь-якому етапі виробництва.

У чому полягає місія Wolfspeed?

Напівпровідникові мікросхеми Wolfspeed відрізняються від кремнієвих аналогів тим, що виготовлені з карбіду кремнію (SiC). Мікросхеми SiC ефективніше працюють за вищих температур і можуть навіть перевершувати їх за швидкістю в 10 разів.

Технологія карбіду кремнію забезпечує більшу потужність на меншій площі за менших витрат, що робить її корисною в усьому - від акумуляторів електромобілів до виробництва сонячної енергії і не тільки. Нижче наведено інфографіку, яка висвітлює лише деякі з багатьох способів, як карбід кремнію змінює наш світ на краще.

Wolfspeed швидко зарекомендувала себе як світовий лідер у виробництві карбіду кремнію. Їхня попередниця, компанія Cree, була піонером у комерціалізації технології SiC і з тих пір є лідером у розробці пристроїв та інновацій у виробничих процесах, виробляючи менші чіпи з вищими показниками продуктивності.

Нещодавно компанія Wolfspeed уклала масштабну угоду з General Motors (NYSE: GM) на постачання силових пристроїв для трансмісій електромобілів, що включають силові пристрої з SiC від Wolfspeed для покращення щільності потужності та дальності пробігу.

Це партнерство знаменує собою ключовий крок вперед для компанії, оскільки дає їй міцну платформу для розширення на своєму основному цільовому ринку - ринку електромобілів. Крім того, вони продовжують розширювати можливості Design-in на $14,8 млрд, а їхній завод у долині Мохок - перший і найбільший у світі завод з виробництва 200-міліметрових пристроїв з карбіду кремнію з безкомпромісною якістю пластин і більшою продуктивністю - розширює потужності.