إلكترونيات الطاقة باستخدام كربيد السيليكون المتماسك

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة شبه موصلة غير عضوية ذات فجوة نطاق واسعة للغاية يمكن أن تعمل بالتناوب إما كموصل كهربائي أو عازل للكهرباء، مما يجعلها مفيدة في إلكترونيات الطاقة نظرًا لتفوقها في التوصيل الكهربائي على أشباه الموصلات السيليكونية التقليدية.

تتمتع مختبرات EAG بخبرة واسعة في إجراء التقنيات التحليلية السائبة والمحللة مكانيًا على عينات سيكلوريد الكربون.

إلكترونيات الطاقة ذات درجة الحرارة العالية

تتطلب المركبات الكهربائية (EVs) أجهزة أشباه موصلات طاقة قادرة على العمل في درجات حرارة أعلى، وخسائر أقل في الطاقة وسرعات تبديل أسرع من تلك المصنوعة من رقائق السيليكون العادية. يمكن للمواد ذات الفجوة الواسعة النطاق مثل SiC أن توفر هذه المزايا، وقد ثبت أن أداءها جيد في التجارب المختبرية؛ ومع ذلك، فإن صنع الدوائر المتكاملة منها قد يمثل تحديات فريدة من نوعها؛ فقد لا تكون سلسلة التوريد الخاصة بها متطورة بعد كما هو الحال بالنسبة للسيليكون العادي.

يعمل فريق Coherent بجد لخفض تكاليف SiC وتقصير الجداول الزمنية للإنتاج، حتى يتمكن المصنعون من زيادة كفاءة السيارات الكهربائية مع تلبية متطلبات أداء المستهلكين.

يستخدم مصنع Coherent في ساكسونبرج بولاية بنسلفانيا تقنية السيليكون على العازل (SOI) لتصنيع رقائق السيليكون على العازل (SOI) عالية الأداء التي يصل قطرها إلى 200 مم باستخدام تقنيات السيليكون على العازل (SOI). يمكن استخدام هذه الرقاقات في تصنيع أجهزة إلكترونيات الطاقة المختلفة مثل MOSFETs و IGBTs بالإضافة إلى مضخمات طاقة الترددات اللاسلكية GaN-on-SiC وغيرها من أجهزة الموجات الدقيقة.

توفر عملية SOI من Coherent تحكماً أكبر في نمو طبقات SiC، وبالتالي تحسين الإنتاجية وأداء الجهاز. تقدم شركة Coherent قدرات توصيف شاملة بما في ذلك التحليل الطيفي للانبعاثات البصرية بالبلازما المقترنة بالليزر (LA-ICP-OES) والتحليل الطيفي بالمجهر الإلكتروني - الفحص الطيفي المشتت للطاقة (SEM-EDS)، وكلاهما أداتان مفيدتان في تحديد العيوب الحرجة وزيادة الإنتاجية.

مضخمات طاقة الترددات اللاسلكية عالية الترددات اللاسلكية

مع التوسع السريع لشبكات الجيل الخامس في جميع أنحاء العالم، شهد الطلب على مضخمات طاقة الترددات اللاسلكية لتعزيز نقل إشارات البيانات اللاسلكية نموًا هائلاً. توفر Coherent رقاقات كربيد السيليكون القادرة على العمل بفعالية في هذه النطاقات الجديدة عالية التردد على منصة تقنية قابلة للتوسيع.

تساعد ركائز SiC من هذه الشركة على تشغيل إلكترونيات الطاقة بكفاءة أكبر من خلال تقليل إنتاج الحرارة، وبالتالي تقليل أحجام أنظمة التبريد، مما يقلل من تكاليف الطاقة مع توفير متطلبات مساحة نظام التبريد.

يمكن لأشباه موصلات SiC أن تعمل بترددات أعلى من رقائق السيليكون النقي، مما يزيد من السرعة والمدى في السيارات الكهربائية. وعلاوة على ذلك، تنتج أشباه موصلات SiC حرارة مهدرة أقل مع تحمل درجات حرارة أعلى - وهذا يعني أنها يمكن أن تشغل سيارات أكثر كفاءة مع توفير أفضل في استهلاك الوقود.

وسيمكّن استثمار Coherent المشترك مع الشركتين اليابانيتين Denso وMitsubishi Electric من زيادة إنتاج ركائز كربيد السيليكون 200 ملم والرقائق الإبيتاكسية، بالإضافة إلى وضع ترتيبات توريد طويلة الأجل لتلبية متطلبات الشركتين اليابانيتين من كربيد السيليكون مقاس 150 ملم و200 ملم من كربيد السيليكون. وعلاوة على ذلك، تعزز هذه الصفقة من مكانة Coherent في سوق السيارات - حيث تقوم بالفعل بتوريد المواد المستخدمة في صناعة الرقائق المستخدمة في قطع غيار السيارات وصناعة الإلكترونيات - حيث يستثمر كل منهما 1.51 تيرابايت و500 مليون تيرابايت لكل منهما مقابل 12.51 تيرابايت و 3 تيرابايت حصة ملكية غير مسيطرة في وحدة الأعمال الجديدة.

إلكترونيات السيارات

تُمكّن إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون المتماسك المركبات من أن تصبح أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر موثوقية، وتقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وتسرّع عملية الانتقال نحو مجتمع مستدام. فهي تمكّن تقنية الكبح المتجدد - التي تحوّل الطاقة الحرارية الناتجة عن الكبح إلى طاقة كهربائية يمكن تخزينها بعد ذلك في بطارية السيارة الكهربائية - بالإضافة إلى التحكم في الأحمال الكهربائية الأكبر وتشغيلها مثل السخانات والمراوح والآلات الإلكترونية.

أعلنت شركة Coherent عن تشكيل شركة سيليكون كاربيد السيليكون ذ.م.م كشركة فرعية جديدة تابعة لها تعمل في مجال سيليكون الكربون لإنتاج رقائق سيليكون سيكل شبه عازلة عالية الجودة بقطر يصل إلى 200 مم. ووفقًا لشركة Coherent، فقد استثمرت كل من شركة Denso Automotive - أحد كبار موردي السيارات - وشركة Mitsubishi Electric بشكل كبير.

ستتيح استثمارات Coherent خططها لتوسيع قدراتها وتضمن إمدادات موثوقة وقابلة للتطوير لتلبية الطلب المتزايد في السوق على الأجهزة الإلكترونية القائمة على SiC. وتتوقع شركة Coherent تحقيق وفورات كبيرة في التكلفة من خلال استخدام SiC، وهو أقل تكلفة بكثير من مواد أشباه الموصلات التقليدية مثل رقائق السيليكون. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تتحمل رقائق SiC درجات حرارة أعلى من رقائق السيليكون، مما يسمح للمصنعين بتقليص أنظمة التبريد، وبالتالي تقليل الوزن ومتطلبات المساحة للمنتجات - وهو اعتبار مهم حيث تسعى شركات السيارات إلى خفض تكاليف السيارات مع زيادة قبول المستهلكين للسيارات الكهربائية.

تخزين الطاقة

توفر رقائق SiC أنظمة تخزين الطاقة بكفاءة وكثافة طاقة أكبر من خلال خفض خسائر التبديل، والعمل في درجات حرارة أعلى مع تقليل فقدان التيار، بالإضافة إلى المساعدة في تقليل أحجام المكونات وتكاليفها مع تقليل أحجام المكونات وتكاليفها في الوقت نفسه. وعلاوة على ذلك، تسهل هذه التقنية أنظمة تبريد أصغر، مما يقلل من حجم النظام ووزنه.

تُعدّ SiC مادة ممتازة لاستشعار المجال المغناطيسي بسبب رنينها المغناطيسي الطبيعي الذي يمكن الاستفادة منه في التطبيقات التي تتضمن الكشف عن المجال. وعلاوة على ذلك، فإن زمن تماسك دورانها أكبر بعشر مرات من أشباه الموصلات التقليدية مما يسمح بقياسات سريعة ودقيقة تجعل من SiC مادة مناسبة لمقاييس مغناطيسية عالية السرعة ومنخفضة الطاقة وعالية الدقة.

وقد استخدمت الدراسات التي أجريت على العيوب في سيكلور السيليكون الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR) والرنين المغناطيسي المكتشف كهربائيًا (EDMR)، مع إيلاء اهتمام خاص للفجوات الكربونية الموجودة في طبقات CVD المزروعة على القالب، والتي تُظهر أوقات تماسك دوران طويلة في درجات حرارة الغرفة9.10،10،35.

يشدد خان على أهمية عمل شركته التابعة لشركة Coherent عن كثب مع شركات الأنظمة الرائدة لتحقيق أقصى قدر من التعلم. ووفقاً لخان، فإن فهم دوافع قرارات العملاء والمستخدمين النهائيين - مثل متطلبات سوق السيارات الكهربائية مثل نسبة تكلفة الشراء الأولية/ تكلفة التشغيل، ومدى القيادة/ وقت الشحن، أمر في غاية الأهمية.