Piikarbidin teholaitteet ovat olennainen osa s\u00e4hk\u00f6ajoneuvojen energiatehokkuuden parantamista niiden erinomaisten materiaaliominaisuuksien ansiosta.<\/p>\n
Puhtaassa muodossaan piikarbidi k\u00e4ytt\u00e4ytyy eristeen\u00e4, mutta kun siihen lis\u00e4t\u00e4\u00e4n ep\u00e4puhtauksia (dopantteja), se voi muuttua elektroniseksi puolijohteeksi. T\u00e4h\u00e4n tarkoitukseen k\u00e4ytett\u00e4vi\u00e4 dopantteja ovat esimerkiksi typpi- tai fosforidioksidit n-tyypin k\u00e4ytt\u00f6\u00e4 varten, kun taas alumiini-, boori- tai galliumidioksidit voivat muuttaa sen p-tyypin puolijohdemateriaaliksi.<\/p>\n
Piikarbidipuolijohdekomponentteja pidet\u00e4\u00e4n yh\u00e4 useammin sopivana piikomponenttien korvaajana tehoelektroniikan sovelluksissa, joissa k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n korkeita l\u00e4mp\u00f6tiloja tai j\u00e4nnitteit\u00e4, erityisesti silloin, kun kyse on korkeista j\u00e4nnitteist\u00e4 tai l\u00e4mp\u00f6tiloista. T\u00e4m\u00e4 johtuu sen poikkeuksellisen korkeasta s\u00e4hk\u00f6kent\u00e4n l\u00e4pily\u00f6ntivoimasta, jonka ansiosta se kest\u00e4\u00e4 paljon suurempia virtoja kuin piioksidit ja jopa 10 kertaa suurempaa j\u00e4nnitett\u00e4 kuin MOSFETit - ihanteellinen ratkaisu s\u00e4hk\u00f6ajoneuvoissa ja satelliiteissa k\u00e4ytett\u00e4viin suurj\u00e4nnitepiireihin.<\/p>\n
CNT:t erottuvat edukseen suuremmalla kaistanleveydell\u00e4\u00e4n, joka on noin kolme kertaa suurempi kuin piin 1,1 eV, jolloin elektronit p\u00e4\u00e4sev\u00e4t helpommin johtavuuskaistalle johtamaan s\u00e4hk\u00f6\u00e4 ja risteyksen vuotovirrat ovat ep\u00e4todenn\u00e4k\u00f6isempi\u00e4 - keskeisi\u00e4 ominaisuuksia laitteissa, jotka on suunniteltu toimimaan luotettavasti korkeammissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa.<\/p>\n
Piikarbidin l\u00e4pily\u00f6ntij\u00e4nnite on korkeampi sen ohuemman tyhjennyskerroksen ansiosta. T\u00e4m\u00e4 p\u00e4\u00e4st\u00e4\u00e4 l\u00e4pi enemm\u00e4n vapaita kantajia, mik\u00e4 lis\u00e4\u00e4 virrantiheytt\u00e4 ja mahdollistaa pienemm\u00e4t transistorit, jotka vaativat v\u00e4hemm\u00e4n energiaa, mik\u00e4 lis\u00e4\u00e4 hy\u00f6tysuhdetta ja v\u00e4hent\u00e4\u00e4 l\u00e4mm\u00f6ntuottoa.<\/p>\n
Yksi piikarbiditeknologian k\u00e4ytt\u00f6\u00f6noton suurimmista haitoista on ollut sen suhteellisen korkea hinta. Tutkijat ovat kuitenkin kehitt\u00e4neet edullisen tekniikan piikarbidista valmistettujen virtakytkimien valmistamiseksi, mik\u00e4 tekee t\u00e4st\u00e4 materiaalista k\u00e4ytt\u00f6kelpoisen suurj\u00e4nnitesovelluksissa.<\/p>\n
He onnistuivat t\u00e4ss\u00e4 soveltamalla uutta tekniikkaa, jolla yhdistet\u00e4\u00e4n unipolaariset ja bipolaariset laitteet samaan rakenteeseen - joita kutsutaan yhdistetyiksi tappi-Schottky-diodeiksi tai MPS-diodeiksi - ja jonka avulla he pystyiv\u00e4t vertailemaan epitaksiaalisten ja istutettujen liitosten ominaisuuksia; epitaksiaaliset diodit osoittautuivat vakaammiksi, koska niill\u00e4 on korkeammat k\u00e4\u00e4nteisvirtaresistanssit korkeissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa (RDS(ON)).<\/p>\n
Piikarbidia voidaan pian k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 laajemmin tehoelektroniikan sovelluksissa, mik\u00e4 hy\u00f6dytt\u00e4\u00e4 sek\u00e4 taloutta ett\u00e4 ymp\u00e4rist\u00f6\u00e4. Vaikka piikarbidia k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n jo nyt joissakin sovelluksissa, kuten LED-valonl\u00e4hteiss\u00e4 ja varhaisradiopuhelimien ilmaisimissa, sen valtava potentiaali tarkoittaa, ett\u00e4 sit\u00e4 voidaan pian k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 kaikkialla maanp\u00e4\u00e4llisist\u00e4 s\u00e4hk\u00f6ajoneuvoista Venusta tutkivien Roverien instrumentteihin tai sen \u00e4\u00e4ril\u00e4mp\u00f6tiloja kest\u00e4m\u00e4\u00e4n suunniteltujen luotainten laitteisiin.<\/p>\n
Piikarbidi on eritt\u00e4in kova ja tiivis materiaali, jolla on useita ominaisuuksia, jotka edist\u00e4v\u00e4t sen menestyst\u00e4 puolijohdekomponenttina. Yksi t\u00e4llainen ominaisuus on sen suuri s\u00e4hk\u00f6kent\u00e4n l\u00e4pily\u00f6ntivoima, jonka ansiosta siit\u00e4 valmistetut laitteet siet\u00e4v\u00e4t paljon suurempia virrantiheyksi\u00e4 kuin piist\u00e4 valmistetut laitteet muuten siet\u00e4isiv\u00e4t, mik\u00e4 mahdollistaa suuritehoiset sovellukset ja nopeammat kytkent\u00e4ajat suuremmille kuormille. Lis\u00e4ksi sen alhaisempi kytkent\u00e4vastus johtaa pienempiin h\u00e4vi\u00f6ihin, mik\u00e4 on erityisen hy\u00f6dyllist\u00e4, kun suunnitellaan tehomuuntimia tai vastaavia malleja.<\/p>\n
Piikarbiditransistoreilla on korkeat l\u00e4pily\u00f6ntij\u00e4nnitteet, joiden ansiosta ne voivat toimia korkeammissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa kuin muut puolijohteet, mik\u00e4 tekee niist\u00e4 eritt\u00e4in k\u00e4ytt\u00f6kelpoisia korkean l\u00e4mp\u00f6tilan sovelluksissa, kuten s\u00e4hk\u00f6ajoneuvojen virtal\u00e4hteiss\u00e4 tai avaruuslentojen laitteissa. Koska ne auttavat v\u00e4hent\u00e4m\u00e4\u00e4n n\u00e4iden laitteiden l\u00e4mm\u00f6ntuottoa, ne voivat parantaa tehokkuutta ja samalla lis\u00e4t\u00e4 luotettavuutta.<\/p>\n
Piikarbidi on jo pitk\u00e4\u00e4n tunnustettu puolijohdemateriaaliksi, joka voi johtaa s\u00e4hk\u00f6\u00e4, kun sit\u00e4 seostetaan tietyill\u00e4 ep\u00e4puhtauksilla, mutta t\u00e4st\u00e4 materiaalista valmistettuja kaupallisia laatulaitteita on kuitenkin vasta \u00e4skett\u00e4in toteutettu, koska sen kiteisyys muodostuu yli 150 polytyypiksi, mik\u00e4 tekee elektronisten laitteiden valmistukseen soveltuvasta kasvusta haastavampaa kuin aiemmin on odotettu.<\/p>\n
N\u00e4iden uusien tehopuolijohteiden luomiseksi on k\u00e4ytetty ainutlaatuista k\u00e4sittelytekniikkaa. T\u00e4h\u00e4n on p\u00e4\u00e4sty k\u00e4ytt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 hiiliionis\u00e4teit\u00e4 ja sen j\u00e4lkeen termist\u00e4 hapetusta tai molempia prosesseja yhdess\u00e4 hiilityhji\u00f6iden vikatiheyden v\u00e4hent\u00e4miseksi.<\/p>\n
SiC-laitteissa on tyypillisesti unipolaarinen transistorirakenne, jonka pintakerrokseen on asennettu metallianodi tai p+n-diodi ja n-kerros (j\u00e4nnitteen estoalue), joka on kytketty matalaresistanssiseen substraattiin, joka sallii virran kulun positiivisissa bias-olosuhteissa ja est\u00e4\u00e4 kaiken virran negatiivisissa bias-olosuhteissa. T\u00e4m\u00e4 j\u00e4rjestely sallii virran kulun positiivisesti j\u00e4nnitteisen\u00e4 mutta est\u00e4\u00e4 sen t\u00e4ysin negatiivisesti j\u00e4nnitteisen\u00e4.<\/p>\n
Piikarbidi (SiC) tunnetaan hyvin hiomamateriaalina ja luodinkest\u00e4vien liivien keramiikan komponenttina, mutta sen puolijohdeominaisuudet tekev\u00e4t siit\u00e4 my\u00f6s mahdollisen piipohjaisten laitteiden korvaajan tehoelektroniikan sovelluksissa. SiC-laitteilla on korkea estoj\u00e4nnite, nopeat kytkent\u00e4ajat ja alhainen kytkent\u00e4vastus, jotka auttavat v\u00e4hent\u00e4m\u00e4\u00e4n h\u00e4vi\u00f6it\u00e4 sovelluksissa, kuten s\u00e4hk\u00f6ajoneuvojen ajovirtasuuntaajissa ja ajoneuvolatureissa.<\/p>\n
Piikarbidin s\u00e4hk\u00f6iset ominaisuudet ovat jo pitk\u00e4\u00e4n olleet perinteisi\u00e4 piipuolijohteita paremmat. T\u00e4ll\u00e4 laajan kaistaleveyden materiaalilla on erityisesti eritt\u00e4in korkea sulamispiste, alhainen dielektrisyysvakio ja eritt\u00e4in korkea l\u00e4pily\u00f6ntikent\u00e4n voimakkuus sek\u00e4 korkea elektronien driftnopeus ja l\u00e4mm\u00f6njohtavuus, mik\u00e4 tekee siit\u00e4 erinomaisen ehdokkaan k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4ksi elektronisten puolijohdekomponenttien tuotannossa.<\/p>\n
Viime aikoihin asti piikarbidista valmistetut kaupalliset laatulaitteet olivat kuitenkin vaikeasti saavutettavissa, koska piikarbidi on hyvin monityyppinen; MOSFET-valmistuksessa tarvittavien suurten yksikiteisten ja ohuiden kalvojen luominen on osoittautunut eritt\u00e4in haastavaksi.<\/p>\n
Cree ja muut yritykset onnistuivat saavuttamaan l\u00e4pimurron piikarbiditeknologiassa Gate-Injectionin k\u00e4ytt\u00f6\u00f6noton my\u00f6t\u00e4. T\u00e4m\u00e4n prosessin ansiosta laitteita voidaan ohjata pienemm\u00e4ll\u00e4 porttivirralla, jolloin niiden p\u00e4\u00e4ll\u00e4olovastuksen l\u00e4mp\u00f6tilariippuvuus pienenee ja suorituskyky paranee.<\/p>\n
N\u00e4in ollen MOSFETeja voidaan turvallisesti ajaa korkeampiin k\u00e4ytt\u00f6j\u00e4nnitteisiin ilman, ett\u00e4 niiden p\u00e4\u00e4ll\u00e4olovastus tai loisvaikutukset, kuten porttioksidivuodot, lis\u00e4\u00e4ntyv\u00e4t - t\u00e4m\u00e4 tarjoaa merkitt\u00e4vi\u00e4 etuja verrattuna perinteisiin IGBT- ja bipolaaritransistoreihin, jotka vaativat mitoituksen alentamista, kun niit\u00e4 ajetaan nimellisarvojaan suuremmiksi.<\/p>\n
UnitedSiC liittyi Qorvon yritysperheeseen marraskuussa 2021, ja se tarjoaa piikarbidi-FET:i\u00e4, joilla on matala kytkent\u00e4vastus ja joiden nimellisarvo on 750V\/6mOhm ja jotka parantavat hy\u00f6tysuhdetta, mik\u00e4 on elint\u00e4rke\u00e4\u00e4 suuritehoisissa sovelluksissa, kuten s\u00e4hk\u00f6ajoneuvojen (EV) ajovaihtosuuntaajissa, teollisuudessa k\u00e4ytett\u00e4viss\u00e4 tehonmuuntimissa ja uusiutuvan energian j\u00e4rjestelmiss\u00e4. N\u00e4iden FET:ien avulla suunnittelijat voivat pienent\u00e4\u00e4 j\u00e4rjestelm\u00e4n kokoa, painoa ja monimutkaisuutta ja parantaa samalla tehotiheytt\u00e4 ja luotettavuutta - keskeisi\u00e4 ominaisuuksia, jotka ovat kriittisi\u00e4 suunnittelun kannalta.<\/p>\n
Pii on yksi yleisimmin k\u00e4ytetyist\u00e4 puolijohteista elektronisissa laitteissa. Mutta koska sen rajoitukset suuritehosovelluksissa l\u00e4hestyv\u00e4t rajojaan, kaksi yhdistelm\u00e4puolijohdekomponenttia tarjoavat ratkaisuja: galliumnitridi- (GaN) ja piikarbiditransistorit (SiC). Kummallakin on ainutlaatuisia etuja, jotka tekev\u00e4t niist\u00e4 erinomaisia vaihtoehtoja tavanomaisille IGBT- ja Si-MOSFET-piireille tehomuunnospiireiss\u00e4.<\/p>\n
Yhdistelm\u00e4puolijohteilla on leve\u00e4 kaistaleveys, jonka ansiosta ne voivat toimia paljon korkeammissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa kuin piipohjaiset vastineensa. \"Leve\u00e4\" viittaa niiden valenssi- ja johtokaistojen v\u00e4liseen energia-aukkoon, joka on noin kolme kertaa laajempi kuin piin 1,12 eV:n aukko, jolloin laitteet, joilla on t\u00e4llainen laajempi aukko, voivat k\u00e4sitell\u00e4 suurempia j\u00e4nnitteit\u00e4 ja virtoja ilman l\u00e4mp\u00f6aktivoitumisen aiheuttamia h\u00e4iri\u00f6it\u00e4.<\/p>\n
GaN ja SiC voivat toimia korkeammilla kytkent\u00e4taajuuksilla, mik\u00e4 puolestaan mahdollistaa tehoh\u00e4vi\u00f6iden v\u00e4hent\u00e4misen ja tehokkuuden lis\u00e4\u00e4misen elektroniikkapiireiss\u00e4. GaN ja SiC ovat my\u00f6s kymmenen kertaa piin j\u00e4nnitteen sietokyky\u00e4 parempia, joten ne soveltuvat hyvin esimerkiksi nopeisiin unipolaarisiin kytkimiin.<\/p>\n
N\u00e4m\u00e4 puolijohteet hy\u00f6tyv\u00e4t suuremmista kaistanleveyksist\u00e4, jotka mahdollistavat perinteisi\u00e4 piilaitteita ohuempien kiekkojen valmistuksen, mik\u00e4 johtaa pienemp\u00e4\u00e4n kytkent\u00e4vastukseen ja laitteiden kriittisen l\u00e4pily\u00f6ntikent\u00e4n kasvuun. Lis\u00e4ksi t\u00e4m\u00e4 suurempi kriittinen rikkoutumiskentt\u00e4 mahdollistaa sen, ett\u00e4 pienemmill\u00e4 laitteilla, joilla on sama nimellisj\u00e4nnite kuin pienemmill\u00e4 laitteilla, voidaan saavuttaa tietty nimellisj\u00e4nnite kustannustehokkaammin ja pienent\u00e4\u00e4 tehomuuntimien kokoa kokonaisuudessaan.<\/p>\n
S\u00e4hk\u00f6ajoneuvojen kysynn\u00e4n kasvaessa tarvitaan my\u00f6s luotettavia tehoelektroniikkaj\u00e4rjestelmi\u00e4, jotka pystyv\u00e4t k\u00e4sittelem\u00e4\u00e4n ja muuntamaan s\u00e4hk\u00f6energiaa k\u00e4ytt\u00f6kelpoiseksi tehoksi. Vaikka piipohjaisilla puolijohteilla on rajoituksensa, kun niit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n tehonmuuntopiirien komponentteina, uusi kehitys on laajentanut mahdollisuuksia laajakaistaisilla puolijohteilla.<\/p>\n
N\u00e4m\u00e4 uudet teknologiat tekev\u00e4t tehonmuuntoj\u00e4rjestelmist\u00e4 huomattavasti pienempi\u00e4 ja tehokkaampia kuin koskaan aikaisemmin. Cree esitteli hiljattain alan ensimm\u00e4isen kuusipakkaisen SiC MOSFET-tehomoduulin, joka on pakattu alan standardiin 45 mm:n pakkaukseen ja joka v\u00e4hent\u00e4\u00e4 tehoh\u00e4vi\u00f6t\u00e4 jopa 75%, kun samalla tehotiheys kasvaa 50% ja j\u00e4rjestelm\u00e4n kokonaiskustannukset alenevat 70%.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide power devices play an integral part in improving energy efficiency of electric vehicles due to their excellent material properties. Silicon carbide in its pure form behaves as an insulator; however, when doped with impurities (dopants), it can transform into an electronic semiconductor. Dopants for this use include nitrogen or phosphorous doping for n-type […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-563","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/563","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=563"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/563\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":564,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/563\/revisions\/564"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=563"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=563"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=563"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}