Silisiumkarbid er i ferd med \u00e5 revolusjonere kraftelektronikken. Det er i ferd med \u00e5 erstatte tradisjonelle silisiumtransistorer, samtidig som det gir betydelige ytelsesforbedringer.<\/p>\n
P\u00e5 grunn av materialets fysiske og elektroniske egenskaper kan ingeni\u00f8rer vegre seg for \u00e5 ta i bruk denne teknologien. Dessverre kan misoppfatninger hindre dem i \u00e5 ta den i bruk fullt ut.<\/p>\n
Silisiumkarbid forekommer naturlig som moissanitt og syntetisk fremstilt. Begge former kan endres til \u00e5 oppf\u00f8re seg som halvledere ved doping med grunnstoffer som aluminium, bor, gallium og nitrogen.<\/p>\n
Silisiumkarbid (SiC) er et elektronisk materiale som finnes naturlig i sv\u00e6rt sm\u00e5 mengder i meteoritter, korundavleiringer og kimberlittbergarter, mens det meste av SiC i elektroniske enheter kommer fra syntetiske kilder. SiC er et \u00f8konomisk alternativ til tradisjonelle silisiumhalvledere n\u00e5r det stilles h\u00f8ye str\u00f8m-\/spenningskrav i krevende bruksomr\u00e5der som dette.<\/p>\n
SiC-transistorer har gjort seg fortjent til en plass blant kraftelektronikkeksperter p\u00e5 grunn av sin imponerende h\u00f8ye gjennomslagsspenning. Takket v\u00e6re det 10 ganger st\u00f8rre kritiske elektriske feltet enn i silisium, kan SiC-enheter fungere med betydelig redusert driftlagsmotstand per areal, noe som gir imponerende h\u00f8ye motstandsspenninger og ekstremt lav innkoblingsmotstand.<\/p>\n
Med IGBT-er er det mulig \u00e5 bruke hard-switching-topologier som totempol-effektfaktorkorreksjon og synkron boost, mens IGBT-er og bipolare transistorer har h\u00f8yere turn-on-motstand, noe som f\u00f8rer til betydelig varmeutvikling og switching-tap.<\/p>\n
SiCs brede b\u00e5ndgap gir mulighet for mindre gateoksidlag, noe som f\u00f8rer til f\u00e6rre parasittiske elementer og dermed lavere p\u00e5-motstand og forbedret ytelse - en fordel som er spesielt gunstig i h\u00f8yhastighetssvitsjingsapplikasjoner der h\u00f8ye frekvenser m\u00e5 st\u00f8ttes uten \u00e5 skape for mye varme.<\/p>\n
SiC er velkjent for sin overlegne ytelse ved h\u00f8ye hastigheter, men varmeledningsevnen er enda bedre, mer enn tre ganger s\u00e5 h\u00f8y som for silisium. Dette gj\u00f8r at enheter laget av SiC kan avlede store mengder overskuddseffekt selv ved h\u00f8ye temperaturer uten \u00e5 skade de interne strukturene - noe silisiumenheter ikke kan gj\u00f8re p\u00e5 en effektiv m\u00e5te, noe som f\u00f8rer til h\u00f8yere effekttetthet og mindre tap.<\/p>\n
Silisiumkarbid, som i naturen ofte kalles moissanitt, er en sammensetning av silisium og karbon som finnes naturlig som et bl\u00e5svart mineral med halvlederegenskaper. Fordi elektroniske enheter som transistorer genererer varme under drift, er materialer som er i stand til \u00e5 avlede varmen raskt, viktige komponenter.<\/p>\n
Silisiumkarbidets varmeledningsevne spiller en viktig rolle n\u00e5r det gjelder \u00e5 lede bort varmen som produseres. En h\u00f8yere varmeledningsevne gj\u00f8r at halvlederenheter kj\u00f8les ned raskere n\u00e5r de er sl\u00e5tt av.<\/p>\n
Silisiumkarbid har en overlegen varmeledningsevne som kan forklares med at det har en mye h\u00f8yere tetthet av gitterdefekter enn andre halvledere, som galliumnitrid. Dette gj\u00f8r at mer varme kan slippe ut av overflaten p\u00e5 en chip og deretter enkelt kj\u00f8les ned ved hjelp av vann- eller luftkj\u00f8ling.<\/p>\n
Silisiumkarbid har en tett struktur og redusert gitterspenning, noe som gj\u00f8r det overlegent andre halvledermaterialer som silisium n\u00e5r det gjelder \u00e5 redusere dannelsen av dislokasjoner.<\/p>\n
Forskere som studerer silisiumkarbid, har unders\u00f8kt ulike faktorer som p\u00e5virker varmeledningsevnen for \u00e5 bedre forst\u00e5 hvorfor dette materialet har s\u00e5 h\u00f8y varmeledningsevne, for eksempel gitterinnhold av oksygen\/nitrogen, por\u00f8sitet, kornst\u00f8rrelse, fasetransformasjon og tilsetningsstoffsammensetning. Ved \u00e5 evaluere disse elementene hver for seg og oppdage sammenhenger mellom dem som forklarer hvorfor spesifikke aspekter ved materialet har h\u00f8y varmeledningsevne - kunnskap som deretter kan brukes til \u00e5 forbedre det ytterligere.<\/p>\n
Silisiumkarbid, bedre kjent under det kjemiske navnet SiC, er en kjemisk forbindelse som best\u00e5r av silisium og karbon, og som kan masseproduseres. Det finnes naturlig som moissanittmineral og har halvlederegenskaper, og det har blitt brukt som slipemiddel, keramisk materiale og r\u00e5materiale i metallproduksjonsindustrien.<\/p>\n
Silisiumkarbidtransistorer har st\u00f8rre blokkeringsspenningskapasitet og lavere spesifikk on-motstand enn tradisjonelle silisium-IGBT-er, noe som muliggj\u00f8r h\u00f8yere koblingshastigheter enn tilsvarende silisiumtransistorer og dermed gir ingeni\u00f8rer flere systemoptimaliseringsmuligheter for \u00e5 skape mindre, lettere konstruksjoner med bedre effektkonverteringseffektivitet - inkludert de som brukes som traksjonsomformere i elektriske kj\u00f8ret\u00f8y.<\/p>\n
Men selv om effekthalvledere med bredt b\u00e5ndgap, som SiC, kan ha mange fordeler, har disse enhetene ogs\u00e5 ulemper. Et av hovedproblemene med slike halvledere er at de ikke t\u00e5ler h\u00f8ye temperaturer - noe som f\u00f8rer til problemer som \u00f8kt lekkasjestr\u00f8m i off-state-applikasjoner og redusert p\u00e5litelighet.<\/p>\n
Ingeni\u00f8rene har begynt \u00e5 bruke banebrytende teknologier som opererer ved h\u00f8yere koblingsfrekvenser, noe som gir fordeler som lavere ledningstap, raskere kobling og \u00f8kt effektivitet - noe som gj\u00f8r at kraftsystemer kan fungere mer effektivt, redusere st\u00f8rrelsen p\u00e5 passive komponenter for energilagringssystemer og st\u00f8tte en rekke bruksomr\u00e5der, som for eksempel omformere for elektriske kj\u00f8ret\u00f8y, kretsbeskyttelse og fornybar energi.<\/p>\n
Teknologier med bredt b\u00e5ndgap, som SiC, har potensial til \u00e5 erstatte tradisjonelt silisium i visse bruksomr\u00e5der, men den \u00f8kte koblingsfrekvensen byr p\u00e5 noen unike utfordringer som m\u00e5 l\u00f8ses ved hjelp av avanserte produksjonsmetoder og presise testverkt\u00f8y. I dette blogginnlegget tar vi for oss de viktigste faktorene som m\u00e5 tas i betraktning ved valg av h\u00f8yhastighets halvledere, samt noen av de beste fremgangsm\u00e5tene for \u00e5 bruke dem effektivt i konstruksjoner.<\/p>\n
Silisium er mye brukt i elektronikk, men n\u00e5r det brukes til h\u00f8yeffektsapplikasjoner, begynner det \u00e5 vise sine begrensninger. Silisiumkarbid, til sammenligning, har et mye bredere b\u00e5ndgap og fungerer ved h\u00f8yere temperaturer - noe som gir mer effekt og hastighet, samt reduserte krav til frekvensomformer og bedre kretsdesign.<\/p>\n
Dette er spesielt relevant for h\u00f8yfrekvente applikasjoner som soft-switching LLC eller TPPFC (overgangsfase effektfaktorkorreksjon). Minoritetsb\u00e6rerenheter brukes ofte for \u00e5 redusere IGBT-enhetenes innkoblingsmotstand ved disse frekvensene, men det betydelige koblingstapet og varmeutviklingen begrenser bruken av dem ved h\u00f8yere frekvenser. Majority carrier-enheter (Schottky-barrieredioder og MOSFET-er) i SiC-halvledere muliggj\u00f8r derimot h\u00f8yere spenningsverdier med redusert p\u00e5koblingsmotstand.<\/p>\n
SiC-halvledere har h\u00f8y gjennomslagsstyrke, noe som gir tynnere driftlag og f\u00f8lgelig redusert p\u00e5-motstand sammenlignet med tilsvarende metallhalvledere, noe som gir ideelle forhold for raske koblingshastigheter. Sammen med de kortere gatelengdene gj\u00f8r dette SiC MOSFET-er egnet for raske koblingshastigheter.<\/p>\n
Rent silisiumkarbid er fra naturens side en elektrisk isolator, men ved \u00e5 tilsette urenheter (dopingstoffer) kan det omdannes til en elektronisk halvleder. Doping med nitrogen og fosfor resulterer i en halvleder av n-typen, mens doping med beryllium, bor, aluminium eller gallium kan skape en halvleder av p-typen.<\/p>\n
SiC MOSFET-er har for\u00e5rsaket et dramatisk skifte innen kraftelektronikk. SiC MOSFET-er kan skilte med h\u00f8yere blokkeringsspenning, raskere koblingstider og lavere on-motstand enn sine motstykker i silisium, og de baner vei for fremtidige generasjoner av kraftelektroniske enheter.<\/p>\n
Silisiumbaserte kraftkomponenter som IGBT-er (Insulated Gate Bipolar Transistors) og silisium-superjunksjoner har lenge v\u00e6rt p\u00e5litelige kraftkilder, men n\u00e5r de utsettes for h\u00f8yere temperaturer eller koblingsfrekvenser, begynner de \u00e5 vise sine begrensninger. Halvledere med bredt b\u00e5ndgap, som MOSFET-er av silisiumkarbid, tilbyr banebrytende ytelsesl\u00f8sninger som kan overvinne disse begrensningene.<\/p>\n
Silisiumkarbid (SiC) har lenge v\u00e6rt brukt som slipemiddel p\u00e5 slipeskiver og i keramikk, men i det siste har SiC ogs\u00e5 f\u00e5tt stor utbredelse som erstatning for tradisjonelle silisiumbaserte str\u00f8menheter i h\u00f8yeffektselektronikk. Dette bemerkelsesverdige skiftet skyldes SiCs eksepsjonelle fysiske og elektroniske egenskaper - en legering best\u00e5ende av silisium og karbon.<\/p>\n
Som det er vanlig med sammensatte halvledere, utviser SiC polytypisme med ulike krystallstrukturer som dannes avhengig av hvordan den kjemiske sammensetningen varierer i \u00e9n dimensjon. 4H-SiC-polytypen er foretrukket til kraftapplikasjoner p\u00e5 grunn av den tettpakkede sekskantede atomstrukturen som muliggj\u00f8r raske koblingstider og h\u00f8y blokkeringsspenning.<\/p>\n
Silisium- og SiC-enheter har ulik ytelse, hovedsakelig p\u00e5 grunn av b\u00e5ndgapsbredden, som er den energimengden som kreves for \u00e5 g\u00e5 fra en isolerende tilstand til en ledende tilstand. Et bredere b\u00e5ndgap gj\u00f8r det mulig \u00e5 overf\u00f8re mer elektrisk energi raskere og mer effektivt - en fordel som er spesielt nyttig i h\u00f8yeffektsapplikasjoner, som for eksempel traksjonsomformere i elektriske kj\u00f8ret\u00f8y.<\/p>\n
SiCs lavere termiske motstand enn tradisjonelle silisiumkomponenter er en annen viktig fordel, som muliggj\u00f8r mindre induktive og kapasitive komponenter og dermed reduserer de totale systemtapene (inkludert ledningstap og effekttap ved kobling). I en halvbroomformer kan dette resultere i b\u00e5de h\u00f8yere effektivitet og lavere systemkostnader.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide is revolutionizing power electronics. It is slowly replacing traditional silicon transistors while offering significant performance enhancements. Due to the physical and electronic properties of material, engineers may find themselves reluctant to adopt this technology. Unfortunately, misconceptions may hold them back from adopting it fully. Silicon carbide occurs naturally as moissanite gems and synthetically […]<\/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-387","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/387","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=387"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/387\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":388,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/387\/revisions\/388"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=387"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=387"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=387"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}