Electronică de putere utilizând carbură de siliciu coerentă

Carbura de siliciu (SiC) este un material semiconductor anorganic cu un bandgap extrem de larg, care poate acționa alternativ ca conductor sau izolator electric, ceea ce îl face util în electronica de putere datorită conductivității sale electrice superioare față de semiconductorii tradiționali din siliciu.

Laboratoarele EAG au o vastă experiență în realizarea de tehnici analitice în vrac și rezolvate spațial pe probe de SiC.

Electronică de putere la temperaturi ridicate

Vehiculele electrice (VE) necesită dispozitive semiconductoare de putere capabile să funcționeze la temperaturi mai ridicate, pierderi de energie mai mici și viteze de comutare mai mari decât cele realizate din cipuri de siliciu obișnuite. Materialele cu bandă largă, cum ar fi SiC, pot oferi aceste avantaje și s-au dovedit a fi performante în experimentele de laborator; cu toate acestea, fabricarea circuitelor integrate din acest material poate prezenta provocări unice; lanțul său de aprovizionare poate să nu fie încă la fel de dezvoltat ca cel pentru siliciul obișnuit.

Echipa Coherent lucrează din greu pentru a reduce costurile SiC și a scurta termenele de producție, astfel încât producătorii să poată crește eficiența vehiculelor electrice, îndeplinind în același timp cerințele de performanță ale consumatorilor.

Fabrica Coherent din Saxonburg, Pennsylvania, utilizează tehnologia siliciu pe izolator (SOI) pentru a produce plachete epitaxiale SiC de înaltă performanță, cu un diametru de până la 200 mm, utilizând tehnici siliciu pe izolator (SOI). Aceste plachete pot fi utilizate la fabricarea diferitelor dispozitive electronice de putere, cum ar fi MOSFET-urile și IGBT-urile, precum și a amplificatoarelor de putere RF GaN-on-SiC și a altor dispozitive cu microunde.

Procesul SOI de la Coherent oferă un control mai mare asupra creșterii straturilor de SiC, îmbunătățind astfel randamentul și performanța dispozitivului. Coherent oferă capacități complete de caracterizare, inclusiv spectroscopie de emisie optică prin ablație laser cu plasmă cuplată inductiv (LA-ICP-OES) și spectroscopie dispersivă de energie prin microscopie electronică cu baleiaj (SEM-EDS), ambele instrumente utile în identificarea defectelor critice și creșterea randamentului.

Amplificatoare de putere RF de înaltă frecvență

Odată cu extinderea rapidă a rețelelor 5G la nivel mondial, cererea de amplificatoare de putere RF pentru consolidarea transmisiei semnalelor de date wireless a înregistrat o creștere exponențială. Coherent furnizează plachete din carbură de siliciu capabile să funcționeze eficient în aceste noi benzi de înaltă frecvență pe o platformă tehnologică extensibilă.

Substraturile SiC de la această companie ajută electronica de putere să funcționeze mai eficient prin reducerea producției de căldură, micșorând astfel dimensiunile sistemelor de răcire - economisind costurile cu energia și economisind în același timp spațiul necesar sistemelor de răcire.

Semiconductorii SiC pot funcționa la frecvențe mai mari decât cipurile de siliciu pur, crescând viteza și autonomia mașinilor electrice. În plus, semiconductorii SiC produc mai puțină căldură reziduală, rezistând în același timp la temperaturi mai ridicate - ceea ce înseamnă că pot alimenta vehicule mai eficiente, cu o mai bună economie de combustibil.

Investiția comună a Coherent cu firmele japoneze Denso și Mitsubishi Electric îi va permite să crească producția de substraturi de carbură de siliciu de 200 mm și de plachete epitaxiale, precum și să încheie acorduri de furnizare pe termen lung pentru a satisface cerințele de SiC de 150 mm și 200 mm ale firmelor japoneze. În plus, această tranzacție consolidează poziția Coherent pe piața automobilelor - aceasta furnizează deja materiale utilizate pentru fabricarea cipurilor utilizate pentru piesele auto și pentru producția de electronice - fiecare investind $500 milioane fiecare pentru o participație de 12,5% care nu controlează în noua lor unitate de afaceri.

Electronică auto

Electronica de putere fabricată din carbură de siliciu coerentă permite vehiculelor să devină mai eficiente energetic și mai fiabile, să reducă emisiile de dioxid de carbon și să accelereze tranziția către o societate durabilă. Ele permit tehnologia de frânare regenerativă - care convertește energia termică de la frânare în energie electrică care poate fi apoi stocată în bateria unui vehicul electric - precum și controlul și funcționarea sarcinilor electrice mai mari, cum ar fi încălzitoarele, ventilatoarele și mașinile electronice.

Coherent a anunțat formarea Silicon Carbide LLC ca noua sa filială de afaceri SiC, pentru a produce MOSFET-uri GaN-on-SiC și alte dispozitive RF și de microunde pe plachete SiC semiizolante de înaltă calitate, cu un diametru de până la 200 mm. Potrivit Coherent, Denso Automotive - unul dintre principalii furnizori de automobile - și Mitsubishi Electric au investit în mod semnificativ.

Investițiile Coherent vor permite planurile sale de extindere a capacității și vor asigura o aprovizionare fiabilă și scalabilă pentru a satisface cererile în creștere ale pieței pentru dispozitive electronice de putere pe bază de SiC. Coherent anticipează o reducere semnificativă a costurilor prin utilizarea SiC, care este semnificativ mai ieftin decât materialele semiconductoare tradiționale, cum ar fi cipurile de siliciu. În plus, SiC poate rezista la temperaturi mai ridicate decât cipurile de siliciu, ceea ce permite producătorilor să micșoreze sistemele de răcire, reducând astfel greutatea și cerințele de spațiu ale produselor - un aspect important pe măsură ce companiile din industria auto se străduiesc să reducă costurile vehiculelor, crescând în același timp acceptarea vehiculelor electrice de către consumatori.

Stocarea energiei

Cipurile SiC oferă sistemelor de stocare a energiei o eficiență și o densitate a puterii mai mari prin reducerea pierderilor de comutare, funcționarea la temperaturi mai ridicate cu pierderi de curent reduse, precum și prin contribuția la reducerea dimensiunilor și costurilor componentelor, reducând în același timp dimensiunile și costurile componentelor. În plus, această tehnologie facilitează sisteme de răcire mai mici, diminuând și mai mult volumul și greutatea sistemului.

SiC este un material excelent pentru detectarea câmpului magnetic datorită rezonanței sale magnetice naturale, care poate fi utilizată pentru aplicații care implică detectarea câmpului. În plus, timpul său de coerență a spinului este de 10 ori mai mare decât al semiconductorilor convenționali, permițând măsurători rapide și precise care fac SiC-ul potrivit pentru magnetometre de mare viteză, compacte, cu putere redusă și rezoluție ridicată.

Studiile privind defectele din SiC au utilizat rezonanța paramagnetică electronică (EPR) și rezonanța magnetică detectată electric (EDMR), acordând o atenție deosebită vacanțelor de carbon prezente în straturile CVD în stare brută care prezintă timpi lungi de coerență de spin la temperatura camerei9.10,35.

Khan subliniază importanța colaborării strânse a filialei sale Coherent cu principalele companii de sisteme pentru a maximiza învățarea. Înțelegerea factorilor de decizie ai clienților și utilizatorilor finali - cum ar fi, de exemplu, cerințele pieței vehiculelor electrice, cum ar fi raportul dintre costul inițial de achiziție și costul de exploatare, echilibrul dintre autonomia de conducere și timpul de încărcare - este extrem de importantă, potrivit lui Khan.