Kiselkarbid h\u00e5ller p\u00e5 att revolutionera kraftelektroniken. Den h\u00e5ller l\u00e5ngsamt p\u00e5 att ers\u00e4tta traditionella kiseltransistorer samtidigt som den erbjuder betydande prestandaf\u00f6rb\u00e4ttringar.<\/p>\n
P\u00e5 grund av materialets fysiska och elektroniska egenskaper kan ingenj\u00f6rer k\u00e4nna sig tveksamma till att anv\u00e4nda denna teknik. Tyv\u00e4rr kan missuppfattningar hindra dem fr\u00e5n att anv\u00e4nda den fullt ut.<\/p>\n
Kiselkarbid f\u00f6rekommer naturligt som \u00e4delstenar av moissanit och syntetiskt framst\u00e4llda. B\u00e5da formerna kan \u00e4ndras till att bete sig som halvledare genom dopning med element som aluminium, bor, gallium och kv\u00e4ve.<\/p>\n
Kiselkarbid (SiC) \u00e4r ett elektroniskt material som finns naturligt i mycket sm\u00e5 m\u00e4ngder i meteoriter, korundavlagringar och kimberlitbergarter, medan det mesta SiC i elektroniska apparater kommer fr\u00e5n syntetiska k\u00e4llor. SiC utg\u00f6r ett ekonomiskt alternativ till traditionella kiselhalvledare n\u00e4r det g\u00e4ller kr\u00e4vande str\u00f6m-\/sp\u00e4nningskrav i kr\u00e4vande applikationer som dessa.<\/p>\n
SiC-transistorer har f\u00e5tt en plats bland experter p\u00e5 kraftelektronik tack vare sin imponerande h\u00f6ga genomslagssp\u00e4nning. Tack vare att det kritiska elektriska f\u00e4ltet \u00e4r 10 g\u00e5nger st\u00f6rre \u00e4n f\u00f6r kisel kan SiC fungera med betydligt l\u00e4gre driftlagerresistans per yta, vilket ger imponerande h\u00f6ga motst\u00e5ndssp\u00e4nningar och extremt l\u00e5ga on-resistansv\u00e4rden.<\/p>\n
H\u00e5rdkopplande topologier som effektfaktorkorrigering med totempol och synkron boost \u00e4r m\u00f6jliga med IGBT:er, men deras h\u00f6gre tillslagsmotst\u00e5nd leder till betydande v\u00e4rmeutveckling och kopplingsf\u00f6rluster med IGBT:er och bipol\u00e4ra transistorer, vilket leder till betydande v\u00e4rmeutveckling och kopplingsf\u00f6rluster.<\/p>\n
SiC:s breda bandgap m\u00f6jligg\u00f6r mindre gateoxidlager, vilket leder till l\u00e4gre parasitelement och d\u00e4rmed l\u00e4gre on-resistans och f\u00f6rb\u00e4ttrad prestanda - en f\u00f6rdel som \u00e4r s\u00e4rskilt f\u00f6rdelaktig i h\u00f6ghastighetsswitchapplikationer d\u00e4r h\u00f6ga frekvenser m\u00e5ste hanteras utan att skapa \u00f6verdriven v\u00e4rme.<\/p>\n
SiC \u00e4r v\u00e4lk\u00e4nt f\u00f6r sin \u00f6verl\u00e4gsna prestanda vid h\u00f6ga hastigheter, men dess v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga \u00e4r \u00e4nnu b\u00e4ttre, mer \u00e4n tre g\u00e5nger h\u00f6gre \u00e4n kislets. Detta g\u00f6r att enheter tillverkade av SiC kan avleda stora m\u00e4ngder \u00f6verskottsenergi \u00e4ven vid h\u00f6gre temperaturer utan att skada interna strukturer - n\u00e5got som kiselenheter inte kan g\u00f6ra p\u00e5 ett effektivt s\u00e4tt, vilket leder till h\u00f6gre effektt\u00e4thet och minskade f\u00f6rluster.<\/p>\n
Kiselkarbid, som i naturen ofta kallas moissanit, \u00e4r en sammans\u00e4ttning av kisel och kol som finns naturligt som ett bl\u00e5svart mineral med halvledaregenskaper. Eftersom elektroniska enheter som transistorer alstrar v\u00e4rme under drift \u00e4r material som snabbt kan avleda den viktiga komponenter.<\/p>\n
Kiselkarbidens v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga spelar en viktig roll n\u00e4r det g\u00e4ller att avleda v\u00e4rme som produceras. En h\u00f6gre v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga g\u00f6r att halvledaranordningar kan svalna snabbare n\u00e4r de \u00e4r avst\u00e4ngda.<\/p>\n
Kiselkarbidens \u00f6verl\u00e4gsna v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga kan f\u00f6rklaras av dess mycket h\u00f6gre gitterdefektdensitet j\u00e4mf\u00f6rt med andra halvledare som galliumnitrid. Detta g\u00f6r att mer v\u00e4rme kan komma ut fr\u00e5n ytan p\u00e5 ett chip och sedan l\u00e4tt kylas bort med hj\u00e4lp av vatten- eller luftkylning.<\/p>\n
Kiselkarbidens t\u00e4ta struktur och reducerade gittert\u00f6jning g\u00f6r den \u00f6verl\u00e4gsen andra halvledarmaterial som kisel n\u00e4r det g\u00e4ller prestandareducerande dislokationsbildning.<\/p>\n
Forskare som studerar kiselkarbid har unders\u00f6kt olika faktorer som p\u00e5verkar dess v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga f\u00f6r att b\u00e4ttre f\u00f6rst\u00e5 varf\u00f6r detta material har s\u00e5 h\u00f6g v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga, t.ex. gitterinneh\u00e5ll av syre\/kv\u00e4ve, porositet, kornstorlek, fasomvandling och additivsammans\u00e4ttning. Genom att utv\u00e4rdera dessa element individuellt och uppt\u00e4cka samband mellan dem som f\u00f6rklarar varf\u00f6r specifika aspekter av materialet uppvisar h\u00f6g v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga - kunskap som sedan kan anv\u00e4ndas f\u00f6r att ytterligare f\u00f6rb\u00e4ttra det.<\/p>\n
Kiselkarbid, vanligen ben\u00e4mnt med det kemiska namnet SiC, \u00e4r en kemisk f\u00f6rening som best\u00e5r av kisel och kol och som kan massproduceras. Den finns naturligt i mineralet moissanite och har halvledaregenskaper och anv\u00e4nds som slipmedel, keramiskt material och r\u00e5material i metallframst\u00e4llningsindustrin.<\/p>\n
Transistorer av kiselkarbid har h\u00f6gre blockeringssp\u00e4nning och l\u00e4gre specifik on-resistans \u00e4n traditionella IGBT:er av kisel, vilket m\u00f6jligg\u00f6r h\u00f6gre kopplingshastigheter \u00e4n motsvarande transistorer av kisel och d\u00e4rmed ger ingenj\u00f6rerna fler m\u00f6jligheter till systemoptimering f\u00f6r att skapa mindre och l\u00e4ttare konstruktioner med b\u00e4ttre effektomvandlingseffektivitet - bland annat s\u00e5dana som anv\u00e4nds som traktionsomriktare f\u00f6r elfordon.<\/p>\n
Men \u00e4ven om effekthalvledare med brett bandgap, som SiC, kan ge m\u00e5nga f\u00f6rdelar, har dessa enheter nackdelar. Ett viktigt problem med att anv\u00e4nda s\u00e5dana halvledare \u00e4r deras of\u00f6rm\u00e5ga att klara h\u00f6ga temperaturer - detta leder till problem som \u00f6kad l\u00e4ckstr\u00f6m i off state-applikationer och minskad tillf\u00f6rlitlighet.<\/p>\n
Ingenj\u00f6rerna har b\u00f6rjat anv\u00e4nda avancerad teknik som arbetar med h\u00f6gre switchfrekvenser, vilket ger f\u00f6rdelar som l\u00e4gre ledningsf\u00f6rluster, snabbare switchning och h\u00f6gre verkningsgrad - vilket g\u00f6r att kraftsystemen kan arbeta mer effektivt, minska storleken p\u00e5 passiva komponenter f\u00f6r energilagringssystem och st\u00f6dja en rad olika slutanv\u00e4ndarapplikationer, t.ex. omriktare f\u00f6r elfordon, kretsskydd och f\u00f6rnybar energi.<\/p>\n
Tekniker med brett bandgap som SiC har potential att ers\u00e4tta traditionellt kisel i vissa applikationer, men deras \u00f6kade switchfrekvens inneb\u00e4r en del unika utmaningar som m\u00e5ste hanteras med hj\u00e4lp av avancerade tillverkningsmetoder och precisionstestverktyg. I det h\u00e4r blogginl\u00e4gget g\u00e5r vi igenom vad som \u00e4r viktigt att t\u00e4nka p\u00e5 n\u00e4r man v\u00e4ljer krafthalvledare f\u00f6r h\u00f6ga hastigheter samt n\u00e5gra b\u00e4sta metoder f\u00f6r att anv\u00e4nda dem effektivt i konstruktioner.<\/p>\n
Kisel anv\u00e4nds ofta i elektronik, men n\u00e4r det anv\u00e4nds i h\u00f6geffektsapplikationer b\u00f6rjar det visa sina begr\u00e4nsningar. Kiselkarbid, i j\u00e4mf\u00f6relse, erbjuder ett mycket bredare bandgap och fungerar vid h\u00f6gre temperaturer - vilket ger mer kraft och hastighet samt minskade drivkrav och f\u00f6rb\u00e4ttrad kretsdesign.<\/p>\n
Detta \u00e4r s\u00e4rskilt relevant f\u00f6r h\u00f6gfrekventa applikationer som soft-switching LLC eller TPPFC (transition phase power factor correction). Minority carrier-enheter anv\u00e4nds ofta f\u00f6r att minska IGBT:ernas p\u00e5slagningsmotst\u00e5nd vid dessa frekvenser, men deras betydande kopplingsf\u00f6rlust och v\u00e4rmeutveckling begr\u00e4nsar anv\u00e4ndningen vid h\u00f6gre frekvenser. Omv\u00e4nt m\u00f6jligg\u00f6r majoritetsb\u00e4rv\u00e5gsenheter (Schottky-barri\u00e4rdioder och MOSFETs) i SiC-halvledare h\u00f6gre m\u00e4rksp\u00e4nningar med l\u00e4gre p\u00e5slagningsmotst\u00e5nd.<\/p>\n
SiC-halvledare har h\u00f6g genomslagsstyrka, vilket m\u00f6jligg\u00f6r tunnare driftlager och d\u00e4rmed minskad on-resistans j\u00e4mf\u00f6rt med deras motsvarigheter i metall, vilket ger idealiska f\u00f6ruts\u00e4ttningar f\u00f6r snabba kopplingshastigheter. I kombination med de kortare grindl\u00e4ngderna g\u00f6r detta SiC MOSFET:er l\u00e4mpliga f\u00f6r snabba v\u00e4xlingshastigheter.<\/p>\n
Ren kiselkarbid \u00e4r till sin natur en elektrisk isolator, men genom att tills\u00e4tta f\u00f6roreningar (dop\u00e4mnen) eller dopningsmedel kan den omvandlas till en elektronisk halvledare. Kv\u00e4ve- och fosfordopning resulterar i en halvledare av n-typ medan dopning med beryllium, bor, aluminium eller gallium kan skapa en halvledare av p-typ.<\/p>\n
SiC MOSFETs har orsakat ett dramatiskt skifte inom kraftelektroniken. Med h\u00f6gre blockeringssp\u00e4nning, snabbare kopplingstider och l\u00e4gre on-resistans \u00e4n sina motsvarigheter i kisel visar SiC MOSFETs v\u00e4gen f\u00f6r framtida generationer av kraftelektroniska enheter.<\/p>\n
Kiselbaserade kraftkomponenter som bipol\u00e4ra transistorer med isolerad grind (IGBT) och kiselsuperjunkter har l\u00e4nge varit tillf\u00f6rlitliga kraftk\u00e4llor, men n\u00e4r de uts\u00e4tts f\u00f6r h\u00f6gre temperaturer eller switchfrekvenser b\u00f6rjar de visa sina begr\u00e4nsningar. Halvledare med brett bandgap, som MOSFETs av kiselkarbid, erbjuder banbrytande prestandal\u00f6sningar som kan \u00f6vervinna dessa begr\u00e4nsningar.<\/p>\n
Kiselkarbid (SiC) har l\u00e4nge anv\u00e4nts som slipmedel i slipskivor och keramik, men p\u00e5 senare tid har SiC ocks\u00e5 b\u00f6rjat anv\u00e4ndas i stor utstr\u00e4ckning f\u00f6r att ers\u00e4tta traditionella kiselbaserade kraftaggregat i h\u00f6geffektselektronik. Detta anm\u00e4rkningsv\u00e4rda skifte drivs p\u00e5 av SiC:s exceptionella fysiska och elektroniska egenskaper; en legering som best\u00e5r av kisel och kol.<\/p>\n
Som \u00e4r vanligt med sammansatta halvledare uppvisar SiC polytypism med olika kristallstrukturer som bildas beroende p\u00e5 hur dess kemiska sammans\u00e4ttning varierar i en dimension. 4H-SiC-polytypen \u00e4r allm\u00e4nt f\u00f6redragen f\u00f6r kraftapplikationer p\u00e5 grund av sin t\u00e4tt packade hexagonala atomstruktur som m\u00f6jligg\u00f6r snabba kopplingstider och h\u00f6g blockeringssp\u00e4nning.<\/p>\n
Kisel- och SiC-enheter skiljer sig \u00e5t i prestanda till stor del p\u00e5 grund av deras bandgapsbredd, den m\u00e4ngd energi som kr\u00e4vs f\u00f6r att v\u00e4xla fr\u00e5n ett isolerande tillst\u00e5nd till ett ledande tillst\u00e5nd. Ett bredare bandgap g\u00f6r att mer elektrisk energi kan \u00f6verf\u00f6ras snabbare och effektivare - en f\u00f6rdel som \u00e4r s\u00e4rskilt anv\u00e4ndbar i h\u00f6geffektsapplikationer som t.ex. traktionsomvandlare f\u00f6r elfordon.<\/p>\n
SiC:s l\u00e4gre v\u00e4rmemotst\u00e5nd \u00e4n traditionella kiselkomponenter \u00e4r en annan viktig f\u00f6rdel som m\u00f6jligg\u00f6r mindre induktiva och kapacitiva komponenter och d\u00e4rmed l\u00e4gre totala systemf\u00f6rluster (inklusive ledningsf\u00f6rluster och f\u00f6rluster i kopplingseffekt). I en halvbryggsv\u00e4xelriktare kan detta leda till h\u00f6gre effektivitet och l\u00e4gre systemkostnad.<\/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\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/387","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=387"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/387\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":388,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/387\/revisions\/388"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=387"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=387"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=387"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}