A szilícium-karbid félvezető eszközök forradalmasítják a teljesítményelektronikát a Yole Development piackutató cég szerint. Ráadásul növekedésük a teljesítmény félvezető eszközök piacán belül gyors. A SiC egy szervetlen vegyület, amely rétegekből, vagyis polytípusokból áll. Ha szennyeződésekkel, például alumíniummal, bórral és galliummal adalékolják, hatékony félvezető anyaggá válik.
Széles sávhézag
A szilíciumkarbid (SiC) egy rendkívül kemény, szilíciumból és szénből álló szintetikus kristályos vegyület, amelyet a 19. század végi feltalálása óta csiszolópapírként, csiszolókorongként, vágószerszámként és ipari kemencebélésként használnak. A SiC továbbá kiváló félvezető szubsztrátként szolgál a fénykibocsátó diódák (LED) számára.
A SiC-ből készült teljesítmény-félvezetők nagyobb feszültséget képesek kezelni, mint a hagyományos szilíciumból készült eszközök, ami kisebb és könnyebb alkatrészeket és alacsonyabb gyártási költségeket eredményez a gyártók számára. Továbbá a SiC magasabb hőmérsékleti értékei egyszerűbb, de megbízhatóbb rendszereket tesznek lehetővé, amelyek képesek a zord körülmények között is működni.
A szilícium-karbid kiemelkedik a legjobb teljesítményt nyújtó anyagok közül, köszönhetően szélesebb sávszélességének, amely lehetővé teszi, hogy hatékonyabban vezesse az áramot, mint az olyan gyakori félvezető anyagok, mint a szilícium. A széles sávszélességű anyagok emellett nagyobb hőmérséklettűréssel és magasabb feszültségpotenciállal rendelkeznek, és magasabb frekvenciákat képesek támogatni, mint szilíciumalapú társaik.
Magas átütési feszültség
A szilícium-karbid (SiC) félvezetők jelentős figyelmet kaptak, mivel a hagyományos szilícium félvezetőkhöz képest magasabb feszültséget és hőmérsékletet képesek elviselni, ugyanakkor az elektronikus eszközökben segítik a teljesítményveszteség és a kapcsolási veszteségek csökkentését, ami az elektronikus eszközök teljesítményének két fontos szempontja.
A Market Research Future becslése szerint a teljesítmény félvezetők piaci bevételei a következő öt évben több mint 10% éves összetett növekedést fognak tapasztalni az elektromos járművek (EV), a megújuló energiaforrások (RE) és az 5G technológia iránti növekvő kereslet miatt - ami a nagyobb teljesítményű és nagyobb hatékonyságú, ugyanakkor kompakt méretű fejlett teljesítményelektronikai technológiák iránti keresletet ösztönzi.
A SiC félvezetők magas átütési feszültséggel büszkélkedhetnek, így tökéletesen alkalmasak teljesítményelektronikai alkalmazásokhoz. Elektromos tulajdonságaik messze felülmúlják a szilícium és a gallium-nitrid tulajdonságait, így a SiC alkalmas 1000V feletti nagyfeszültségű rendszerekhez. Feszültségállóságuk lényegesen alacsonyabb, mint a szilíciumé; a gallium-nitrid ehhez képest rosszul teljesít.
A szénből és szilíciumból álló szilícium-karbid a természetben bőségesen megtalálható, a Földön azonban csak nyomokban fordul elő meteoritokban vagy kőzetlelőhelyeken. Az elmúlt évszázadban azonban az ipari csiszolóanyagokhoz elég könnyen előállítható szintetikusan.
Magas hővezető képesség
a szilícium-karbid kerámia kiváló hővezető képessége miatt kiváló anyagválasztás a teljesítmény félvezető eszközökhöz. A hőnek az eszközökről való elvezetésére való képessége segít csökkenteni az áramkörök hőmérsékletét, növelve a hatékonyságot és a megbízhatóságot, míg a magasabb blokkolófeszültség tovább segíti az eszközök teljesítményét.
A szilícium-karbid (SiC) egy szilíciumból és szénből álló vegyület, amely szokatlanul széles sávhézaggal rendelkezik, így a hagyományos szilícium félvezetőknél magasabb frekvencián, nagyobb feszültségen és gyorsabb kapcsolási sebességgel képes vezetni az áramot, mint szilícium alapú társaik. Mindezek a tulajdonságok a SiC-t kiváló anyagválasztássá teszik a különböző hőmérsékleteken maximális teljesítményt igénylő alkalmazásokhoz.
A szilíciumkarbid kiemelkedik a kerámiaanyagok közül azzal, hogy szilárdságvesztés vagy kémiai instabilitás nélkül bírja a szélsőséges hőmérsékleteket, alacsony hőtágulási rátával rendelkezik, és ellenáll a savaknak és lúgoknak. Továbbá magas Young-modulusa alkalmassá teszi építőipari alkalmazásokhoz.
A Goldman Sachs nemrégiben közzétett egy jelentést, amely szerint a szilíciumkarbid lehetővé teheti az elektromos járművek (EV) energiahatékonyabbá és gyorsabb töltését, ezáltal jelentősen bővítve azok piaci potenciálját. A szilícium-karbid továbbá növelheti az akkumulátorok sűrűségét az energiaveszteségek és az alkatrészek számának csökkentése révén - ami nagyobb teljesítménysűrűséget eredményez a csökkentett alkatrészszám mellett.
Kiváló elektromos vezetőképesség
A szilícium-karbid (SiC) tiszta állapotban elektromos szigetelő; azonban ha ellenőrzött körülmények között szennyeződésekkel adalékolják, félvezető tulajdonságokat nyerhet, amelyek lehetővé teszik az áram szabadabb áthaladását. Ezt a folyamatot nevezzük adalékolásnak. Az adalékolás szabad töltéshordozókat hoz létre, amelyek lehetővé teszik az áram szabadabb áramlását az anyagban.
A SiC nagyobb feszültségek elviselésére való képessége azt jelenti, hogy az ezzel tervezett rendszerek kevesebb kondenzátort és tároló induktivitást igényelnek, ami csökkenti a rendszertervezés összetettségét, miközben javítja a megbízhatóságot, valamint segít csökkenteni a teljesítménykomponensek méret/súly/költség szempontjait, ami végső soron a rendszer költségeinek csökkenéséhez vezet.
A SiC nagyfeszültségű képességei lehetővé teszik, hogy az autóipari inverterek a hagyományos inverterekhez képest magasabb kapcsolási frekvencián működjenek, így optimalizálva az akkumulátorok hatékonyságát és növelve az elektromos járművek hatótávolságát. A megnövelt kapcsolási frekvenciák továbbá kisebb passzívokat és hűtési követelményeket igényelnek, ami a rendszer összetettségének és költségeinek csökkenését eredményezi.
A SiC a modern elektronika kulcsfontosságú eleme, az okostelefonoktól az adatközpontokig. Keménységének, szilárdságának és magas hőmérsékletű környezetben való ellenállóképességének köszönhetően a SiC-t már régóta használják ipari anyagként különböző alkalmazásokban, többek között csiszolóanyagokban, például csiszolópapírban és csiszolókorongokban; golyóálló mellényekhez használt kerámialemezekben; valamint csiszolóanyagokban, például csiszolópapírban.
Kiváló termikus sokkállóság
A szilícium-karbid kerámia egy rendkívül kemény, erős kerámiaanyag, amely egyedülálló rácsszerkezetének és tulajdonságainak köszönhetően kiváló hősokkállósággal és magas hőmérsékletekkel szembeni ellenállással rendelkezik anélkül, hogy szilárdságveszteséget szenvedne. A SiC szokatlan elsődleges koordinációs tetraéderes kristályszerkezete szén- és szilíciumatomokból áll, amelyek erős kötéseket alkotnak a kristályvázban, ami jelentős keménységet, szilárdságot, alacsony sűrűséget, rugalmassági modulust, inertitást és hőtágulást eredményez; jellemzői közé tartozik az alacsony hőtágulás, valamint a jó hővezetés.
A szilícium-karbid a természetben moissanit formájában kis mennyiségben megtalálható meteoritokban és kimberlitben, de leggyakrabban szintetikusan állítják elő reakciókötés vagy szinterelési folyamatok révén. Az előállítási módszer gyakran jelentős hatással van a mikroszerkezetre, valamint a végtermékek hőállóságára.
A szilícium-karbid alapú teljesítmény-félvezetők sokkal nagyobb feszültséget bírnak el, mint szilíciumból készült társaik, ami alkalmassá teszi őket olyan igényes alkalmazásokban való felhasználásra, mint például az elektromos járművek teljesítményelektronikája. Szélesebb sávszélességük nagyobb energiahatékonyságot és a szilíciumhoz képest gyorsabb átkapcsolást tesz lehetővé a vezető és a szigetelő állapotok között (Wolfspeed). Ennek eredményeképpen a szilícium-karbiddal készült teljesítményrendszerek kevesebb alkatrészt tartalmaznak egymás után, csökkentett helyigény mellett - ez növeli a rendszer megbízhatóságát, miközben csökkenti a gyártók költségeit.
Nagy szilárdság
A szilíciumkarbid a világ egyik legerősebb ember alkotta anyaga, amely még nagyon magas hőmérsékleten is kiváló szilárdsággal rendelkezik. Ez lehetővé teszi, hogy a belőle készült eszközök magasabb feszültségen és hőmérsékleten működjenek, mint szilíciumból készült társaik, ezáltal növelve a teljesítménysűrűséget és javítva a teljesítményt. Továbbá a szilíciumkarbid termikus sokknak ellenálló tulajdonságai csökkentik a túlmelegedés okozta eszközhibák kockázatát, miközben növelik az eszköz megbízhatóságát.
A szilícium-karbid (SiC) egy bonyolult kristályos anyag, amely számos polytípussal rendelkezik, amelyeket az atomok különböző elrendezései, valamint az egymásra rétegződési sorrendek és formák választéka jellemez. A kubikus SiC a legelterjedtebb polytípus, amely tetraéderes szerkezetben összekapcsolt szén- és szilíciumatomokból áll. A hatszögletű és romboéderes SiC előállítása is lehetséges, de ezek hozama korlátozza felhasználásukat.
A szilícium-karbidot először Edward Acheson szintetizálta mesterségesen 1891-ben szilícium és szén olvadékából. Később Henri Moissan fedezte fel természetes úton 1905-ben az arizonai Canyon Diablo meteoritban, ahol azóta moissanitnak nevezik. Napjainkban a legtöbb előállított szilíciumkarbid szintetikus, míg a természetben csak kis mennyiségben fordul elő bizonyos meteoritokban, korundlelőhelyeken vagy kimberlitforrásokban.
Alacsony sűrűség
A SiC kis sűrűsége lehetővé teszi, hogy több alkatrész egymásra helyezhető legyen egy elektromos rendszerben, csökkentve azok méretét és súlyát, miközben az energiahatékonyság és a megbízhatóság javul, miközben a gyártók számára csökken a rendszer költsége. A SiC továbbá magasabb kapcsolási frekvenciákat tesz lehetővé, ami növeli az eszközök megbízhatóságát, miközben csökkenti az energiaveszteséget.
A szilíciumkarbidot elektromos kemencékben reakcióban kötött szilíciumból és szénből por alakban állítják elő, vagy kémiai gőzfázisú leválasztással nagyméretű egykristályokból növesztik. A szilíciumkarbid ipari csiszolóanyagként használható, valamint számos más célt szolgál az olyan iparágakban, mint az autóipar, a repülőgépipar és az orvostudomány. Ezenkívül a félvezető eszközökben, például egyenirányítókban és tranzisztorokban gyakran használnak szilíciumkarbidot.
A szilícium-karbid iránt az elmúlt években megugrott az érdeklődés, ami aranylázhoz vezetett a befektetők körében. A Market Research Future jelentése szerint az elektromos járművekben (EV-k) használt SiC-eszközök 2022-re világszerte $1 milliárd fölé emelik a globális teljesítmény-félvezető-piaci bevételt; felhasználása segíthet a járművek hatótávolságának növelésében és gyorsabb töltési időt tesz lehetővé, miközben magasabb feszültségen és hőmérsékleten működik, mint ami a jelenlegi elektronikai rendszerek kihívást jelenthet.
Hungarian 
English 
Danish 
Finnish 
Norwegian 
Dutch 
Swedish