Bán dẫn công suất

Sự miêu tả

Silicon Carbide (SiC) là vật liệu bán dẫn hợp chất nhóm IV-IV được hình thành bởi liên kết cộng hóa trị giữa silicon (Si) và carbon (C). Nó rất hiếm trong tự nhiên (moissanite là dạng tự nhiên của nó) và thường được điều chế thông qua tổng hợp nhân tạo (như phương pháp Acheson, phương pháp CVD). Nó có nhiều cấu trúc tinh thể khác nhau, bao gồm pha lập phương (3C-SiC), pha lục giác (4H-SiC, 6H-SiC), trong đó 4H-SiC đã trở thành vật liệu thương mại phổ biến do đặc tính điện tuyệt vời của nó.

2. Thuộc tính

Cacbua silic kết hợp rộng khe hở, cường độ trường phân tích cao và độ dẫn nhiệt cao, vượt trội hơn đáng kể so với silicon thông thường (Si) và gali arsenide (GaAs):

Các tính năng khác:

tôi Độ trơ hóa học: Có khả năng chống ăn mòn và oxy hóa, thích hợp với môi trường khắc nghiệt.

tôi Độ cứng cơ học: 9,5 trên thang Mohs (chỉ đứng sau kim cương), được sử dụng trong các vật liệu chịu mài mòn.

3. Lĩnh vực ứng dụng

Các đặc tính độc đáo của cacbua silic làm cho nó không thể thay thế được trong công suất cao, nhiệt độ cao, tần số cao kịch bản:

(1) Thiết bị điện tử công suất

tôi Thiết bị điện:

¢ MOSFET SiC: Thay thế IGBT dựa trên silicon trong bộ biến tần của xe điện (chẳng hạn như Xe điện Model 3) và bộ biến tần quang điện, giảm hơn 20% mức tiêu thụ năng lượng.

¢ Điốt SiC (Diode rào cản Schottky, SBD): Phục hồi nhanh, tổn thất chuyển mạch thấp, dùng để chuyển đổi nguồn điện (chẳng hạn như nguồn điện trạm gốc 5G).

tôi Đánh giá điện áp: bao phủ 600V - 10kV, thích hợp cho lưới điện thông minh, hệ thống sức kéo đường sắt cao tốc.

(2) Thiết bị tần số vô tuyến (RF)

tôi Truyền thông 5G: bộ khuếch đại công suất gallium nitride (GaN-on-SiC) dựa trên sic để nâng cao hiệu suất tín hiệu trạm gốc.

tôi Thông tin liên lạc radar/vệ tinh: Tần số cao và độ ổn định ở nhiệt độ cao vượt trội so với gali arsenide (GaAs).

(3) Xe sử dụng năng lượng mới

tôi Hệ thống truyền động điện: Bộ biến tần SiC tăng phạm vi từ 5% đến 10% (chẳng hạn như BYD e-Platform 3.0).

tôi Trạm sạc: Kích hoạt tính năng sạc nhanh điện áp cao 800V (như Porsche Taycan có thể sạc tới 80% trong 15 phút).

(4) Công nghiệp và năng lượng

tôi Pv/Gió: Bộ chuyển đổi SiC cải thiện hiệu suất phát điện (>99%).

tôi Động cơ công nghiệp: Giảm yêu cầu tản nhiệt và tiết kiệm hơn 30% năng lượng.

(5) Các lĩnh vực khác

tôi Hàng không vũ trụ: Thiết bị chống bức xạ cho hệ thống điện vệ tinh.

tôi Vật liệu chống mài mòn: Dụng cụ cắt, áo giáp chống đạn (như vật liệu composite gốm SiC).

4 thách thức và triển vọng

tôi Thử thách: Chi phí cao (chuẩn bị lớp nền khó), quy trình phức tạp (yêu cầu epitaxy nhiệt độ cao).

tôi Triển vọng: Với Chất nền 6 inch / 8 inch được sản xuất hàng loạt và chi phí giảm, quy mô thị trường của các thiết bị điện SiC dự kiến ​​sẽ vượt quá 10 tỷ USD vào năm 2027.

Bản tóm tắt: SiC là vật liệu quan trọng trong "kỷ nguyên hậu Moore", thúc đẩy năng lượng, giao thông và truyền thông xanh và hiệu quả.