Silicon Carbide

Viši napon kvara
SiC ima veći napon proboja u odnosu na silicijum, što omogućava projektovanje energetskih uređaja višeg napona. SiC radi na preko 10kV, što je znatno iznad onoga što se trenutno može koristiti. Dostupni su SiC uređaji na 1200V i 1700V.

Veća toplotna provodljivost
SiC ima veću toplotnu provodljivost u poređenju sa silicijumom, što dovodi do poboljšanog upravljanja toplotom i smanjenih gubitaka energije. Performanse silicijuma se pogoršavaju na višim temperaturama, dok je SiC mnogo stabilniji.

Viša radna temperatura
SiC može raditi na višim temperaturama u odnosu na silicijum, što rezultira poboljšanom pouzdanošću i dužim vijekom trajanja uređaja. Silikonski uređaj je obično preko-specificiran na sobnoj temperaturi kako bi se održale specifikacije na višim temperaturama. Tipično, SiC uređaj sa upola manjom trenutnom ocenom će obavljati isti posao kao i silicijumski IGBT jer je SiC mnogo stabilniji na višim temperaturama i ne treba mu značajno smanjenje snage.

Viša frekvencija prebacivanja
Više frekvencije znače smanjenu veličinu i težinu magneta jer vrijednosti komponenti u LC filteru transformatora postaju znatno niže. SiC se može uključiti i isključiti mnogo brže u poređenju sa silicijumom, što dovodi do poboljšane gustine snage i efikasnosti u aplikacijama energetske elektronike.

Donji pad napona naprijed
SiC ima manji pad napona naprijed u odnosu na silicijum, virtualno odsustvo repne struje omogućava brže isključivanje i dramatično manje gubitke. Pošto postoji manje energije za rasipanje, SiC uređaj se može prebacivati ​​na višim frekvencijama i poboljšati efikasnost.

Silicijum karbid (SiC) je hemijsko jedinjenje koje se sastoji od ugljenika i silicijuma. Poznat je po svojim odličnim abrazivnim svojstvima i koristi se za proizvodnju brusnih ploča i drugih abrazivnih proizvoda više od jednog stoljeća. Međutim, također je razvijen u visoko-kvalitetnu tehničku keramiku sa širokim spektrom primjena.

Jedno od ključnih hemijskih svojstava silicijum karbida je njegova otpornost na kiseline i baze. Ne otapa se u kiselinama ili bazama, ali ga mogu napasti alkalne taline i neke metalne i metalne oksidne taline. Može izdržati temperature do 1500 stepeni u inertnom gasu ili redukcionoj atmosferi.

U pogledu fizičkih svojstava, silicijum karbid ima malu gustinu, visoku čvrstoću i nisko termičko širenje. Takođe ima visoku toplotnu provodljivost, visoku tvrdoću i visok modul elastičnosti. Ova svojstva ga čine pogodnim za različite primjene, kao što su abrazivi, vatrostalni materijali, keramika i komponente visokih{2}}performansi.

Silicijum karbid je visoko inertan i ne napadaju kiseline, baze ili rastopljene soli do 800 stepeni. Na vazduhu formira zaštitni sloj silicijum oksida na 1200 stepeni, što mu omogućava da se koristi na temperaturama do 1600 stepeni. Njegova visoka toplotna provodljivost i nisko termičko širenje, u kombinaciji sa visokom čvrstoćom, daju mu izuzetnu otpornost na toplotni udar.

Materijal je također električni provodnik i nalazi se u primjeni u otpornom grijanju, upaljačima plamena i elektronskim komponentama. Njegova hemijska čistoća i otpornost na hemijske napade pri visokim temperaturama čine ga popularnim za upotrebu u poluprovodničkim pećima kao nosači i lopatice za pločice. Osim toga, koristi se u otpornim grijačima za električne peći i kao ključna komponenta u termistorima i varistorima.

U pogledu termičkih svojstava, silicijum karbid ima relativno visoku toplotnu provodljivost i nizak koeficijent toplotnog širenja u poređenju sa drugim keramičkim materijalima. To rezultira povoljnom otpornošću na termički udar, što ga čini pogodnim za primjene gdje dolazi do brzih promjena temperature.

Od čega su napravljeni silicijum i silicijum karbid?

Kada se sintetiše u svom najčišćem obliku, silicijum formira kristalnu strukturu u kojoj jedan atom silicijuma formira vezu sa četiri druga susedna atoma silicijuma. Ova silikonska baza supstrata se zatim može dopirati raznim drugim elementima kako bi se formirali poluvodički spojevi na pločici silikonskog supstrata.

S druge strane, silicijum karbid je mješavina atoma silicija i ugljika koja formira različite kristalne strukture. Najšire prihvaćene strukture za upotrebu poluprovodnika su 3C, 4C i 6H silicijum karbid, od kojih svi imaju različita električna svojstva i prednosti kada su dopirani različitim elementima. Silicijumske pločice narastu do 8-12 inča i formiraju se iz rastaljene faze čistog silicijuma. Silicijum karbid, međutim, generalno se sintetiše iz parne faze i može narasti do šest inča.

Svojstva silicijuma i silicijum karbida: snaga i brzina
S obzirom na svoju sposobnost da izdrže veća električna polja, materijali supstrata od silicijum karbida mogu izdržati veće napone prije nego što se pokvare. Silicijum ima probojni napon od oko 600V, dok silicijum karbid može izdržati napone 5-10 puta veće. To u praksi znači da će aplikacije velike snage moći koristiti poluvodičku tehnologiju, ili da uređaj iste razlike napona može postati skoro deset puta manji. Silicijum karbid se može prebacivati ​​skoro deset puta većom brzinom od silicijuma, što rezultira manjim kontrolnim krugom.

Primjena silicijuma i silicijum karbida u stvarnom svijetu
Jedan sjajan industrijski primjer implementacije silicijum karbida preko silicijuma je u industriji električnih vozila. Kada vozite EV, elektronski sistem je dizajniran da podrži puno opterećenje snage vozila, što je moguće postići iu dizajnu na bazi silicijuma i silicijum karbida{1}}. Silicijumski IGBT-ovi se obično koriste u EV inverterima, gdje pokreću motore na baterije{3}}. Međutim, s obzirom na normalan ciklus vožnje automobila (tj. ne koristi puno opterećenje), visoka otpornost silicijuma čini ga prilično neefikasnim. Budući da silicijum karbid može da podnese iste zahteve dizajna opterećenja pri mnogo manjoj veličini, silicijum karbid postaje značajno efikasniji i može naknadno povećati efikasnost čitavog inverterskog sistema za skoro 80%.