说碳化硅(SiC)半导体材料拥有光明的未来的原因在哪

1970-01-01 08:00:00 247
它们体积小巧,功能强大且效率极高:由碳化硅制成的半导体可以帮助将电池和传感器中的电力电子技术提升到一个新的水平-为电动汽车的突破和支持工业领域的数字化做出重大贡献。

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在某些重要应用中,由碳化硅(SiC)制成的半导体比传统半导体更有效地处理电。因此,这项新技术特别受电动汽车制造商的关注:由于采用SiC半导体,改进的电池控制有助于节省能源,从而极大地增加了电动汽车的使用寿命。SiC基半导体还可实现更快的充电速度。今天,每辆电动汽车中已经有很多半导体。未来,尤其是SiC转化器件将因其切换速度,热损失和紧凑尺寸的优势而兴起。其他公司,例如移动网络提供商,智能手机制造商和自动化行业,也对这些微型芯片寄予厚望。


SiC半导体的优势与应用

10倍


与传统的硅半导体相比,SiC功率电子半导体可以制造出多少小得多的材料。这是可能的,因为它们具有较大的带宽,从而使它们能够以较少的热损失转换电能。硅半导体必须大得多才能实现相同的性能。


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减少多达50%


与由硅制成的常规半导体相比,SiC半导体中会发生热损失。因此,SiC半导体的重要应用领域是电力电子学,即将电能转换为设备可用的形式。例如,对于笔记本电脑,半导体被藏在充电器的变压器中。到目前为止,硅半导体主要用于此用途,但它们会散发大量能量作为热量。使用碳化硅半导体,热量损失将大大减少,并且更多的能量可用于充电。

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300–500%


与硅晶体管相比,SiC晶体管还可以提高开关频率。这是SiC半导体可用于制造尺寸明显较小的组件的另一个原因。

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10%至15%


SiC半导体可以实现电动汽车更大的范围,因为它们可以更有效地转换能量。结果,汽车制造商可以在其电动汽车中安装较小的电池。这对于制造商来说是双赢的,并且可以为行业带来动力。


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适用于现代5G技术


SiC半导体也是理想的。超高速网络将需要大量的功率和性能,尤其是传输站等基础设施组件。为了使智能手机更快地充电,制造商将来可能会使用SiC半导体。此外,新型半导体还非常适合无线充电器和数据中心服务器。

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无限可能


SiC半导体为数字化工业流程开辟了道路。例如,可以用更快的传感器系统更好地支持对电力电子设备要求特别高的速度的过程。基于SiC半导体的5G控制的移动设备的使用也为工业4.0的进一步优化提供了巨大的潜力。


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4,120亿美元


去年整个半导体行业的营业额。SiC半导体仍然是小众产品,销售额约为5亿美元。但是,行业专家预计,电动汽车将使销售快速增长,在2020年至2022年之间每年增长10%至25%,到2023年将达到40%以上。

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基本上,所有半导体都是由晶体制成的,晶体是由粉末(例如硅或碳化硅)在非常高的温度下制成的。随后将晶体切成薄片,称为晶圆。可以将非常复杂的电子电路沉积到晶圆上,从而最终构成微电子设备。
新型SiC半导体材料的生产

超过50年

碳化硅半导体的生产和碳化硅晶体的生长已进行了大量研究,而碳化硅晶体的生长主要采用物理气相传输(PVT)工艺。在高温和低压下制造小的碳化硅晶体。颗粒通过载气到达较冷的籽晶,在此由于过饱和而发生结晶。


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2400摄氏度


是碳化硅单晶材料生长过程所必需的。相反,常规硅晶体仅需要约1,500度的温度。


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10至14天


是在炉中生长碳化硅晶体所需的时间。这以及显着更高的能耗,是它们比普通硅晶体贵的原因之一,而普通硅晶体可以在两天内生长。


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直径150毫米


是最近的碳化硅晶片的尺寸。很快,将以工业规模生产直径200毫米的SiC晶片。此时,它们的尺寸将达到“传统”硅基行业的标准,从而实现SiC基电子产品的突破。


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