Carburo de silicio: clave para la eficiencia energética en los centros de datos

Los cambios de tecnología de carburo de silicio (SIC) están impulsando los cambios en la electrónica de alimentación que están desarraigando los sistemas de combustible fósil y la transición hacia fuentes de energía eléctrica limpias y eficientes. Hacer esto de manera efectiva requiere dispositivos semiconductores con mayores capacidades de manejo de voltaje, algo que SIC proporciona de manera efectiva.

Sic hace exactamente eso; A diferencia del silicio que se degrada a altos voltajes, SIC sigue funcionando fuerte.

Motores

El carburo de silicio puede reducir significativamente las pérdidas de energía en los motores eléctricos tradicionales, lo que les permite funcionar con mayor eficiencia que las generaciones anteriores de electrónica de potencia. Como material cerámico no óxido, se destaca en aplicaciones exigentes térmica y mecánicamente, incluidas las relacionadas con piezas resistentes al desgaste, refractarios de desgaste y refractarios para su alta resistencia al calor y baja expansión; Aplicaciones de sustrato semiconductor; como detector en rovers o sondas espaciales (Mantooth, Zetterling y Rusu).

SIC, con una increíble calificación de escala de MOHS de 9, es uno de los materiales más difíciles conocidos por el hombre. Primero sintetizado artificialmente por Edward Acheson en 1891, SIC se ha utilizado ampliamente como un abrasivo para moler las ruedas y las herramientas de corte, la base de la cerámica industrial de larga duración, un material semiconductor, además de encontrarse naturalmente como cristales de moissanite en meteoritas, depósitos de corundum y depósitos de kimberlita.

SIC es típicamente un aislante eléctrico; Sin embargo, cuando se combina con impurezas (conocidas como dopantes) se convierte en un material semiconductor. El nitrógeno o el fósforo de dopaje en el comportamiento semiconductor de tipo N, mientras que el aluminio dopante, el boro, el galio y el berilio producen propiedades semiconductores de tipo P que permiten crear un rango de dispositivos semiconductores con diversas conductividades y rendimiento en un espectro de temperatura amplia.

Centros de datos

Los centros de datos enfrentan crecientes demandas de energía y suministros inciertos debido a problemas de la cadena de suministro, cambio climático e inflación; Por esta razón, requieren fuentes de alimentación altamente eficientes que utilizan carburo de silicio (SIC). SIC es un material ideal para mejorar la eficiencia energética para los centros de datos existentes o nuevos que requieren altos voltajes para un funcionamiento adecuado.

La ventaja clave de SIC en las aplicaciones de potencia se encuentra en su gran BandGap, lo que permite que la electrónica funcione a temperaturas, voltajes y frecuencias más altas sin sacrificar la confiabilidad, particularmente notable entre los dispositivos semiconductores de potencia como los diodos Schottky y los transistores FET/MOSFET.

SIC es diferente a Silicon en que cada capa solo puede tener una disposición de átomos; Por el contrario, contiene tres estructuras distintas llamadas politises que tienen diferentes disposiciones de átomos en cada capa y una estructura cristalina asociada con diferentes secuencias de apilamiento y arreglos de apilamiento. Como resultado, las estructuras SIC están bien empaquetadas, unidas covalentemente a través de dos tetraedros de coordinación primaria y pueden unirse covalentemente a sí mismos covalentemente.

El método más fácil de fabricación de dispositivos SIC implica calentar arena de sílice y fuentes de carbono como el carbón a 2500 grados centígrados en un crisol de granito, luego alimentar este polvo marrón en varillas de grafito a temperaturas más bajas donde sublima en cristales incoloros que se depositan en varillas de grafito en un posterior. fecha. Una vez que se forman estos cristales, se pueden formar en lingotes utilizando varios procesos dependiendo de los requisitos de calidad de la aplicación final y luego en dispositivos con pérdidas más bajas en el estado y conmutación que ofrecen una eficiencia mejorada, velocidades más rápidas y confiabilidad sobre dispositivos de semiconductores de silicio convencionales.

El carburo de silicio (SIC) es un material extremadamente duro con una clasificación de dureza de MOHS de nueve, justo detrás del carburo de diamantes y boro. Debido a su resistencia contra el calor y el desgaste, a menudo se puede encontrar SIC en sellos mecánicos, herramientas de corte o cualquier dispositivo que necesite material robusto para su uso.

Además, el grafeno cuenta con propiedades de semiconductores únicas que lo hacen ideal para aplicaciones que requieren altos voltajes, con su resistencia de voltaje 10 veces mayor que los semiconductores de silicio estándar y el nitruro de galio como un material alternativo excepcional, perfecto para aplicaciones como los inversores de vehículos eléctricos que deben manejar corrientes sin sobrecalentamiento o degradación con el tiempo.

SIC puede aumentar el rango de conducción de un vehículo aumentando la eficiencia del sistema de inversores. Esto se hace aumentando la conservación de energía dentro de sus componentes, lo que permite tiempos de carga más rápidos para distancias más largas en la energía de la batería.

SIC se está convirtiendo en una alternativa cada vez más rentable a los semiconductores de silicio; Sin embargo, su uso puede presentar posibles preocupaciones de seguridad. La exposición a largo plazo puede provocar cambios respiratorios y cardiovasculares entre los trabajadores expuestos a altas concentraciones durante períodos prolongados. Además, SIC ha sido clasificado por la Agencia Internacional de Investigación sobre Cáncer como un carcinógeno probable (2A).

Vehículos eléctricos

El carburo de silicio (SIC) se ha convertido en un material tecnológico esencial. Si bien se encuentra naturalmente como mineral de moissanita, la mayoría del carburo de silicio que se vende hoy es sintético ya que la minería no puede ocurrir a gran escala, la producción se produce al reducir la sílice con carbono a altas temperaturas utilizando un horno eléctrico.

El carburo de silicio (SIC) es un compuesto químico hexagonal extremadamente duradero compuesto de silicio y carbono con fuertes enlaces covalentes, con una enorme propiedad de semiconductores de brecha de banda que es tres veces más ancha que el silicio (que tiene una brecha de banda aproximada de alrededor de 1.1EV). Esto hace que SIC sea un candidato atractivo en aplicaciones electrónicas que requieran mayores temperaturas o voltajes de funcionamiento que lo que proporciona el silicio convencional.

El uso de Silicon Carbide en aplicaciones de vehículos eléctricos es particularmente notable; El carburo de silicio puede ayudar a reducir las pérdidas de energía dentro de los sistemas de baterías de vehículos eléctricos, los inversores solares y las estaciones de carga. Según los pronósticos de Goldman Sachs, el empleo de carburo de silicio en estos sistemas de energía crítica podría reducir los costos y al mismo tiempo hacerlos más asequibles para los consumidores.

La inhalación de polvo de carburo de silicio puede conducir a irritación respiratoria y la agencia internacional para la investigación sobre el cáncer es considerada como posible carcinógeno humano, con efectos conocidos que incluyen inflamación pulmonar y fibrosis en humanos.