Nuevas perspectivas en el uso de carburo de silicio en semiconductores
El carburo de silicio (SIC) está revolucionando la electrónica de potencia para vehículos eléctricos y sistemas de carga con su amplia brecha de banda que soporta voltajes diez veces más altos que los semiconductores de silicio tradicionales.
SIC es un material cerámico no óxido que se puede fabricar a través de procesos de unión o sinterización de reacción. Cada método de formación altera significativamente su microestructura del producto final.
Aplicaciones de alto voltaje
Los semiconductores de carburo de silicio cuentan con amplias capacidades de banda de banda que les permiten soportar voltajes de descomposición mucho más altos que sus contrapartes de silicio y operan a temperaturas significativamente más bajas, lo que permite a los fabricantes desarrollar dispositivos de potencia con caminos más cortos entre conductores y disminución de la resistencia a la entrada, un atributo para aumentar para aumentar Eficiencia de las unidades de motor eléctrico, por ejemplo.
Los semiconductores son materiales que cambian entre ser conductores (como el cable de cobre) y los aisladores (como el aislamiento del polímero en ese cable) para circuitos eléctricos, al tiempo que actúan como aislante cuando no realiza corriente entre estos estados, con poca absorción de energía para evitar la calefacción de julio de dispositivos. Silicon Semiconductores, actualmente la opción dominante para dispositivos electrónicos, tienen una banda de banda extremadamente pequeña que limita la cantidad de transferencias de energía entre los conductores que los hacen ineficaces para aplicaciones que involucran niveles de potencia más altos, como inversores para aplicaciones o instrumentos de vehículos eléctricos terrestres en la nave espacial o sondas utilizadas para el espacio. Exploración (Mantooth, Zetterling y Rusu).
Silicon Carbide ofrece banda de banda mucho más grande que el silicio, eliminando algunas de las limitaciones inherentes a la electrónica de potencia de silicio en términos de pérdidas de conmutación y frecuencias de conmutación, lo que permite componentes de potencia más pequeños con un número reducido de giros para proporcionar una reducción de costos y ahorros de energía.
Aplicaciones de alta temperatura
Silicon Carbide es un material innovador con increíbles propiedades físicas y eléctricas que podrían revolucionar la electrónica. Cuenta con brechas de banda anchas, alta resistencia al campo eléctrico y conductividad térmica, tres características de excelencia para cualquier material semiconductor. Aunque la tecnología de carburo de silicio ha existido durante años, la producción comercial solo recientemente comenzó a usarla como parte de las aplicaciones de Power Electronics.
Silicon, el material semiconductor dominante utilizado en la electrónica, no puede funcionar bajo ciertas condiciones ambientales, lo que lo hace crucial para ciertas aplicaciones, como la conmutación de mayor voltaje, equipos de microondas y radar, sensores de monitoreo de combustión de motores a reacción y sensores de eficiencia de combustible, sistemas de encendido automotriz y sistemas de ignición automotriz Tecnologías de unión/integración robustas para desarrollar con éxito tales dispositivos.
El carburo de silicio es típicamente un aislante eléctrico; Sin embargo, al doparlo con impurezas como aluminio, boro, galio o nitrógeno/fósforo, se puede convertir en un material semiconductor con varios grados de conductividad dependiendo de la temperatura o el control de voltaje que permite que el carburo de silicio se use para aplicaciones de gestión de potencia de todo tipo.
La adopción de Tesla del carburo de silicio como material semiconductor para su inversor modelo 3 representa un momento histórico que puede ayudar a popularizar aún más esta tecnología emergente. El carburo de silicio cuenta con varias ventajas sobre los semiconductores tradicionales, incluidas las temperaturas de operación máximas más altas y una mayor robustez.
Alta resistencia a la temperatura
Silicon es el material semiconductor actual en aplicaciones electrónicas, pero está alcanzando sus límites, especialmente para casos de uso de alto voltaje. El carburo de silicio ofrece características más indulgentes en comparación con el silicio y puede tolerar voltajes más altos a varias temperaturas sin tensión, por lo que es un candidato prometedor para dispositivos de energía, como los inversores que extienden el rango de conducción de vehículos eléctricos y reducen los costos de tamaño/peso asociados con los sistemas de gestión de la batería.
El carburo de silicio (SIC) es un compuesto químico hecho de silicio y carbono puro que sirve propiedades de aislamiento térmico y eléctrico en su estado natural, pero puede transformarse en un semiconductor controlando cuidadosamente la adición dopante. El SIC dopante con nitrógeno o fósforo produce un semiconductor de tipo N mientras lo dopa con aluminio, boro o galio produce un semiconductor de tipo P. La concentración y la distribución espacial de los dopantes juegan un papel crucial en el control de sus propiedades electrotérmicas que finalmente determinan qué tan bien conduce la electricidad a voltajes específicos bajo ciertas condiciones y voltajes.
El carburo de silicona se ha conocido desde 1907 cuando se utiliza por primera vez en diodos emisores de luz y detectores de radio; Sin embargo, recientemente se ha vuelto viable para aplicaciones de semiconductores industriales gracias a las técnicas avanzadas de crecimiento de cristales y una gran disponibilidad de obleas. Hay dos polimorfos de carburo de silicio; 4H-SiC con su estructura cristalina hexagonal (similar a la wurtzita) es más adecuada para aplicaciones de alta temperatura.
Alta estabilidad
El carburo de silicio, comúnmente conocido como SiC o Carborundum, es un compuesto cristalino mineral industrial con propiedades de cerámica y semiconductores duales. Cuando puro aparece como cristales transparentes incoloros; Con la adición controlada de impurezas como las impurezas de boro, aluminio y nitrógeno que permiten configuraciones de tipo p o tipo N que dan lugar a propiedades eléctricas únicas de SIC.
El carburo de silicio se destaca como un material atractivo debido a su estrecha banda de banda, lo que permite que los dispositivos electrónicos funcionen a voltajes, temperaturas y frecuencias más altas que los semiconductores típicos a base de silicio. Esto hace que el carburo de silicio sea ideal para aplicaciones de energía como sistemas de gestión de baterías en vehículos eléctricos que deben procesar grandes cantidades de electricidad al tiempo que minimiza la pérdida de energía.
El bajo específico de la resistencia de Silicon Carbide se traduce en velocidades de conmutación rápidas en semiconductores de energía, ayudando a reducir el tamaño y el peso del sistema de los inversores mientras ahorra más energía y tiempos de carga de exceso de velocidad para los inversores de vehículos eléctricos. Esto tiene muchas ventajas potenciales que incluyen el aumento de las distancias de conducción al tiempo que mejora la eficiencia de la estación de carga rápida, así como el aumento de la confiabilidad con los sistemas de gestión de baterías y la prolongación de sus vidas.