W porównaniu do tych krzemowych, podzespoły elektroniczne z SiC i GaN mogą pracować przy większych napięciach, wyższych częstotliwościach i mają niższe prądy upływu. Węglik krzemu ma też znacznie większą przewodność cieplną niż krzem i azotek galu. Dzięki swoim właściwościom podzespoły na bazie węglika krzemu i azotku galu umożliwiają ponadto budowę bardziej energooszczędnych i kompaktowych urządzeń.
Gdzie podzespoły SiC i GaN są alternatywą dla Si?
Na przykład firma Mitsubishi Electric, wykorzystując półprzewodnikowe przyrządy mocy z SiC, zbudowała przekształtniki napięcia o około 40% mniejsze i lżejsze od ich odpowiedników na bazie krzemu. Charakteryzowała je też o prawie połowę większa sprawność energetyczna. Urządzenia te posłużyły do zasilenia dwóch silników indukcyjnych napędzających wagony jednej z linii metra w Japonii.
Zastosowań dla półprzewodników z szeroką przerwą energetyczną jest więcej. Przykład to zasilacze z korektorem współczynnika mocy (PFC). IMS Research przewiduje, że w tych do elektroniki użytkowej, ze względu na niższą cenę, będą używane głównie podzespoły z GaN. W zasilaczach przemysłowych sprawdzi się natomiast SiC.
Przyrządy półprzewodnikowe z węglika krzemu i azotku galu mogą także zastąpić swoje krzemowe odpowiedniki w inwerterach fotowoltaicznych. Diody tego typu poprawiają sprawność inwerterów solarnych o prawie 2%, a tranzystory o ponad 4%. W rezultacie parametr ten w mikroinwerterach i inwerterach szeregowych sięga nawet 98%.
Perspektywy rynku podzespołów z SiC i GaN
Na tempo wzrostu wartości rynku przyrządów półprzewodnikowych z węglika krzemu i azotku galu wpływa wiele czynników. Przede wszystkim, dopóki ich cena nie będzie porównywalna z ceną odpowiedników na bazie krzemu, nie można oczekiwać, że popyt na nie będzie szybko rósł.
Ta z kolei zależna jest od szybkości postępu w technologii ich produkcji, a zwłaszcza polepszenia się jej jakości i zwiększenia skali. Ponadto, ważne będzie to, jak tego typu podzespoły w dłuższej perspektywie sprawdzą się w urządzeniach, które pracują w ekstremalnych warunkach, szczególnie w przemyśle i w transporcie. Rozwój ich rynku zależny jest też od tego, jak wielu producentów zaangażuje się w ich produkcję i jak silnie będą oni ze sobą konkurować. Przyjmując, że wszystkie te kwestie zostaną rozstrzygnięte z czasem na korzyść technologii SiC i GaN, IMS Research oszacowało, że zapotrzebowanie na podzespoły na ich bazie zwiększy się w ciągu najbliższych dziesięciu lat kilkanaście razy.
SiC vs. GaN
Dzięki temu wartość ich rynku wzrośnie z nieco ponad 140 mln dol. w 2012 roku, do prawie 3 mld dol. w 2022 roku. Oznaczać to będzie średni roczny wzrost na poziomie dwucyfrowym.
W 2012 roku największy udział w rynku przyrządów półprzewodnikowych, łącznie na bazie SiC i GaN, miały diody Schottky'ego z węglika krzemu, obecne na rynku już od ponad dziesięciu lat. Jego wartość przekroczyła 100 mln dol. IMS Research prognozuje, że popyt na nie będzie stale rósł aż co najmniej do 2015 roku.
Wówczas to prawdopodobnie zacznie maleć w związku z tym, że dostępne będą tańsze diody z azotku galu. Natomiast pod koniec okresu objętego analizą IMS Research, zamiast diod Schottky'ego, najwięcej będzie się sprzedawać tranzystorów MOSFET z SiC.
Monika Jaworowska
