Węglik krzemu SiC – coraz bardziej popularny i dostępny

Materiały półprzewodnikowe o szerokiej przerwie energetycznej, w tym węglik krzemu (Silicon Carbide, SiC), są znane od wielu lat, a przyrządy na nich bazujące są rozwijane blisko pół wieku. Jednak dopiero od kilku lat SiC jest dostępny. SiC wykorzystywany jest tam, gdzie pożądana jest wysoka efektywność – niskie straty, wysoka częstotliwość przełączania, duża niezawodność oraz niewielkie wymiary.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Węglik krzemu ze względu na swoje zalety wypiera krzem z energoelektroniki. Ponad dziesięć razy mniejsza rezystancja w stanie przewodzenia oraz znacznie krótszy czas przełączania pozwalają na pracę na znacznie wyższych częstotliwościach z wyższą sprawnością. Zapewnia to mały RDS(ON), lepsze współczynniki temperaturowe i możliwość pracy w temperaturze 350°C oraz większą żywotność. W energoelektronice najczęściej wykorzystywane elementy z węgliku krzemu to diody Schottky’ego, tranzystory SiC MOSFET oraz moduły, które są równoległym połączeniem wielu struktur SiC w jedną całość.

Jak wynika z charakterystyk pokazanych w tabeli, technologia SiC zapewnia znaczącą przewagę w stosunku do rozwiązań charakterystycznych dla komponentów krzemowych.

 
Rys. 1. Węglik krzemu kontra krzem

Producenci komponentów dla elektroenergetyki dalej pracują nad udoskonalaniem technologii i wdrożeniem jej do przemysłu. Na rynku pojawiły się już tranzystory i moduły z węgliku krzemu trzeciej generacji, które mają rezystywność materiału rzędu 2,3 mΩ·cm2, co przekłada się na o 24% większą gęstość prądu w stosunku do poprzedniej generacji elementów SiC. Rys. 1. Węglik krzemu kontra krzem Przykładowy tranzystor C3M0016120K o napięciu znamionowym 1200 V i dopuszczalnym prądzie 112 A jest wytwarzany w niewielkiej obudowie TO-247-4L i ma dodatkową końcówkę dla źródła, tzw. pin Kelwina zastosowany w celu poprawy warunków sterowania dla drivera w czasie przełączenia tranzystora. Dodatkowa końcówka połączona wewnątrz struktury ze źródłem powoduje, że spadek napięcia na rezystancji wysokoprądowego połączenia źródła z wyprowadzeniem tranzystora i dalej i z płytką drukowaną nie oddziałuje negatywnie na napięcie wyjściowe sterownika tranzystora (VGS) a ponadto wpływa korzystnie na zmniejszenie indukcyjności pasożytniczych, a więc także wielkość oscylacji w obwodzie sterującym.

 
Rys. 2. Porównanie wielkości ładowarek Toyoty w zależności od technologii półprzewodnikowej

W maju 2019 na targach PCIM – największych targach elektroenergetycznych w Europie – firma Cree/ Wolfspeed zaprezentowała nowy moduł tranzystorowy trzeciej generacji o oznaczeniu CAB450M12XM3 bazujący wyłącznie na węgliku krzemu (Full SiC), a więc bez szafirowej warstwy podłożowej. Oprócz niewielkich wymiarów i dużej obciążalności (VDS 1200 V, IDS 450 A) ma on wbudowane wewnątrz czujniki pomiaru temperatury struktur oraz wyprowadzony pin Kelvina do bezpośredniego pomiaru napięcia na źródle.

 
Rys. 3. Moduł górnego i dolnego tranzystora do układu mostkowego z SiC o wymiarach 80×53×19 mm (VDS 1200 V, IDS 450 A)

Wymierne korzyści z zastosowania węgliku krzemu w wielu aplikacjach, takich jak: falowniki do systemów fotowoltaicznych, ładowarki akumulatorów, konwertery energii elektrycznej, napędy silników elektrycznych, nagrzewnice indukcyjne, powodują szybko rosnący popyt, który doprowadził do mniejszej dostępności elementów z węgliku krzemu i kolejek. Ograniczona podaż wynika także z licznych inwestycji producentów motoryzacyjnych w obszarze elektrycznej motoryzacji. One są motorem napędowym zapotrzebowania na komponenty z węglika krzemu.

 
Rys. 4. Korzyści z SiC w pojazdach o napędzie elektrycznym wg danych EPA (Environmental Protection Agency)

Warto zauważyć, że aby zaspokoić popyt, obniżyć ceny tranzystorów i zwiększyć ich dostępność, czołowy producent półprzewodników tego typu, firma Cree/Wolfspeed, ogłosił niedawno rozpoczęcie budowy nowej fabryki. Kosztem 1 mld dol. nastąpi 30-krotne zwiększenie możliwości produkcyjnych.

 

Michał Trzaskowski
michal.trzaskowski@richardsonrfpd.com

Richardson RFPD
www.richardsonrfpd.com

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Podzespoły dla energoelektroniki są przepustką w nowoczesność
Wolfspeed buduje największy na świecie zakład produkcji materiałów z węglika krzemu
Tainergy rozpocznie produkcję płytek SiC
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Elektromechanika
Przekaźniki interfejsowe serii PI71P i PI72P
Produkcja elektroniki
MVTech - nowy partner dla polskiego przemysłu elektronicznego
Produkcja elektroniki
Mata antystatyczna czy kompletny stół ESD? Montaż końcowy jako główne źródło uszkodzeń ESD
Elektromechanika
Smarowanie bez lepkiej warstwy. Suchy smar PTFE do maszyn
Komponenty
Laptop poleasingowy czy nowy? Co wybrać w budżecie 1000–1500 zł?
Komponenty
Szafa wydawcza JotKEl
Zobacz więcej z tagiem: Komponenty
Gospodarka
Samsung z rekordowymi wynikami. Pamięci i HBM napędzają wzrost
Prezentacje firmowe
Laptop poleasingowy czy nowy? Co wybrać w budżecie 1000–1500 zł?
Prezentacje firmowe
Szafa wydawcza JotKEl

Szafa wydawcza JotKEl

Nowoczesny przemysł stanowi szczególne wyzwanie dla gospodarki magazynowej. Duże znaczenie ma zwłaszcza pozyskanie informacji zwrotnej o aktualnym stanie zasobów, co umożliwia optymalizację dostaw. Dobrze zorganizowana gospodarka magazynowa zapewnia ciągłość produkcji, a to bezpośrednio wpływa na redukcję kosztów postojów. Wychodząc naprzeciw tym wymaganiom i bazując na prawie 50-letnim doświadczeniu, firma JotKEl stworzyła system automatycznych mebli wydawczych.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów