Komponenty SiC i GaN

Z pewnością półprzewodniki z węglika krzemu nie są już na rynku nowością, ale faktem jest, że w ostatnich pięciu latach ich popularność bardzo się zwiększyła. Przed 2010 rokiem tylko firma Cree dostarczała na rynek materiały podłożowe z SiC. Obecnie, głównie za sprawą znacznych inwestycji producentów półprzewodników, takich jak m.in. Cree, Infineon, Rohm, ON Semi, Littelfuse oraz ST Micro, dostępność się znacznie poprawiła. W efekcie od paru lat w wielu zastosowaniach SiC stanowią już rzeczywistą alternatywę dla elementów krzemowych i to mimo, że nadal są droższe. Można też liczyć, że ceny takich tranzystorów niedługo spadną, bo rynek materiałów podłożowych z węglika krzemu jest aktualnie w fazie transformacji z krążków 4-calowych na 6-calowe i jest na nim aktywnych coraz więcej producentów. Większa powierzchnia płytek poprawi też wydajność produkcji takich podzespołów, bo na razie przy użyciu krążków 4-calowych producenci mają za małe moce wytwórcze i nie nadążają z produkcją w stosunku do rynkowego zapotrzebowania, np. ze strony rynku energii odnawialnej.

Dobre parametry elektryczne tranzystorów z SiC zapewnione są nawet w wysokich temperaturach, co ułatwia budowę konwerterów i ogranicza nakłady wymagane do zapewnienia chłodzenia. Wysoka temperatura dopuszczalna złącza jest tutaj o 25–30º większa niż dla półprzewodników krzemowych. Pozwala to na zmniejszenie powierzchni wymaganych radiatorów lub wydajności systemu chłodzenia. Nierzadko też przejście na elementy z SiC umożliwia rezygnację z chłodzenia wymuszonego i zastąpienie go konwekcyjnym. Co więcej, tranzystory te są w stanie pracować przy 2–5 razy wyższych częstotliwościach kluczowania, co pozwala na redukcję wymiarów elementów magnetycznych i pojemności. Niewielkie prądy zerowe nawet w wysokich temperaturach zapewniają stabilne działanie i dużą niezawodność, co widać właśnie najbardziej w tych ekstremalnie trudnych warunkach otoczenia i zasilania.

Najważniejsze trendy pozytywne sprzyjające rozwojowi komponentów dla energoelektroniki

 

Duże rynkowe znaczenie energoelektroniki, wiele nowych otwarć związanych z m.in. energią odnawialną, elektrycznym transportem, konwersją mocy i napędami w przemyśle są postrzegane jako najważniejsze czynniki sprzyjające rozwojowi. Co ciekawe, drożejąca energia elektryczna nie uplasowała się wysoko, być może dlatego, że problem ten i związane z rosnącymi cenami wydatki dopiero są przed nami.

Typowy MOSFET SiC pozwala utrzymać w ryzach straty mocy przy częstotliwościach rzędu 300 kHz, prądach 100 A, a więc tam, gdzie krzem się już "nie wyrabia". SiC pozwala też na działanie z wysokim napięciem przewyższającym 1 kV przy niskiej RDS(ON) poniżej 100 mΩ dla 1,2 kV. Jeśli chodzi o tranzystory z azotku galu GaN to oferują one jeszcze lepsze parametry w zakresie przełączania z dużą częstotliwością, nawet 1 MHz przy dużym poziomie mocy.