Die dritte Generation von Halbleitermaterialien: Siliziumkarbid (SiC)-Leitermaterialien haben jahrzehntelange Entwicklung erfahren, und die erste Generation von Siliziummaterial-Halbleitern hat sich perfekten Kristallen nähert, und die Forschung an Siliziummaterialien ist auch sehr gründlich. Auch das Design und die Entwicklung von Geräten auf Basis von Siliziummaterialien haben viele Generationen von Struktur- und Prozessoptimierungen und Aktualisierungen durchlaufen und nähern sich allmählich den Grenzen von Siliziummaterialien. Das Potenzial zur Leistungssteigerung von Geräten auf Basis von Siliziummaterialien wird immer kleiner. Die Halbleiter der dritten Generation, die durch Galliumnitrid und Siliziumkarbid repräsentiert werden, haben ausgezeichnete materialphysikalische Eigenschaften und bieten mehr Raum für die weitere Verbesserung der Leistung von leistungselektronischen Geräten.

1. Was ist Siliziumkarbid?

SiC ist ein zusammengesetztes Halbleitermaterial, das aus Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) besteht. Seine Bindungskraft ist sehr stark und es ist sehr stabil in thermischen, chemischen und mechanischen Aspekten. Es gibt verschiedene Polytypen (polykristalline Formen) in SiC, deren physikalische Eigenschaftswerte variieren. 4H SiC eignet sich am besten für Leistungskomponenten.

2. Was ist der Gebrauch von Siliziumkarbid?

Die von SiC vertretenen Halbleiter-Hochleistungselektronik der dritten Generation gehören derzeit zu den am schnellsten entwickelnden Leistungshalbleiterbauelementen im Bereich der Leistungselektronik. Als typischer Vertreter der Halbleitermaterialien der dritten Generation ist Siliziumkarbid auch eines der ausgereiftesten und am weitesten verbreiteten Halbleitermaterialien mit breitem Bandgap in der Kristallproduktionstechnologie und in der Geräteherstellung. Derzeit hat es eine globale Industriekette für Materialien, Geräte und Anwendungen gebildet. Es ist ein ideales Halbleitermaterial für Hochtemperatur-, Hochfrequenz-, Strahlungs- und Hochleistungsanwendungen. Aufgrund der deutlichen Reduzierung des Energieverbrauchs elektronischer Geräte werden Siliziumkarbid-Leistungsgeräte auch als "grüne Energiegeräte" bezeichnet, die die "neue Energiewende" antreiben.

1) Halbleiterbeleuchtungsfeld

LEDs, die Siliziumkarbid als Substrat verwenden, haben erhebliche Vorteile in Hochleistungs-LEDs aufgrund ihrer höheren Helligkeit, ihres geringeren Energieverbrauchs, ihrer längeren Lebensdauer und ihrer kleineren Chipfläche.

2) Verschiedene Motorsysteme

In Hochspannungsanwendungen über 5 kV werden Halbleiter-Siliziumkarbid-Leistungsgeräte sowohl in Schaltverlusten als auch in Überspannungen mit einer maximalen Verringerung von 92% der Schaltverluste angewendet.Der Stromverbrauch von Halbleiter-Siliziumkarbid-Leistungsgeräten wird erheblich reduziert, und die Heizkapazität der Ausrüstung wird erheblich reduziert, was den Kühlmechanismus der Ausrüstung weiter vereinfacht, das Gerätevolumen miniaturisiert und den Verbrauch von Metallmaterialien zur Wärmeableitung erheblich reduziert.

3) Leistungselektronikfelder wie neue Energiefahrzeuge und unterbrechungsfreie Stromversorgungen

Die neue Energiefahrzeugindustrie verlangt von Halbleiterleistungsmodulen für Wechselrichter (d.h. motorisch angetriebene) eine weitaus höhere Zuverlässigkeit als herkömmliche industrielle Wechselrichter bei der Handhabung von Strömen hoher Intensität. In Hochstromleistungsmodulen erfüllen Halbleiter-Siliziumkarbid-Module mit besserer Wärmeableitung, hoher Effizienz, Geschwindigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit und hoher Zuverlässigkeit die Anforderungen neuer Energiefahrzeuge vollständig.

Die Miniaturisierung von Halbleiter-Siliziumkarbid-Leistungsmodulen kann den Leistungsverlust neuer Energiefahrzeuge erheblich reduzieren und ihnen ermöglichen, normal bei hohen Temperaturen von 200 ℃ zu arbeiten. Leichtere und kleinere Geräte reduzieren das Gewicht und reduzieren den Energieverbrauch, der durch das Gewicht des Autos selbst verursacht wird.

Halbleiter-Siliziumkarbid-Materialien spielen nicht nur eine wichtige Rolle bei der Energieeinsparung neuer Energiefahrzeuge, sondern spielen auch eine herausragende energiesparende und umweltfreundliche Rolle in den Bereichen Leistungselektronik wie Hochgeschwindigkeitsbahn, Solarphotovoltaik, Windenergie, Stromübertragung, unterbrechungsfreie Stromversorgung der USV usw.

4) Machen Sie elektronische Geräte kleiner in der Größe

Reduzieren Sie die Größe des Laptop-Adapters um 80% und reduzieren Sie die Größe einer Umspannstation auf die Größe eines Koffers. Dies ist auch ein vielversprechender Aspekt von Siliziumkarbid-Halbleitern.

Mit dem Schwerpunkt des Landes auf Halbleitermaterialien der dritten Generation hat sich der Halbleitermaterialmarkt in China in den letzten Jahren rasant entwickelt. Unter ihnen haben Materialien, die hauptsächlich aus Siliziumkarbid bestehen, viel Aufmerksamkeit erhalten. Trotzdem müssen industrielle Herausforderungen immer noch angegangen werden, wie Chinas Herstellungsprozess und Qualität von Materialien, die nicht an die Spitze der Welt gelangen, starke Abhängigkeit von Importen für Materialherstellungsausrüstungen und das Fehlen einer industriellen Kette für Siliziumkarbid-Bauelemente. Diese Probleme müssen schrittweise gelöst werden, damit im Inland hergestellte Halbleitermaterialien an der Spitze der Welt stehen.