Uważa się, że moduły z węglika krzemu (SiC) mają kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności układów napędowych pojazdów elektrycznych. Znaczące przejście od urządzeń opartych na krzemie do urządzeń z węglika krzemu w znacznym stopniu przyczyni się do zwiększenia gęstości mocy w systemach elektroenergetycznych, przy jednoczesnym zmniejszeniu rozmiaru, masy i, co najważniejsze, kosztu pojazdów elektrycznych. Dzieje się tak dlatego, że chociaż półprzewodniki mocy na bazie krzemu są nadal optymalizowane, osiągnęły one swoje granice operacyjne pod względem strat przewodzenia i przełączania. Węglik krzemu dzięki szerszemu pasmu wzbronionemu (3.26 eV w porównaniu do 1.12 eV krzemu) może zmniejszyć takie straty i zapewnić doskonałą wydajność w wysokich temperaturach i wysokich częstotliwościach.

Wielu producentów chipów SiC przekształciło już swoje linie produkcyjne krzemu 150 mm w produkcję SiC. Veliadis stwierdził: „Jak dotąd bardzo skutecznym podejściem było przetwarzanie węglika krzemu w dojrzałych, całkowicie zdeamortyzowanych fabrykach krzemu, przy inwestycji kapitałowej w wysokości około 30 milionów dolarów, co przyniosło ogromne zyski”. Koszt jest szczególnie ważny w przypadku modułów mocy. „Wykorzystując węglik krzemu, zapłacisz około trzykrotnie więcej niż koszt chipów półprzewodnikowych, ale ogólny koszt systemu będzie niższy niż w przypadku krzemowych modułów mocy, co jest sprzeczne z intuicją. Odpowiedź jest jednak prosta. Zdolność do wydajnego działania przy wysokich częstotliwościach znacznie zmniejsza objętość komponentów magnetycznych i pasywnych, równoważąc wyższe koszty produkcji chipów.

Jednak w tej branży nie ma już starych fabryk, które mogłyby pozwolić sobie na remont wart 30 milionów dolarów. W szybkim tempie powstają nowe fabryki płytek z węglika krzemu. Tymczasem firmy inne niż płytki konkurują o moce produkcyjne.

„Mamy dwa wzajemnie konkurujące rynki – rynek motoryzacyjny i rynek energii odnawialnej – oba poszukujące mocy” – powiedział Ralf Bornefeld, starszy wiceprezes ds. półprzewodników i modułów mocy w Bosch. „Pandemia COVID-19 pokazała nam, że konkurencyjny rynek może sparaliżować inny, więc musimy to wziąć pod uwagę”. Bosch produkuje obecnie moduły MOSFET SiC trzeciej generacji o napięciu przebicia 1,200 V.

Urządzenia SiC są szczególnie odpowiednie do samochodów, ponieważ mogą pracować w wyższych temperaturach w trudnych warunkach, zapewniając wysoką gęstość mocy. Urządzenia mocy SiC charakteryzują się wyjątkowo niskimi stratami przełączania i ultraniskim RDSon (rezystancja między źródłem a drenem podczas pracy). Niższy RDSon koreluje z niższymi stratami mocy w tranzystorach MOSFET.

Możliwości urządzenia zaczynają się od materiałów SiC. „Jakość kryształu była kluczowym czynnikiem, którym zajmowali się wszyscy gracze przez ostatnie 20 lat, ale w krysztale nadal występują przemieszczenia płaszczyzny podstawowej, błędy w układaniu itp., które należy zaprojektować, aby wytworzyć 20, 30 i urządzeń o powierzchni 40 milimetrów kwadratowych” – powiedział Christophe Maleville, starszy wiceprezes SOITEC Innovation. „Kiedy cztery lata temu weszliśmy na rynek węglika krzemu, po raz pierwszy zauważyliśmy, że istnieje zmienność w zależności od wlewka i płytki, co inżynierowie zazwyczaj muszą dostosować i sprawdzić epitaksję. Zatem wdrożenie tego rozwiązania do produkcji nie jest jeszcze chudy.”

Pod względem elektrycznym urządzenia zasilające mogą być wrażliwe na indukcyjności pasożytnicze, iskrzenie i inne wyzwania. W przeciwieństwie do fabryk analogowych, gdzie brakuje obkurczania, głównym celem są parametry, a inżynierowie energetyczni muszą radzić sobie z różnicami.

„W przeszłości (analogowo) nie było możliwości obkurczania się. Obecnie jednak istnieją dojrzałe procesy usuwania defektów” – powiedział Dieter Rathei, dyrektor generalny DR Yield. „W miarę jak złożone półprzewodniki, takie jak węglik krzemu, azotek galu i arsenek galu, staną się coraz popularniejsze i będą rosnąć szybciej, poprawią się problemy z wydajnością parametryczną”.