Silisyum karbür (SiC) yarı iletken malzemelerinin parlak bir geleceğe sahip olmasının nedenleri nelerdir?

Küçük, güçlü ve son derece verimliler: Silisyum karbürden üretilen yarı iletkenler, pillerde ve sensörlerdeki güç elektroniğini bir üst seviyeye taşımaya yardımcı olabilir; elektrikli araçlarda çığır açacak gelişmelere büyük katkı sağlayabilir ve endüstrinin dijitalleşmesini destekleyebilir.  
   
 

Silisyum karbürden (SiC) üretilen yarı iletkenler, bazı önemli uygulamalarda geleneksel yarı iletkenlere göre elektriği daha verimli işler. Bu yeni teknoloji bu nedenle özellikle elektrikli araç üreticileri için büyük önem taşımaktadır: SiC yarı iletkenlerinin kullanımı sayesinde, geliştirilmiş pil kontrolü enerji tasarrufuna yardımcı olur ve böylece elektrikli araçların kullanım ömrünü önemli ölçüde uzatır. SiC tabanlı yarı iletkenler ayrıca daha hızlı şarj imkanı da sağlar. Günümüzde her elektrikli otomobilde birçok yarı iletken bulunmaktadır. Gelecekte, özellikle SiC dönüştürme cihazları, anahtarlama hızı, ısı kaybı ve kompakt boyut avantajları nedeniyle öne çıkacaktır. Mobil şebeke sağlayıcıları, akıllı telefon üreticileri ve otomasyon endüstrisi gibi diğer şirketler de bu mikroçiplerden büyük umutlar besliyor.
 

SiC yarı iletkenlerinin avantajları ve uygulamaları    
   

10 kez

Geleneksel silikon yarı iletkenlerle karşılaştırıldığında, SiC güç elektroniği yarı iletkenleri çok daha küçük malzemelerden üretilebilir. Bu, daha geniş bant genişliğine sahip olmaları ve elektrik enerjisini daha az ısı kaybıyla dönüştürebilmeleri sayesinde mümkündür. Silikon yarı iletkenlerin aynı performansı elde etmek için çok daha büyük olması gerekir.

 
 

%50'ye varan indirim

Silisyum karbür (SiC) yarı iletkenlerde, geleneksel silisyum yarı iletkenlere kıyasla ısı kayıpları meydana gelir. Bu nedenle, SiC yarı iletkenler için önemli bir uygulama alanı güç elektroniğidir; yani elektrik enerjisinin cihazlar tarafından kullanılabilir bir forma dönüştürülmesidir. Örneğin, bir dizüstü bilgisayar için yarı iletken, şarj cihazının transformatöründe gizlidir. Şimdiye kadar bu amaçla çoğunlukla silisyum yarı iletkenler kullanılmıştır, ancak bunlar büyük miktarda enerjiyi ısı olarak yayarlar. Silisyum karbür yarı iletkenler kullanıldığında, ısı kaybı büyük ölçüde azalır ve şarj için daha fazla enerji kullanılabilir hale gelir.  
 
 
  %300–500  

SiC transistörler, silikon transistörlere kıyasla anahtarlama frekansını da artırabilir. Bu da SiC yarı iletkenlerin önemli ölçüde daha küçük boyutlarda bileşenler oluşturmak için kullanılabilmesinin bir başka nedenidir.  
 
 
 

10% 15% için

SiC yarı iletkenler, enerjiyi daha verimli bir şekilde dönüştürebildikleri için elektrikli araçların menzilini artırabilir. Sonuç olarak, otomobil üreticileri elektrikli araçlarına daha küçük bataryalar takabilirler. Bu, üreticiler için kazan-kazan bir durumdur ve sektöre ivme kazandırabilir.

 
 

Modern 5G teknolojisine uygundur.

SiC yarı iletkenler de idealdir. Ultra hızlı ağlar, özellikle iletim istasyonları gibi altyapı bileşenlerinden, muazzam miktarda güç ve performans gerektirecektir. Akıllı telefonların daha hızlı şarj olması için üreticiler gelecekte SiC yarı iletkenler kullanabilirler. Ayrıca, yeni yarı iletkenler kablosuz şarj cihazları ve veri merkezi sunucuları için idealdir.  
 
 

Sonsuz olasılıklar

SiC yarı iletkenler, endüstriyel süreçlerin dijitalleştirilmesinin önünü açıyor. Örneğin, güç elektroniğinden özellikle yüksek hız gerektiren süreçler, daha hızlı sensör sistemleriyle daha iyi desteklenebilir. SiC yarı iletkenlere dayalı 5G kontrollü mobil cihazların kullanımı da Endüstri 4.0'ın daha da optimize edilmesi için büyük bir potansiyel sunuyor.

 

$ 412 milyar

Geçen yıl tüm yarı iletken endüstrisinin cirosu. SiC yarı iletkenler, yaklaşık 500 milyon dolarlık satışıyla niş bir ürün olmaya devam ediyor. Bununla birlikte, sektör uzmanları, elektrikli araçların satışların 2020 ile 2022 yılları arasında yıllık %10 ila %25 oranında, 2023 yılına kadar ise %40'ın üzerinde hızla büyümesine neden olacağını tahmin ediyor.  
 
Temelde, tüm yarı iletkenler, çok yüksek sıcaklıklarda toz halindeki (silikon veya silisyum karbür gibi) kristallerden yapılır. Kristaller daha sonra ince dilimler halinde kesilir ve bu dilimlere gofretler denir. Çok karmaşık elektronik devreler gofretler üzerine yerleştirilebilir ve sonuç olarak mikroelektronik cihazlar oluşturulabilir.  Yeni SiC yarı iletken malzemelerinin üretimi  
  daha 50 yaşında  
Silisyum karbür yarı iletkenlerin üretimi ve silisyum karbür kristallerinin büyümesi üzerine birçok araştırma yapılmıştır ve silisyum karbür kristallerinin büyümesi esas olarak fiziksel buhar taşınımı (PVT) işlemi kullanılarak gerçekleştirilir. Küçük silisyum karbür kristalleri yüksek sıcaklıklarda ve düşük basınçlarda üretilir. Parçacıklar taşıyıcı gazdan geçerek daha soğuk olan tohum kristaline ulaşır ve burada aşırı doygunluk nedeniyle kristalleşme gerçekleşir.

 

2400 derece Celsius

Silisyum karbür tek kristal malzemenin büyüme süreci için gereklidir. Buna karşılık, geleneksel silisyum kristalleri yalnızca yaklaşık 1,500 derece sıcaklık gerektirir.

 

10 14 gün

Fırında silisyum karbür kristallerinin büyümesi için gereken süre budur. Bu durum, önemli ölçüde daha yüksek enerji tüketimiyle birlikte, normal silisyum kristallerine göre daha pahalı olmalarının nedenlerinden biridir; normal silisyum kristalleri iki günde yetiştirilebilir.

 

Çap 150mm

Bu, son zamanlarda üretilen silisyum karbür levhaların boyutudur. Yakında, 200 mm çapında SiC levhalar endüstriyel ölçekte üretilecek. Bu aşamada, boyutları "geleneksel" silisyum tabanlı endüstrinin standartlarına ulaşacak ve böylece SiC tabanlı elektronik ürünlerde bir atılım gerçekleştirilecektir.