Source: This article comes from John Palmour, chief technical officer of Wolfspeed, Cree.

Nhiều hệ thống điện đang chuyển đổi từ công nghệ silicon (Si) sang công nghệ silicon carbide (SiC). Đây sẽ là sự thay đổi lớn nhất mà ngành công nghiệp bán dẫn công suất từng trải qua kể từ khi chuyển đổi từ bán dẫn lưỡng cực sang bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT) vào những năm 1980. Sự chuyển đổi này đang diễn ra vào thời điểm mà nhiều ngành công nghiệp bị ảnh hưởng đang trải qua một giai đoạn thay đổi sâu rộng bất thường. Từ ngành công nghiệp ô tô đến năng lượng mặt trời, những lợi thế của silicon carbide (SiC) đã trở nên không thể bỏ qua. Trong khi trải qua những thay đổi đáng kể, tất cả các nhà sản xuất lớn đều đang nỗ lực để tích hợp silicon carbide (SiC) sâu hơn vào công nghệ của họ.

Ngành công nghiệp ô tô là một ví dụ điển hình về một ngành công nghiệp hiện đại đang trải qua những thay đổi chưa từng có. Trong thập kỷ tới, ngành công nghiệp ô tô sẽ chuyển đổi từ động cơ đốt trong sang điện khí hóa. Việc chuyển đổi silicon (Si) thành silicon carbide (SiC) đóng vai trò quan trọng trong việc giúp xe điện hoạt động hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng đồng thời tuân thủ các quy định của chính phủ về tác động của biến đổi khí hậu. Các giải pháp silicon carbide (SiC) đang giúp đưa xe điện “lên một tầm cao mới”, cải thiện các ứng dụng như cơ sở hạ tầng sạc nhanh, bộ biến tần và nguồn điện, đồng thời tạo điều kiện cho những tiến bộ trong các ứng dụng như viễn thông, quân sự và hàng không vũ trụ.

Hình 1. Các nhân viên của Cree trong phòng thí nghiệm

Cơ hội cho xe điện

Các nhà sản xuất ô tô, bao gồm Tesla, Ford và Volkswagen, đã công bố kế hoạch đầu tư hơn 300 tỷ đô la vào xe điện trong thập kỷ tới khi nhu cầu của người tiêu dùng tiếp tục tăng và các quy định của chính phủ ngày càng chặt chẽ. Các nhà phân tích dự đoán rằng xe điện chạy bằng pin (BEV) sẽ chiếm 15% tổng số phương tiện giao thông vào năm 2030. Do đó, thị trường linh kiện silicon carbide (SiC) cho xe điện sẽ tăng trưởng theo cấp số nhân trong những năm tới.

Với sự chú trọng ngày càng lớn vào điện khí hóa, các nhà sản xuất không thể tiếp tục phớt lờ những ưu điểm của silicon carbide (SiC). Silicon carbide (SiC) giúp tăng phạm vi hoạt động của pin, cải thiện hiệu suất và giảm thời gian sạc so với công nghệ silicon (Si) được sử dụng trong các xe điện thông thường. Do đó, nhiều nhà cung cấp đã công bố các sáng kiến ​​về xe điện hợp tác với Cree. Ví dụ, Delphi Technologies đang phát triển các hệ thống biến tần hiệu quả hơn, nhỏ gọn và nhẹ hơn bằng cách sử dụng chất bán dẫn silicon carbide (SiC), trong khi ZF Group đang phát triển hệ thống truyền động hoàn toàn bằng điện. ABB Group đang phát triển và cung cấp nhiều hệ thống điện khác nhau dựa trên silicon carbide (SiC).

Cải thiện hiệu quả

Silicon carbide (SiC) có tổn hao chuyển mạch thấp hơn nhiều so với IGBT dựa trên silicon (Si). Ngoài ra, các thiết bị silicon carbide không có điện áp tích hợp và tổn hao dẫn điện của chúng thấp hơn đáng kể. Do đó, silicon carbide (SiC) có mật độ công suất cao hơn, nhẹ hơn và hoạt động ở tần số cao hơn. Trong một thử nghiệm ô tô gần đây, công nghệ silicon carbide (SiC) của Cree đã giảm tổn hao biến tần khoảng 78% so với silicon (Si).

Trong ngành công nghiệp ô tô, những cải tiến về hiệu suất này có thể được ứng dụng trong các giải pháp hệ thống truyền động, bộ chuyển đổi điện năng, và bộ sạc ngoài và trên xe. Silicon carbide (SiC) có thể tăng hiệu suất tổng thể của xe điện lên 5% đến 10% so với các giải pháp dựa trên silicon (Si) truyền thống. Các nhà sản xuất có thể sử dụng điều này để tăng phạm vi hoạt động hoặc giảm nhu cầu sử dụng pin cồng kềnh và đắt tiền. Ngoài ra, silicon carbide (SiC) giảm yêu cầu làm mát, tiết kiệm không gian và nhẹ hơn so với các giải pháp dựa trên silicon (Si). Silicon carbide (SiC) cũng cung cấp năng lượng cho các bộ sạc nhanh, hiện đang giúp tăng phạm vi hoạt động thêm 75 dặm chỉ trong 5 phút.

Chi phí của các giải pháp silicon carbide (SiC) tiếp tục giảm đã dẫn đến việc ứng dụng ngày càng rộng rãi. Lấy ô tô làm ví dụ, chúng tôi ước tính rằng các linh kiện silicon carbide (SiC) được sử dụng trong một chiếc xe điện có giá trị khoảng 250 đến 500 đô la (tùy thuộc vào yêu cầu công suất). Tổng số tiền tiết kiệm cho các nhà sản xuất ô tô về chi phí pin, kích thước và trọng lượng pin và bộ biến tần, cũng như yêu cầu làm mát có thể lên tới 2,000 đô la cho mỗi chiếc xe điện. Mặc dù có nhiều yếu tố khác thúc đẩy sự chuyển đổi từ silicon (Si) sang silicon carbide (SiC), nhưng điểm này là rất quan trọng.

Ngoài ngành công nghiệp ô tô

Nhu cầu từ ngành công nghiệp ô tô chiếm khoảng một nửa trong cơ hội thị trường silicon carbide (SiC) trị giá 9 tỷ đô la của Cree, trong khi năng lượng mặt trời, hàng không vũ trụ và quốc phòng, và cơ sở hạ tầng truyền thông là những động lực chính khác thúc đẩy nhu cầu. Theo ước tính gần đây từ Canaccord Genuity, nhu cầu về silicon carbide (SiC) sẽ vượt quá 20 tỷ đô la vào năm 2030.

图2. MOSFET Cree 650V

Các thiết bị điện sử dụng silicon carbide (SiC) cũng giúp các công ty công nghiệp và năng lượng tối đa hóa việc sử dụng điện năng và không gian. Silicon carbide (SiC) mang lại hiệu suất cao hơn, mật độ công suất cao hơn và trọng lượng nhẹ hơn cho các bộ nguồn công nghiệp tần số cao và bộ nguồn dự phòng (UPS), và lợi ích của silicon carbide (SiC) vượt xa chi phí của chính nó. Trong các lĩnh vực này, hiệu suất cao hơn đồng nghĩa với lợi nhuận cao hơn.

Trong lĩnh vực điện tử công suất, silicon carbide (SiC) hiệu quả hơn nhiều so với silicon (Si) và có mật độ công suất gấp ba lần, giúp các hệ thống điện áp cao trở nên nhẹ hơn, nhỏ hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Hiệu suất vượt trội này đã đạt đến điểm đột phá và các nhà sản xuất không thể tiếp tục làm ngơ nếu muốn duy trì khả năng cạnh tranh trên thị trường hiện nay.

Tương lai của chất bán dẫn

Trước đây, chi phí là rào cản lớn đối với việc ứng dụng silicon carbide (SiC). Nhưng khi sản lượng và kinh nghiệm tiếp tục tăng lên, chi phí của nó cũng tiếp tục giảm. Kết quả là, quy trình sản xuất cũng trở nên hiệu quả và tinh vi hơn. Hơn nữa, khách hàng đang nhận ra rằng giá trị thực sự của silicon carbide (SiC) nằm ở cấp độ hệ thống chứ không phải ở cấp độ thiết bị. Để đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, việc sản xuất silicon carbide (SiC) sẽ tiếp tục được cải thiện, sản lượng sẽ tiếp tục tăng trưởng và giá thành sẽ tiếp tục giảm. Lấy Cree làm ví dụ, Cree đã đầu tư quy mô lớn để đáp ứng những nhu cầu này, bao gồm việc xây dựng một nhà máy ở bang New York sử dụng công nghệ tiên tiến và đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng ô tô, điều này sẽ làm tăng công suất sản xuất lên hơn 30 lần so với năm 2017.

Việc chuyển đổi từ silic (Si) sang silic cacbua (SiC) không còn là vấn đề liệu và khi nào nó sẽ xảy ra nữa, mà chúng ta đã ở trong giai đoạn đó rồi. Thật thú vị khi được tham gia trọn vẹn vào những thay đổi lớn lao trong nhiều ngành công nghiệp. Tương lai của những ngành công nghiệp này chắc chắn không phải là tĩnh tại, và chúng ta chắc chắn sẽ tiếp tục chứng kiến ​​những thay đổi chưa từng có. Và những nhà sản xuất nào có thể nhanh chóng thích ứng với những thay đổi này sẽ gặt hái được những kết quả tốt đẹp.

Lưu ý: Bài viết này được sao chép từ Internet và nhằm mục đích bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi đăng lại. Nếu phát hiện vi phạm bản quyền, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến