إنها صغيرة وقوية وفعالة للغاية: يمكن لأشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون أن تساعد في نقل إلكترونيات الطاقة في البطاريات وأجهزة الاستشعار إلى المستوى التالي - مما يساهم بشكل كبير في تحقيق اختراقات في المركبات الكهربائية ودعم رقمنة الصناعة.  
   
 

تُعالج أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) الكهرباء بكفاءة أعلى من أشباه الموصلات التقليدية في بعض التطبيقات المهمة. ولذلك، تُعدّ هذه التقنية الجديدة ذات أهمية خاصة لمصنّعي السيارات الكهربائية، إذ يُسهم استخدام أشباه موصلات SiC في تحسين التحكم بالبطارية، مما يُساعد على توفير الطاقة، وبالتالي زيادة عمر السيارات الكهربائية بشكل ملحوظ. كما تُتيح أشباه الموصلات القائمة على SiC شحنًا أسرع. واليوم، تُستخدم العديد من أشباه الموصلات في كل سيارة كهربائية. وفي المستقبل، ستبرز أجهزة تحويل SiC بشكل خاص نظرًا لمزاياها في سرعة التبديل، وفقدان الحرارة، وصغر الحجم. كما تُعلّق شركات أخرى، مثل مُزوّدي شبكات الهاتف المحمول، ومصنّعي الهواتف الذكية، وقطاع الأتمتة، آمالًا كبيرة على هذه الرقائق الدقيقة.
 

مزايا وتطبيقات أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون    
   

10 مرات

بالمقارنة مع أشباه الموصلات السيليكونية التقليدية، يمكن تصنيع أشباه موصلات إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون من مواد أصغر بكثير. ويعود ذلك إلى امتلاكها نطاق ترددي أوسع، مما يسمح لها بتحويل الطاقة الكهربائية مع فقد حراري أقل. أما أشباه الموصلات السيليكونية، فيجب أن تكون أكبر حجمًا بكثير لتحقيق الأداء نفسه.

 
 

خصم يصل إلى 50%

تُعاني أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون من فقدان حراري أكبر مقارنةً بأشباه الموصلات التقليدية المصنوعة من السيليكون. ولذلك، يُعدّ مجال إلكترونيات الطاقة، أي تحويل الطاقة الكهربائية إلى شكل قابل للاستخدام من قِبل الأجهزة، أحد أهم مجالات استخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون. فعلى سبيل المثال، في جهاز الكمبيوتر المحمول، يُخفى شبه الموصل داخل محوّل الشاحن. وحتى الآن، استُخدمت أشباه موصلات السيليكون بشكل أساسي لهذا الغرض، إلا أنها تُصدر كميات كبيرة من الطاقة على شكل حرارة. وباستخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون، يقلّ الفقد الحراري بشكل كبير، ما يُتيح توفير المزيد من الطاقة للشحن.  
 
 
  300–500％  

تتميز ترانزستورات كربيد السيليكون (SiC) بقدرتها على زيادة تردد التبديل مقارنةً بترانزستورات السيليكون. وهذا سبب آخر لاستخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون في تصنيع مكونات بأحجام أصغر بكثير.  
 
 
 

10٪ إلى٪ 15

قد تُتيح أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) مدىً أطول للسيارات الكهربائية بفضل قدرتها على تحويل الطاقة بكفاءة أعلى. ونتيجةً لذلك، يُمكن لشركات صناعة السيارات تركيب بطاريات أصغر حجمًا في سياراتها الكهربائية. وهذا يُحقق فائدةً مُتبادلةً للمُصنّعين، ويُمكن أن يُعطي دفعةً قويةً للصناعة.

 
 

مناسب لتقنية الجيل الخامس الحديثة

تُعدّ أشباه موصلات كربيد السيليكون (SiC) مثاليةً أيضاً. ستتطلب الشبكات فائقة السرعة كميات هائلة من الطاقة والأداء، لا سيما من مكونات البنية التحتية مثل محطات الإرسال. ولزيادة سرعة شحن الهواتف الذكية، قد يستخدم المصنّعون أشباه موصلات كربيد السيليكون في المستقبل. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ هذه الأشباه الموصلات الجديدة مثاليةً لأجهزة الشحن اللاسلكي وخوادم مراكز البيانات.  
 
 

إمكانيات غير محدودة

تُمهّد أشباه موصلات كربيد السيليكون الطريق لرقمنة العمليات الصناعية. فعلى سبيل المثال، يُمكن دعم العمليات التي تتطلب سرعات عالية للغاية من إلكترونيات الطاقة بشكل أفضل باستخدام أنظمة استشعار أسرع. كما يُتيح استخدام الأجهزة المحمولة التي تعمل بتقنية الجيل الخامس والمبنية على أشباه موصلات كربيد السيليكون إمكانات هائلة لمزيد من تحسين الصناعة 4.0.

 

بـ412 مليار دولار

حجم مبيعات صناعة أشباه الموصلات بأكملها في العام الماضي. لا تزال أشباه موصلات كربيد السيليكون منتجًا متخصصًا، حيث تبلغ مبيعاتها حوالي 500 مليون دولار. ومع ذلك، يتوقع خبراء الصناعة أن تؤدي السيارات الكهربائية إلى نمو سريع في المبيعات، بنسبة تتراوح بين 10% و25% سنويًا بين عامي 2020 و2022، وبأكثر من 40% بحلول عام 2023.  
 
تُصنع جميع أشباه الموصلات أساسًا من بلورات، تُصنع بدورها من مسحوق (مثل السيليكون أو كربيد السيليكون) عند درجات حرارة عالية جدًا. ثم تُقطع البلورات إلى شرائح رقيقة تُسمى رقائق. ويمكن ترسيب دوائر إلكترونية بالغة التعقيد على هذه الرقائق، لتشكيل أجهزة إلكترونية دقيقة في نهاية المطاف.  إنتاج مواد أشباه الموصلات الجديدة من كربيد السيليكون  
  أكثر من 50 سنوات  
أُجريت العديد من الأبحاث حول إنتاج أشباه موصلات كربيد السيليكون ونمو بلورات كربيد السيليكون، ويعتمد نمو هذه البلورات بشكل أساسي على عملية النقل الفيزيائي للبخار (PVT). تُصنع بلورات كربيد السيليكون الصغيرة عند درجات حرارة عالية وضغوط منخفضة. تمر الجسيمات عبر الغاز الحامل إلى بلورة البذرة الباردة، حيث يحدث التبلور نتيجةً لفرط التشبع.

 

درجة مئوية 2400

يُعدّ ذلك ضروريًا لعملية نمو مادة كربيد السيليكون أحادية البلورة. في المقابل، لا تتطلب بلورات السيليكون التقليدية سوى درجات حرارة تبلغ حوالي 1,500 درجة مئوية.

 

10 إلى أيام 14

يُشير هذا إلى الوقت اللازم لنمو بلورات كربيد السيليكون في الفرن. وهذا، إلى جانب استهلاك الطاقة الأعلى بكثير، أحد أسباب ارتفاع سعرها مقارنةً ببلورات السيليكون العادية، التي يُمكن نموها في غضون يومين.

 

قطر 150mm

يُعدّ حجم رقائق كربيد السيليكون الحالية مماثلاً لحجم رقائق السيليكون كاربيد. وقريبًا، سيتم إنتاج رقائق كربيد السيليكون بقطر 200 مم على نطاق صناعي. وعندها، سيصل حجمها إلى معايير صناعة السيليكون التقليدية، مما يُحقق طفرة نوعية في المنتجات الإلكترونية القائمة على كربيد السيليكون.