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

بسیاری از سیستم‌های قدرت در حال گذار از فناوری سیلیکون (Si) به کاربید سیلیکون (SiC) هستند. این بزرگترین تغییری خواهد بود که صنعت نیمه‌هادی‌های قدرت از زمان گذار از نیمه‌هادی‌های دوقطبی به ترانزیستورهای دوقطبی با گیت عایق (IGBT) در دهه 1980 تجربه کرده است. این تغییر در زمانی اتفاق می‌افتد که بسیاری از صنایع تحت تأثیر آن، دوره غیرمعمولی از تغییرات گسترده را پشت سر می‌گذارند. از صنعت خودرو گرفته تا انرژی خورشیدی، مزایای کاربید سیلیکون (SiC) غیرقابل چشم‌پوشی شده‌اند. در حالی که این تغییرات قابل توجه هستند، همه بازیگران اصلی در تلاشند تا کاربید سیلیکون (SiC) را بیشتر در فناوری‌های خود بگنجانند.

صنعت خودرو نمونه بارز یک صنعت مدرن است که دستخوش تغییرات بی‌سابقه‌ای شده است. طی دهه آینده، صنعت خودرو از موتورهای احتراق داخلی به سمت الکتریکی شدن حرکت خواهد کرد. تبدیل سیلیکون (Si) به کاربید سیلیکون (SiC) نقش مهمی در افزایش کارایی خودروهای الکتریکی برای برآوردن نیازهای مصرف‌کنندگان و در عین حال رعایت مقررات دولتی در مورد اثرات تغییرات اقلیمی ایفا می‌کند. راهکارهای کاربید سیلیکون (SiC) به ارتقای خودروهای الکتریکی به "سطح بعدی" کمک می‌کنند و کاربردهایی مانند زیرساخت‌های شارژ سریع، اینورترهای درایو و منابع تغذیه را بهبود می‌بخشند و پیشرفت‌هایی را در کاربردهایی مانند مخابرات، نظامی و هوافضا امکان‌پذیر می‌سازند.

شکل ۱. کارمندان کری در آزمایشگاه

فرصت‌های وسایل نقلیه الکتریکی

خودروسازانی از جمله تسلا، فورد و فولکس واگن اعلام کرده‌اند که با توجه به افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان و تشدید مقررات دولتی، قصد دارند طی دهه آینده بیش از ۳۰۰ میلیارد دلار در زمینه خودروهای برقی سرمایه‌گذاری کنند. تحلیلگران پیش‌بینی می‌کنند که خودروهای برقی باتری‌دار (BEV) تا سال ۲۰۳۰، ۱۵ درصد از ناوگان خودروها را تشکیل دهند. در نتیجه، بازار قطعات کاربید سیلیکون (SiC) برای خودروهای برقی در سال‌های آینده به صورت تصاعدی رشد خواهد کرد.

با تأکید فراوان بر الکتریکی‌سازی، تولیدکنندگان دیگر نمی‌توانند از مزایای کاربید سیلیکون (SiC) چشم‌پوشی کنند. کاربید سیلیکون (SiC) در مقایسه با فناوری سیلیکون (Si) مورد استفاده در خودروهای الکتریکی معمولی، برد باتری را افزایش می‌دهد، عملکرد آن را بهبود می‌بخشد و زمان شارژ را کاهش می‌دهد. در نتیجه، بسیاری از تأمین‌کنندگان با همکاری کری، ابتکاراتی را در زمینه خودروهای برقی اعلام کرده‌اند. به عنوان مثال، شرکت دلفی تکنولوژیز (Delphi Technologies) در حال توسعه سیستم‌های اینورتر کارآمدتر، کوچک‌تر و سبک‌تر با استفاده از نیمه‌رساناهای کاربید سیلیکون (SiC) است، در حالی که گروه ZF در حال توسعه پیشرانه‌های تمام الکتریکی است. گروه ABB در حال توسعه و تأمین سیستم‌های قدرت مختلف مبتنی بر کاربید سیلیکون (SiC) است.

بهبود کارایی

سیلیکون کاربید (SiC) تلفات سوئیچینگ بسیار کمتری نسبت به IGBT های مبتنی بر سیلیکون (Si) دارد. علاوه بر این، دستگاه‌های سیلیکون کاربید ولتاژ داخلی ندارند و تلفات هدایت آنها به طور قابل توجهی کمتر است. در نتیجه، سیلیکون کاربید (SiC) چگالی توان بالاتری دارد، سبک‌تر است و در فرکانس‌های بالاتر کار می‌کند. در یک آزمایش اخیر خودرو، فناوری سیلیکون کاربید (SiC) شرکت کری، تلفات اینورتر را در مقایسه با سیلیکون (Si) تقریباً 78٪ کاهش داد.

در دنیای خودرو، این بهبودهای بهره‌وری را می‌توان در راه‌حل‌های سیستم انتقال قدرت، مبدل‌های قدرت و شارژرهای داخلی و خارجی استفاده کرد. کاربید سیلیکون (SiC) می‌تواند در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی مبتنی بر سیلیکون (Si) 5 تا 10 درصد راندمان کلی خودروهای الکتریکی را افزایش دهد. تولیدکنندگان می‌توانند از این ماده برای افزایش برد رانندگی یا کاهش نیاز به باتری‌های حجیم و گران‌قیمت استفاده کنند. علاوه بر این، کاربید سیلیکون (SiC) نیاز به خنک‌کننده را کاهش می‌دهد، در فضا صرفه‌جویی می‌کند و از راه‌حل‌های مبتنی بر سیلیکون (Si) سبک‌تر است. کاربید سیلیکون (SiC) همچنین شارژرهای سریع را تغذیه می‌کند که در حال حاضر برد را تنها در 5 دقیقه 75 مایل افزایش می‌دهند.

کاهش مداوم هزینه راه‌حل‌های کاربید سیلیکون (SiC) منجر به افزایش بیشتر پذیرش آنها شده است. با استفاده از خودروها به عنوان مثال، ما تخمین می‌زنیم که اجزای کاربید سیلیکون (SiC) مورد استفاده در یک وسیله نقلیه الکتریکی تقریباً 250 تا 500 دلار (بسته به نیاز به برق) ارزش دارند. کل صرفه‌جویی برای خودروسازان در هزینه باتری، اندازه و وزن باتری و اینورتر و نیازهای خنک‌کننده می‌تواند تا 2,000 دلار برای هر وسیله نقلیه الکتریکی باشد. در حالی که عوامل بسیار دیگری نیز در گذار از سیلیکون (Si) به کاربید سیلیکون (SiC) نقش دارند، این نکته کلیدی است.

خارج از صنعت خودرو

تقاضا از سوی صنعت خودرو تقریباً نیمی از فرصت ۹ میلیارد دلاری کری برای کاربید سیلیکون (SiC) را تشکیل می‌دهد، در حالی که زیرساخت‌های خورشیدی، هوافضا و دفاعی و ارتباطات از دیگر محرک‌های اصلی تقاضا هستند. طبق برآوردهای اخیر Canaccord Genuity، تقاضا برای کاربید سیلیکون (SiC) تا سال ۲۰۳۰ از ۲۰ میلیارد دلار فراتر خواهد رفت.

2. ماسفت کری 650 ولت

دستگاه‌های قدرت سیلیکون کاربید (SiC) همچنین به شرکت‌های صنعتی و انرژی کمک می‌کنند تا حداکثر استفاده از برق و فضا را داشته باشند. سیلیکون کاربید (SiC) به منابع تغذیه صنعتی فرکانس بالا و منابع تغذیه بدون وقفه (UPS) راندمان بالاتر، چگالی توان بالاتر و وزن سبک‌تری می‌دهد و مزایای سیلیکون کاربید (SiC) بسیار بیشتر از هزینه آن است. در این زمینه‌ها، راندمان بالاتر به معنای سود بیشتر است.

در زمینه الکترونیک قدرت، کاربید سیلیکون (SiC) بسیار کارآمدتر از سیلیکون (Si) است و سه برابر چگالی توان بیشتری دارد که باعث می‌شود سیستم‌های ولتاژ بالا سبک‌تر، کوچک‌تر، کارآمدتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر شوند. این عملکرد برتر به نقطه شکست رسیده است و تولیدکنندگان اگر می‌خواهند در بازار فعلی رقابت‌پذیر باقی بمانند، دیگر نمی‌توانند از آن چشم‌پوشی کنند.

آینده نیمه‌رساناها

هزینه قبلاً مانع اصلی برای پذیرش کاربید سیلیکون (SiC) بوده است. اما با افزایش مداوم تولید و تجربه، هزینه‌های آن همچنان کاهش می‌یابد. در نتیجه، تولید آن نیز کارآمدتر و اصلاح شده است. علاوه بر این، مشتریان متوجه می‌شوند که ارزش واقعی کاربید سیلیکون (SiC) در سطح سیستم نهفته است، نه در مقایسه با سطح دستگاه. برای برآوردن نیازهای صنایع مختلف، تولید کاربید سیلیکون (SiC) بیشتر بهبود خواهد یافت، تولید همچنان رشد خواهد کرد و قیمت آن همچنان کاهش خواهد یافت. با در نظر گرفتن کری به عنوان یک مرجع، کری سرمایه‌گذاری‌های کلانی را برای برآوردن این نیازها انجام داده است، از جمله ساخت کارخانه‌ای در ایالت نیویورک که از فناوری پیشرفته استفاده می‌کند و مطابق با استانداردهای درجه خودرو است، که ظرفیت تولید را به بیش از 30 برابر سال 2017 افزایش می‌دهد.

گذار از سیلیکون (Si) به کاربید سیلیکون (SiC) دیگر مسئله‌ی این نیست که آیا این اتفاق خواهد افتاد یا نه، ما همین حالا هم به آنجا رسیده‌ایم. هیجان‌انگیز است که کاملاً درگیر تغییرات عظیم در بسیاری از صنایع باشیم. آینده‌ی این صنایع قطعاً ایستا نیست و مطمئناً همچنان شاهد تغییرات بی‌سابقه‌ای خواهیم بود. و تولیدکنندگانی که می‌توانند به سرعت با این تغییرات سازگار شوند، نتایج پرباری به دست خواهند آورد.

توجه: این مقاله از اینترنت کپی شده و از حقوق مالکیت معنوی حمایت می‌کند. لطفاً هنگام چاپ مجدد، منبع اصلی و نویسنده را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن