آنها کوچک، قدرتمند و بسیار کارآمد هستند: نیمه‌هادی‌های ساخته شده از کاربید سیلیکون می‌توانند به ارتقای الکترونیک قدرت در باتری‌ها و حسگرها به سطح بعدی کمک کنند - و سهم عمده‌ای در پیشرفت در وسایل نقلیه الکتریکی و پشتیبانی از دیجیتالی شدن صنعت داشته باشند.  
   
 

نیمه‌رساناهای ساخته شده از کاربید سیلیکون (SiC) در برخی از کاربردهای مهم، الکتریسیته را با راندمان بیشتری نسبت به نیمه‌رساناهای سنتی پردازش می‌کنند. بنابراین، این فناوری جدید مورد توجه ویژه تولیدکنندگان خودروهای الکتریکی قرار گرفته است: به لطف استفاده از نیمه‌رساناهای SiC، کنترل بهبود یافته باتری به صرفه‌جویی در انرژی کمک می‌کند و در نتیجه عمر مفید خودروهای الکتریکی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. نیمه‌رساناهای مبتنی بر SiC همچنین امکان شارژ سریع‌تر را فراهم می‌کنند. امروزه، در هر خودروی الکتریکی، نیمه‌رساناهای زیادی وجود دارد. در آینده، به ویژه دستگاه‌های تبدیل SiC به دلیل مزایای آنها در سرعت سوئیچینگ، اتلاف گرما و اندازه جمع و جور، ظهور خواهند کرد. سایر شرکت‌ها، مانند ارائه دهندگان شبکه تلفن همراه، تولیدکنندگان تلفن‌های هوشمند و صنعت اتوماسیون، نیز امید زیادی به این ریزتراشه‌ها دارند.
 

مزایا و کاربردهای نیمه‌هادی‌های SiC    
   

بار 10

در مقایسه با نیمه‌هادی‌های سیلیکونی سنتی، نیمه‌هادی‌های الکترونیکی قدرت SiC را می‌توان از مواد بسیار کوچک‌تری ساخت. این امر به این دلیل امکان‌پذیر است که آنها پهنای باند بزرگتری دارند و به آنها اجازه می‌دهد انرژی الکتریکی را با اتلاف گرمای کمتری تبدیل کنند. نیمه‌هادی‌های سیلیکونی برای دستیابی به عملکرد مشابه باید بسیار بزرگتر باشند.

 
 

کاهش تا ۵۰٪

در نیمه‌هادی‌های SiC در مقایسه با نیمه‌هادی‌های معمولی ساخته شده از سیلیکون، تلفات حرارتی رخ می‌دهد. بنابراین، یکی از زمینه‌های کاربردی مهم برای نیمه‌هادی‌های SiC، الکترونیک قدرت است، یعنی تبدیل انرژی الکتریکی به شکلی که توسط دستگاه‌ها قابل استفاده باشد. به عنوان مثال، برای یک لپ‌تاپ، نیمه‌هادی در ترانسفورماتور شارژر پنهان است. تاکنون، نیمه‌هادی‌های سیلیکون عمدتاً برای این منظور استفاده می‌شدند، اما آنها مقادیر زیادی انرژی را به صورت گرما منتشر می‌کنند. با استفاده از نیمه‌هادی‌های کاربید سیلیکون، تلفات حرارتی به میزان زیادی کاهش می‌یابد و انرژی بیشتری برای شارژ در دسترس است.  
 
 
  ۳۰۰–۵۰۰٪  

ترانزیستورهای SiC همچنین می‌توانند فرکانس سوئیچینگ را در مقایسه با ترانزیستورهای سیلیکونی افزایش دهند. این دلیل دیگری است که چرا می‌توان از نیمه‌هادی‌های SiC برای ایجاد قطعات با اندازه‌های بسیار کوچک‌تر استفاده کرد.  
 
 
 

10٪ به 15٪

نیمه‌رساناهای SiC می‌توانند برد بیشتری را برای وسایل نقلیه الکتریکی فراهم کنند زیرا می‌توانند انرژی را با راندمان بیشتری تبدیل کنند. در نتیجه، خودروسازان می‌توانند باتری‌های کوچک‌تری را در وسایل نقلیه الکتریکی خود نصب کنند. این یک برد-برد برای تولیدکنندگان است و می‌تواند به صنعت شتاب بخشد.

 
 

مناسب برای فناوری مدرن 5G

نیمه‌هادی‌های SiC نیز ایده‌آل هستند. شبکه‌های فوق سریع به مقادیر عظیمی از توان و عملکرد، به ویژه از اجزای زیرساختی مانند ایستگاه‌های انتقال، نیاز دارند. برای شارژ سریع‌تر گوشی‌های هوشمند، تولیدکنندگان ممکن است در آینده از نیمه‌هادی‌های SiC استفاده کنند. علاوه بر این، نیمه‌هادی‌های جدید برای شارژرهای بی‌سیم و سرورهای مرکز داده ایده‌آل هستند.  
 
 

امکانات بی نهایت

نیمه‌هادی‌های SiC راه را برای دیجیتالی کردن فرآیندهای صنعتی باز می‌کنند. به عنوان مثال، فرآیندهایی که به سرعت‌های بسیار بالایی از الکترونیک قدرت نیاز دارند، می‌توانند با سیستم‌های حسگر سریع‌تر پشتیبانی بهتری داشته باشند. استفاده از دستگاه‌های تلفن همراه کنترل‌شده با 5G مبتنی بر نیمه‌هادی‌های SiC همچنین پتانسیل بالایی برای بهینه‌سازی بیشتر صنعت 4.0 ارائه می‌دهد.

 

412 میلیارد دلار

گردش مالی کل صنعت نیمه‌هادی در سال گذشته. نیمه‌هادی‌های SiC همچنان یک محصول خاص با فروش تقریبی ۵۰۰ میلیون دلار هستند. با این حال، کارشناسان صنعت انتظار دارند که وسایل نقلیه الکتریکی باعث رشد سریع فروش شوند، بین سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۲ سالانه ۱۰ تا ۲۵ درصد و تا سال ۲۰۲۳ بیش از ۴۰ درصد.  
 
اساساً، تمام نیمه‌رساناها از کریستال‌ها ساخته می‌شوند که از پودر (مانند سیلیکون یا کاربید سیلیکون) در دماهای بسیار بالا ساخته می‌شوند. سپس کریستال‌ها به برش‌های نازکی به نام ویفر برش داده می‌شوند. مدارهای الکترونیکی بسیار پیچیده را می‌توان روی ویفرها رسوب داد و در نهایت دستگاه‌های میکروالکترونیکی را تشکیل داد.  تولید مواد نیمه‌هادی جدید SiC  
  بیش از 50 سال  
تحقیقات زیادی در مورد تولید نیمه‌هادی‌های کاربید سیلیکون و رشد بلورهای کاربید سیلیکون انجام شده است و رشد بلورهای کاربید سیلیکون عمدتاً از فرآیند انتقال بخار فیزیکی (PVT) استفاده می‌کند. بلورهای کوچک کاربید سیلیکون در دماهای بالا و فشارهای پایین ساخته می‌شوند. ذرات از طریق گاز حامل به بلور بذر خنک‌تر منتقل می‌شوند، جایی که تبلور به دلیل فوق اشباع رخ می‌دهد.

 

درجه 2400 سانتیگراد

این برای فرآیند رشد ماده تک کریستالی کاربید سیلیکون ضروری است. در مقابل، کریستال‌های سیلیکونی معمولی فقط به دمای حدود ۱۵۰۰ درجه نیاز دارند.

 

10 به روز 14

زمان لازم برای رشد کریستال‌های کاربید سیلیکون در کوره است. این، همراه با مصرف انرژی بسیار بالاتر، یکی از دلایلی است که آنها گران‌تر از کریستال‌های سیلیکون معمولی هستند که می‌توانند در دو روز رشد کنند.

 

150mm قطر

اندازه ویفرهای کاربید سیلیکون اخیر است. به زودی، ویفرهای SiC با قطر 200 میلی‌متر در مقیاس صنعتی تولید خواهند شد. در این زمان، اندازه آنها به استانداردهای صنعت "سنتی" مبتنی بر سیلیکون خواهد رسید و بدین ترتیب به پیشرفتی در محصولات الکترونیکی مبتنی بر SiC دست خواهیم یافت.