सिलिकॉन कार्बाइड द्वारा प्रतिनिधित्व किए जाने वाले वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टरों की तीसरी पीढ़ी उच्च तापमान, वोल्टेज और आवृत्ति वाले वातावरण में सामान्य रूप से कार्य कर सकती है, जबकि कम बिजली की खपत करती है और अधिक टिकाऊ और विश्वसनीय होती है। यह अगली पीढ़ी के छोटे, तेज, कम लागत वाले और उच्च दक्षता वाले पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादों के लिए अभूतपूर्व विकास के अवसर प्रदान करेगी।

सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रौद्योगिकी की उन्नति और औद्योगीकरण से उच्च-वोल्टेज विद्युत प्रणालियों में नए अनुप्रयोगों के द्वार खुलेंगे और विद्युत प्रणाली के परिवर्तन पर गहरा प्रभाव पड़ेगा। सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की उत्कृष्ट उच्च-दक्षता, उच्च-वोल्टेज, उच्च-तापमान और उच्च-आवृत्ति विशेषताएँ घरेलू उपकरणों, मोटर ऊर्जा बचत, इलेक्ट्रिक वाहनों, स्मार्ट ग्रिड, एयरोस्पेस, तेल अन्वेषण, स्वचालन, रडार और संचार के क्षेत्रों में इसकी अपार अनुप्रयोग क्षमता प्रदान करती हैं।

सिलिकॉन कार्बाइड विद्युत उपकरणों का परिचय

1. सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) की परिभाषा

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थ SiC से निर्मित एक वाइड-बैंडगैप पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण को संदर्भित करता है। इसमें उच्च तापमान प्रतिरोध, उच्च आवृत्ति और उच्च दक्षता की विशेषताएं हैं। उपकरण के कार्य स्वरूप के अनुसार, SiC पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में मुख्य रूप से पावर डायोड और पावर स्विचिंग ट्यूब शामिल हैं। पावर डायोड में जंक्शन बैरियर शॉट्की (JBS) डायोड, PiN डायोड और सुपरजंक्शन डायोड शामिल हैं; पावर स्विचिंग ट्यूब में मुख्य रूप से मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट स्विचिंग ट्यूब (MOSFET), जंक्शन फील्ड इफेक्ट स्विचिंग ट्यूब (JFET), बाइपोलर स्विचिंग ट्यूब (BJT), इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGBT), गेट टर्न-ऑफ थायरिस्टर (GTO) और एमिटर टर्न-ऑफ थायरिस्टर (ETO) आदि शामिल हैं।

2. तकनीकी लाभ

सिलिकॉन कार्बाइड अर्धचालकों के उत्कृष्ट गुणों के कारण सिलिकॉन कार्बाइड पर आधारित विद्युत इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में निम्नलिखित असाधारण लाभ होते हैं:

(1) निम्न ऑन-रेज़िस्टेंस होता है। कम ब्रेकडाउन वोल्टेज (लगभग 50V) पर, सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों का विशिष्ट ऑन-रेज़िस्टेंस केवल 1.12uΩ होता है, जो समान सिलिकॉन उपकरणों के लगभग 1/100 के बराबर है। उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज (लगभग 5kV) पर, विशिष्ट ऑन-रेज़िस्टेंस बढ़कर 25.9mΩ हो जाता है, जो समान सिलिकॉन उपकरणों के लगभग 1/300 के बराबर है। निम्न ऑन-रेज़िस्टेंस के कारण सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में चालन हानि कम होती है, जिससे समग्र मशीन दक्षता अधिक प्राप्त होती है।

(2) इसमें उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज होता है। उदाहरण के लिए: व्यावसायिक सिलिकॉन शॉट्की डायोड की वोल्टेज रेटिंग आमतौर पर 300V से कम होती है, लेकिन पहले व्यावसायिक सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड की वोल्टेज रेटिंग 600V तक पहुँच गई है; पहले व्यावसायिक सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET की वोल्टेज रेटिंग 1200V है, जबकि अधिकांश सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन MOSFET 1kV से कम होते हैं।

(3) कम जंक्शन-केस थर्मल प्रतिरोध उपकरण के तापमान में धीमी वृद्धि का कारण बनता है।

(4) उच्चतर अंतिम परिचालन तापमान। सिलिकॉन कार्बाइड की चरम परिचालन स्थिरता 600 डिग्री सेल्सियस से अधिक तक पहुंचने की उम्मीद है, जबकि सिलिकॉन उपकरणों का अधिकतम जंक्शन तापमान केवल 150 डिग्री सेल्सियस है।

(5) अधिक मजबूत विकिरण प्रतिरोध, जो विमानन और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाने पर विकिरण परिरक्षण उपकरण के वजन को कम कर सकता है।

(6) उच्च स्थिरता, सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की आगे और पीछे की विशेषताएं तापमान के साथ बहुत कम बदलती हैं।

(7) कम धोखाधड़ी हानि। सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों में स्विचिंग हानि कम होती है और वे उच्च स्विचिंग आवृत्तियों (>20kHz) पर काम कर सकते हैं जो दसियों किलोवाट के पावर स्तर पर सिलिकॉन उपकरणों के साथ प्राप्त करना मुश्किल है।

3. मुख्य श्रेणियाँ

(1) सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड

एकध्रुवीय उपकरण होने के कारण, शॉट्की बैरियर डायोड (एसबीडी) में चालन प्रक्रिया के दौरान कोई अतिरिक्त वाहक इंजेक्शन और भंडारण नहीं होता है, इसलिए इसमें मूलतः कोई रिवर्स रिकवरी करंट नहीं होता है। इसकी टर्न-ऑफ प्रक्रिया बहुत तेज़ होती है और स्विचिंग हानि बहुत कम होती है। हालांकि, सिलिकॉन का शॉट्की बैरियर कम होता है, सिलिकॉन एसबीडी का रिवर्स लीकेज करंट अपेक्षाकृत अधिक होता है और ब्लॉकिंग वोल्टेज कम होता है। इसका उपयोग केवल एक से दो सौ वोल्ट तक के कम वोल्टेज वाले वातावरण में ही किया जा सकता है। पिन-एन डायोड आमतौर पर उच्च वोल्टेज वाले वातावरण में उपयोग किए जाते हैं, लेकिन उनका रिवर्स रिकवरी करंट अधिक होता है और स्विचिंग हानि भी अधिक होती है। सिलिकॉन कार्बाइड पदार्थों की उच्च क्रांतिक हिमस्खलन ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र शक्ति के कारण, 1000 वोल्ट से अधिक रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज वाले सिलिकॉन कार्बाइड एसबीडी का उत्पादन अपेक्षाकृत आसान है।

SiC के इन अनूठे फायदों के आधार पर, क्री जैसी सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माता कंपनियां 1-20A के सिंगल डिवाइस करंट लेवल और 300V, 600V और 1200V के वोल्टेज लेवल वाले हाई-वोल्टेज SiC शॉटकी डायोड बनाती हैं। तालिका 1 में वर्तमान प्रमुख अंतरराष्ट्रीय सिलिकॉन कार्बाइड SBD निर्माताओं और उनके व्यावसायिक उपकरणों का स्तर दिखाया गया है। क्री ने हाल ही में अपना नवीनतम 1700V वोल्टेज लेवल वाला सिलिकॉन कार्बाइड SBD लॉन्च किया है। हाई-वोल्टेज स्विचिंग अनुप्रयोगों में, SiC शॉटकी डायोड लगभग आदर्श प्रदर्शन प्रदान करते हैं। इसमें लगभग कोई फॉरवर्ड रिकवरी वोल्टेज नहीं होता है, इसलिए यह तुरंत चालू हो सकता है। जंक्शन कैपेसिटेंस के विपरीत, इसका संचित आवेश भी बहुत कम होता है, और यह जल्दी बंद हो सकता है।

(2) सिलिकॉन कार्बाइड पावर ट्रांजिस्टर

अमेरिकी कंपनी सेमीसाउथ ने सिलिकॉन कार्बाइड जेएफ़ईटी पर गहन शोध किया है और वर्तमान में यह विश्व में व्यावसायिक सिलिकॉन कार्बाइड जेएफ़ईटी उपकरणों की प्रमुख आपूर्तिकर्ता है। इसके SiC जेएफ़ईटी उत्पादों की अधिकतम वोल्टेज रेटिंग 1700V और अधिकतम करंट रेटिंग 30A है।

सिलिकॉन MOSFETs की बेहतर विशेषताओं और सफल अनुप्रयोगों के कारण, सिलिकॉन कार्बाइड MOSFETs सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अनुसंधान में सबसे लोकप्रिय उपकरण बन गए हैं। अमेरिकी कंपनी क्री ने सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET अनुसंधान में अग्रणी भूमिका निभाते हुए दो व्यावसायिक सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET उत्पाद, 10A/1200V और 20A/1200V लॉन्च किए, जिससे यह व्यावसायिक रूप से अलग-अलग सिलिकॉन कार्बाइड MOSFETs उपलब्ध कराने वाली दुनिया की एकमात्र निर्माता बन गई। जापान की रोहम कॉर्पोरेशन भी अपने सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET के व्यावसायीकरण की प्रक्रिया को सक्रिय रूप से बढ़ावा दे रही है। ये प्रारंभिक SiC N-चैनल DMOSFET मुख्य रूप से 1200V अनुप्रयोगों के लिए लक्षित थे। इस वोल्टेज स्तर पर SiC MOSFETs में वर्तमान Si उपकरणों की तुलना में अधिक लाभ हैं।

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विदेशों में सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की विकास स्थिति 1. संयुक्त राज्य अमेरिका

सन् 1997 में ही, संयुक्त राज्य अमेरिका ने "राष्ट्रीय रक्षा और विज्ञान योजना" में वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर के विकास लक्ष्यों को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया था। 2014 में, राष्ट्रपति ओबामा ने व्यक्तिगत रूप से SiC के नेतृत्व में तीसरी पीढ़ी के वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर उद्योग गठबंधन की स्थापना की, ताकि वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी को पूर्ण समर्थन देकर अगली पीढ़ी के पावर इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण में तकनीकी नवाचार का नेतृत्व किया जा सके। इस गठबंधन को वर्तमान में संघीय और स्थानीय सरकारों से कुल 140 मिलियन अमेरिकी डॉलर का समर्थन प्राप्त हुआ है। इसकी योजना अगले पांच वर्षों में वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी को लागत के मामले में वर्तमान सिलिकॉन-आधारित पावर इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी के साथ प्रतिस्पर्धी बनाने की है, जिससे यह ऊर्जा-बचत, कुशल और उच्च-शक्ति वाले पावर इलेक्ट्रॉनिक चिप्स और उपकरणों की अगली पीढ़ी बन सके। यह उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, औद्योगिक उपकरण, संचार, स्वच्छ ऊर्जा आदि सहित दुनिया के कई सबसे बड़े और तेजी से बढ़ते औद्योगिक बाजारों का नेतृत्व करेगा, अंतरराष्ट्रीय प्रतिस्पर्धात्मकता को व्यापक रूप से बढ़ाएगा और उच्च वेतन वाली नौकरियां सृजित करेगा।

2। जापान

1998 से, जापानी सरकार वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी पर अनुसंधान के लिए लगातार वित्तपोषण कर रही है। 2013 में, जापान ने SiC सामग्री प्रणाली को "प्रधानमंत्री रणनीति" में शामिल किया, यह मानते हुए कि स्वच्छ ऊर्जा के एक नए युग का सृजन करने के लिए भविष्य में 50% ऊर्जा बचत SiC उपकरणों के माध्यम से प्राप्त की जाएगी। हाल के वर्षों में, जापान के नव ऊर्जा औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास संगठन (NEDO) ने SiC विद्युत उपकरणों से संबंधित एक अनुसंधान योजना शुरू की है, जो ऊर्जा संरक्षण और दक्षता सुधार के लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए रेलवे लोकोमोटिव सर्किट सिस्टम, विभिन्न विद्युत विनिमय प्रणालियों, विद्युत उत्पादन और विद्युत एकीकृत टर्बोचार्जर अपशिष्ट ऊष्मा पुनर्प्राप्ति प्रणालियों, अत्याधुनिक चिकित्सा उपकरणों और त्वरक के लघुकरण में SiC विद्युत मॉड्यूल के अनुप्रयोग पर केंद्रित है।

3. यूरोपीय संघ

2014 में, यूरोपीय संघ ने उच्च दक्षता वाले विद्युत प्रणालियों (स्पीड) के लिए तीन वर्षीय (2014-2017) SiC विद्युत प्रौद्योगिकी अनुसंधान कार्यक्रम शुरू किया, जिसमें कुल 18.58 मिलियन यूरो का निवेश किया गया। इस योजना में 7 देशों के 12 अनुसंधान संस्थानों और कंपनियों ने भाग लिया। इस योजना का लक्ष्य विश्व के अग्रणी निर्माताओं और शोधकर्ताओं को एक साथ लाकर SiC विद्युत इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रौद्योगिकी पर संयुक्त रूप से विजय प्राप्त करना, संपूर्ण SiC विद्युत इलेक्ट्रॉनिक उपकरण उद्योग श्रृंखला की तकनीकी बाधाओं को दूर करना और नवीकरणीय ऊर्जा के क्षेत्र में व्यापक अनुप्रयोग हासिल करना है। 2015 में, जर्मन संघीय अनुसंधान मंत्रालय ने कार्लज़ूहे इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और औद्योगिक भागीदारों (800,000 यूरो की वित्त पोषण राशि) को औद्योगिक उत्पादन में विद्युत आपूर्ति की ऊर्जा दक्षता में सुधार, ऊर्जा खपत में कमी और CO2 उत्सर्जन में कमी लाने के लिए SiC स्विचिंग उपकरणों पर आधारित उच्च आवृत्ति विद्युत आपूर्ति की ऊर्जा दक्षता में सुधार पर अनुसंधान करने के लिए वित्त पोषित किया।

चीन में सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की विकास स्थिति

1. टाइको तियानरुं

टाइको तियानरुं की स्थापना 2011 में हुई थी। इसके उत्पाद श्रृंखला में मूलभूत तकनीकी उत्पाद, सिलिकॉन कार्बाइड से बने उत्पाद और उद्योग के लिए कई प्रकार के समाधान शामिल हैं। इसके मूलभूत उत्पादों में सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड प्रमुख हैं।

2015 में, टाइको तियानरुं ने 3300V/50A उच्च-शक्ति वाले सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड उत्पाद के लॉन्च की घोषणा की। रिपोर्टों के अनुसार, इस उत्पाद में कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप, तेज़ स्विचिंग गति और उत्कृष्ट थर्मल चालकता जैसी विशेषताएं हैं, और यह रेल परिवहन और स्मार्ट ग्रिड जैसे उच्च-स्तरीय क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है।

रिपोर्ट के अनुसार, 3300V/50A उच्च-शक्ति वाले सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड का विशिष्ट फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप 2.22V (IF=50A, Tj=25℃) और 4.75V (IF=50A, Tj=175℃) है; विशिष्ट रिवर्स लीकेज करंट का मान 120uA (VR=3300V, Tj=25℃) और 200uA (VR=3300V, Tj=175℃) है; यह कठोर विद्युत वातावरण में अधिकतम विश्वसनीयता प्रदान करता है; और -55℃ से 175℃ के तापमान रेंज में सामान्य रूप से कार्य कर सकता है। उत्पाद बिना पैकेजिंग वाले बेयर चिप्स के रूप में उपलब्ध हैं, और डिवाइस पैकेजिंग के प्रकार ग्राहक की आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित किए जा सकते हैं।

2. शेन्ज़ेन बेसिक सेमीकंडक्टर

शेन्ज़ेन बेसिक सेमीकंडक्टर की स्थापना 2016 में हुई थी, जो सिलिकॉन कार्बाइड पावर उपकरणों के अनुसंधान एवं विकास और औद्योगीकरण पर केंद्रित है। यह शेन्ज़ेन तृतीय पीढ़ी सेमीकंडक्टर अनुसंधान संस्थान के संस्थापकों में से एक है। शेन्ज़ेन बेसिक सेमीकंडक्टर कंपनी लिमिटेड लंबे समय से SiC पावर उपकरणों के अनुसंधान एवं विकास पर ध्यान केंद्रित कर रही है। इसके मुख्य उत्पादों में SiC डायोड, SiC MOSFET और ऑटोमोटिव-ग्रेड पूर्ण SiC MOSFET मॉड्यूल शामिल हैं, जिनका व्यापक रूप से नई ऊर्जा विद्युत उत्पादन, नई ऊर्जा वाहनों, रेल परिवहन और स्मार्ट ग्रिड में उपयोग किया जाता है।

बेसिक सेमीकंडक्टर द्वारा अक्टूबर 2018 में आधिकारिक तौर पर जारी किया गया 1200V सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET, किसी चीनी कंपनी द्वारा स्वतंत्र रूप से डिजाइन किया गया पहला औद्योगिक-स्तरीय उत्पाद है और विश्वसनीयता परीक्षण में सफल रहा है। इसका प्रदर्शन अंतरराष्ट्रीय स्तर पर अग्रणी है और शॉर्ट-सर्किट प्रतिरोध क्षमता 6 माइक्रोसेकंड तक है।

3. यांग्जी प्रौद्योगिकी

यांगजी टेक्नोलॉजी पावर सेमीकंडक्टर चिप और डिवाइस निर्माण, इंटीग्रेटेड सर्किट पैकेजिंग और परीक्षण के क्षेत्र में औद्योगिक विकास में विशेषज्ञता रखती है। इसके मुख्य उत्पाद विभिन्न पावर इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस चिप्स, पावर डायोड, रेक्टिफायर ब्रिज, हाई-पावर मॉड्यूल, DFN/QFN उत्पाद, SGTMOS, सिलिकॉन कार्बाइड SBD, सिलिकॉन कार्बाइड JBS आदि हैं। ये उत्पाद उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, सुरक्षा, औद्योगिक नियंत्रण, ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स, नई ऊर्जा और कई अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

यांगजी टेक्नोलॉजी की आधिकारिक वेबसाइट के अनुसार, वर्तमान में सिलिकॉन कार्बाइड के 4 शॉटकी मॉड्यूल उपलब्ध हैं, जिनके मॉडल MB200DU01FJ, MB200DU02FJ, MB300U02FJ और MB40DU12FJ हैं। डेटाशीट देखने पर पता चलता है कि MB200DU01FJ मॉडल का उपयोग इलेक्ट्रोप्लेटिंग पावर सप्लाई, हाई-फ्रीक्वेंसी पावर सप्लाई, हाई-करंट स्विचिंग पावर सप्लाई, रिवर्स बैटरी प्रोटेक्शन, वेल्डिंग मशीन और अन्य अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।

3. भीतरी भाग चमकदार और नम

मार्च 2016 में स्थापित, शिंगुआंग रुन्ज़े एक उच्च-तकनीकी उद्यम है जो तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर SiC पावर उपकरणों और मॉड्यूल के अनुसंधान एवं विकास और निर्माण में विशेषज्ञता रखता है। 18 सितंबर, 2018 को, शिंगुआंग रुन्ज़े की पहली घरेलू सिलिकॉन कार्बाइड इंटेलिजेंट पावर मॉड्यूल (SiCIPM) उत्पादन लाइन आधिकारिक तौर पर चालू हो गई। इस परियोजना का निर्माण कार्य दिसंबर 2016 में शुरू हुआ था। यह समझा जाता है कि उत्पादन लाइन के स्थिर उत्पादन में आने के बाद, मासिक उत्पादन क्षमता 300,000 तक और वार्षिक उत्पादन 3.6 मिलियन तक पहुंच सकती है। कंपनी के पास वर्तमान में सिलिकॉन कार्बाइड SBD और सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET सहित सिलिकॉन कार्बाइड उत्पाद हैं। उदाहरण के लिए, XGSCS1230SWA सिलिकॉन कार्बाइड SBD के मॉडलों में से एक है, जो 1200V की वोल्टेज आवश्यकता को पूरा कर सकता है। इसके अनुप्रयोग परिदृश्य स्विचिंग पावर सप्लाई, पावर फैक्टर करेक्शन, पावर इन्वर्टर, अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (UPS), मोटर ड्राइव आदि हैं।

4. रुइनेंग सेमीकंडक्टर

रुइनेन्ग सेमीकंडक्टर कंपनी लिमिटेड, एनएक्सपी सेमीकंडक्टर्स और बीजिंग जियांगुआंग एसेट मैनेजमेंट कंपनी लिमिटेड द्वारा स्थापित एक उच्च-तकनीकी संयुक्त उद्यम है। रुइनेन्ग सेमीकंडक्टर, सिलिकॉन नियंत्रित रेक्टिफायर और ट्रायैक, सिलिकॉन पावर डायोड, उच्च-वोल्टेज ट्रांजिस्टर और सिलिकॉन कार्बाइड डायोड सहित उद्योग-अग्रणी, व्यापक और गहन द्विध्रुवी पावर सेमीकंडक्टर उत्पाद पोर्टफोलियो विकसित करने पर ध्यान केंद्रित कर रही है। कंपनी के सिलिकॉन कार्बाइड डायोड मुख्य रूप से उद्योगों, सर्वरों, एयर कंडीशनरों और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं। आधिकारिक वेबसाइट से हमें पता चला कि रुइनेन्ग सेमीकंडक्टर के पास 25 सिलिकॉन कार्बाइड डायोड मॉडल हैं, जिनमें से सभी 650V की वोल्टेज आवश्यकता को पूरा कर सकते हैं, जैसे कि मॉडल NXPSC16650B, जिसका उपयोग पावर फैक्टर करेक्शन, स्विच मोड पावर सप्लाई, अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (यूपीएस), फोटोवोल्टिक इनवर्टर, एलईडी/ओएलईडी टीवी, मोटर ड्राइव और अन्य अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।

5. शंघाई ज़ैनक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स

शंघाई झानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स, सिलिकॉन कार्बाइड पावर डिवाइस को कोर के रूप में उपयोग करके लागत प्रभावी पावर चिप्स और मॉड्यूल उत्पादों को विकसित करने के लिए प्रतिबद्ध है, जो बिजली आपूर्ति और इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम के लघुकरण, दक्षता और हल्केपन के लिए संपूर्ण अर्धचालक समाधान प्रदान करता है।

अक्टूबर 2017 में, एक उन्नत 6-इंच उत्पादन लाइन पर सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) MOSFET की निर्माण प्रक्रिया पूरी की गई। वेफर-स्तर के परीक्षण परिणामों से पता चलता है कि विभिन्न विद्युत पैरामीटर अपेक्षाओं के अनुरूप हैं, जिससे प्रक्रिया और डिवाइस डिज़ाइन के आगे अनुकूलन के लिए एक ठोस आधार तैयार होता है। 1 मई 2018 को, पहला स्वदेशी 6-इंच SiC MOSFET वेफर आधिकारिक तौर पर तैयार हुआ।

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सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के विशिष्ट अनुप्रयोग 1. 5जी अवसंरचना - संचार विद्युत आपूर्ति

संचार विद्युत आपूर्ति सर्वर और बेस स्टेशन संचार के लिए ऊर्जा बैंक है। यह विभिन्न संचरण उपकरणों को शक्ति प्रदान करती है और संचार प्रणाली के सुचारू संचालन को सुनिश्चित करती है। सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET की उच्च आवृत्ति विशेषताओं के कारण विद्युत परिपथ में चुंबकीय इकाई छोटी और हल्की होती है, जिससे समग्र विद्युत आपूर्ति दक्षता अधिक होती है; सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड की रिवर्स रिकवरी विशेषताएँ लगभग शून्य होती हैं, जिसके कारण कई PFC परिपथों में इसके व्यापक अनुप्रयोग की संभावनाएँ हैं। उदाहरण के लिए, 3 किलोवाट उच्च-दक्षता संचार विद्युत आपूर्ति ब्रिजलेस इंटरलीव्ड PFC परिपथ में, 650V/10A सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड का उपयोग ग्राहकों को 95% या उससे अधिक की पूर्ण भार दक्षता की उच्च तकनीकी आवश्यकताओं को प्राप्त करने में मदद कर सकता है।

2. नई ऊर्जा वाहन चार्जिंग पाइल - चार्जिंग पाइल पावर मॉड्यूल

The rapid development of the new energy vehicle industry has driven the growth in demand for charging columns. For new energy electric vehicles, increasing charging speed and reducing charging costs are the two major goals of industry development. The use of silicon carbide devices in charging pile power modules can achieve high efficiency and high power of charging pile power modules, thereby increasing charging speed and reducing charging costs.

3. बड़े डेटा सेंटर, औद्योगिक इंटरनेट - सर्वर बिजली आपूर्ति

सर्वर पावर सप्लाई सर्वर का ऊर्जा भंडार है। सर्वर सिस्टम के सुचारू संचालन को सुनिश्चित करने के लिए सर्वर पावर सप्लाई प्रदान करता है। सर्वर पावर सप्लाई में सिलिकॉन कार्बाइड पावर उपकरणों का उपयोग करने से पावर घनत्व और दक्षता में सुधार होता है, डेटा सेंटर का आकार और निर्माण लागत कम होती है, और पर्यावरण के अनुकूल दक्षता बढ़ती है। उदाहरण के लिए, 3 किलोवाट के सर्वर पावर मॉड्यूल में, टोटेम पोल पीएफसी में सिलिकॉन कार्बाइड MOSFETs का उपयोग करने से सर्वर पावर सप्लाई की दक्षता में उल्लेखनीय सुधार होता है और उच्च दक्षता आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है।

4. अति उच्च वोल्टेज - लचीले संचरण डीसी सर्किट ब्रेकरों का अनुप्रयोग

एक बड़े पैमाने की प्रणाली परियोजना के रूप में, अल्ट्रा-हाई वोल्टेज (यूएचवी) कच्चे माल और घटकों की मांग की एक श्रृंखला को जन्म देगी। विद्युत उपकरण एफएसीटीएस लचीली संचरण प्रौद्योगिकी के प्रमुख घटक हैं, जिनमें संचरण छोर पर यूएचवी डीसी संचरण और सबस्टेशन छोर पर पावर इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसफार्मर (पीईटी) शामिल हैं। लचीली डीसी संचरण के प्रमुख भागों में से एक के रूप में, डीसी सर्किट ब्रेकर की विश्वसनीयता संपूर्ण संचरण प्रणाली की स्थिरता पर बहुत प्रभाव डालती है। डीसी सर्किट ब्रेकर के डिजाइन के लिए पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित उपकरणों का उपयोग करने पर कई स्तरों की उप-इकाइयों को श्रृंखला में जोड़ना पड़ता है। डीसी सर्किट ब्रेकर में उच्च-वोल्टेज सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों का उपयोग करने से श्रृंखला में जुड़ी उप-इकाइयों की संख्या में काफी कमी आ सकती है, जो उद्योग अनुसंधान की एक प्रमुख दिशा है।

5. अंतर-शहरी हाई-स्पीड रेल और अंतर-शहरी रेल परिवहन - कर्षण कनवर्टर, पावर इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसफार्मर, सहायक कनवर्टर, सहायक विद्युत आपूर्ति

भविष्य में रेल परिवहन में ट्रैक्शन कन्वर्टर, पावर इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज कन्वर्टर आदि जैसे पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर उच्चतर आवश्यकताएँ होंगी। सिलिकॉन कार्बाइड पावर उपकरणों के उपयोग से इन उपकरणों की पावर घनत्व और कार्यक्षमता में काफी सुधार हो सकता है, जिससे रेल परिवहन की भार वहन प्रणाली में उल्लेखनीय कमी आएगी। सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण और भी उच्च दक्षता और उपकरणों के लघुकरण को प्राप्त कर सकते हैं, और रेल परिवहन में इनके विशाल तकनीकी लाभ हैं। जापान की शिंकानसेन एन700एस ने ट्रैक्शन कन्वर्टर में सिलिकॉन कार्बाइड पावर उपकरणों के उपयोग में अग्रणी भूमिका निभाई है, जिससे वाहन का वजन काफी कम हो गया है, वहन क्षमता में वृद्धि हुई है और परिचालन लागत में कमी आई है।

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निष्कर्षतः, सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में अभी भी कम आउटपुट, उच्च कीमत, व्यावसायिक उपकरणों के सीमित प्रकार और उच्च तापमान पैकेजिंग की कमी जैसी समस्याएं हैं, लेकिन सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रौद्योगिकी पर निरंतर गहन शोध के साथ, ये समस्याएं धीरे-धीरे दूर होती जाएंगी। अधिक और बेहतर व्यावसायिक सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बाजार में आएंगे, जिससे सिलिकॉन कार्बाइड पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अनुप्रयोग क्षेत्र में व्यापक विस्तार होगा। निकट भविष्य में, सिलिकॉन कार्बाइड पावर उपकरण विभिन्न कनवर्टर अनुप्रयोगों में बिजली की हानि को कम करने, दक्षता और पावर घनत्व को बढ़ाने के लिए प्रमुख उपकरण बन जाएंगे।

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