एक सीढ़ी चढ़कर SiC विद्युतीकरण को आगे बढ़ाएंहमारे सेमीकंडक्टर भविष्य में ऑटोमोबाइल और अन्य उद्योगों के प्रदर्शन को कैसे बेहतर बनाएंगे?जॉन पामर, वुल्फस्पीड ऑफ क्री कंपनी के मुख्य प्रौद्योगिकी अधिकारी

कई विद्युत आपूर्ति प्रणालियाँ सिलिकॉन (Si) तकनीक से सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) तकनीक में बदल रही हैं। 1980 के दशक में बाइपोलर सेमीकंडक्टर के इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGBT) में बदलने के बाद से, यह विद्युत अर्धचालक उद्योग द्वारा अनुभव किया जाने वाला सबसे बड़ा परिवर्तन होगा। इस परिवर्तन के साथ-साथ, इससे प्रभावित कई उद्योग भी व्यापक परिवर्तन के एक असामान्य दौर से गुज़र रहे हैं। ऑटोमोबाइल उद्योग से लेकर सौर ऊर्जा तक, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) के लाभ स्पष्ट रूप से दिखाई देने लगे हैं। बड़े बदलावों के दौर से गुज़रते हुए, सभी प्रमुख निर्माता अपनी तकनीकों में सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) को और अधिक एकीकृत करने के प्रयास कर रहे हैं।

ऑटोमोबाइल उद्योग आधुनिक उद्योग में अभूतपूर्व परिवर्तनों का एक विशिष्ट उदाहरण है। अगले दशक में, ऑटोमोबाइल उद्योग आंतरिक दहन इंजन से विद्युतीकरण में बदल जाएगा। सिलिकॉन (Si) से सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) में परिवर्तन इलेक्ट्रिक वाहनों को उपभोक्ताओं की जरूरतों को पूरा करने में मदद करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और साथ ही, यह जलवायु परिवर्तन के प्रभाव पर सरकारी नियमों को पूरा कर सकता है। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) समाधान इलेक्ट्रिक वाहनों को "सीढ़ियों की एक उड़ान ऊपर जाकर" मदद कर रहे हैं, फास्ट चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर, ड्राइव इन्वर्टर और बिजली आपूर्ति जैसे अनुप्रयोगों को अपग्रेड कर रहे हैं, और दूरसंचार और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों की प्रगति को बढ़ावा दे रहे हैं।

चित्र 1. प्रयोगशाला में क्री कर्मचारी

इलेक्ट्रिक वाहन अवसर

बढ़ती उपभोक्ता मांग और सरकारी नियमों के मजबूत होने के साथ, टेस्ला, फोर्ड और वोक्सवैगन जैसी ऑटोमोबाइल निर्माता कंपनियों ने घोषणा की है कि वे अगले दशक में इलेक्ट्रिक वाहनों में 300 बिलियन डॉलर से अधिक का निवेश करेंगी। विश्लेषकों का अनुमान है कि 2030 तक, शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों (BEV) की संख्या कुल ऑटोमोबाइल की संख्या का 15% तक पहुँच जाएगी। इसलिए, अगले कुछ वर्षों में, इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) घटकों का बाजार तेजी से बढ़ेगा।

विद्युतीकरण इतना महत्वपूर्ण है कि निर्माता अब सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) के लाभों को अनदेखा नहीं कर सकते। पारंपरिक इलेक्ट्रिक वाहनों में इस्तेमाल की जाने वाली सिलिकॉन (Si) तकनीक की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) बैटरी की लाइफ बढ़ा सकता है, इसके प्रदर्शन को बेहतर बना सकता है और चार्जिंग समय को कम कर सकता है। इसलिए, कई आपूर्तिकर्ताओं ने इलेक्ट्रिक वाहन योजनाओं को विकसित करने के लिए क्री के साथ अपने सहयोग की घोषणा की है। उदाहरण के लिए, डेल्फी टेक्नोलॉजीज सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सेमीकंडक्टर का उपयोग करके एक अधिक कुशल, छोटा और हल्का इन्वर्टर सिस्टम विकसित कर रही है, जबकि ZF ग्रुप एक ऑल-इलेक्ट्रिक ड्राइव पावरट्रेन विकसित कर रहा है। ABB ग्रुप सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) का उपयोग करके विभिन्न पावर सिस्टम विकसित और प्रदान कर रहा है।

दक्षता में सुधार

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) का स्विचिंग नुकसान सिलिकॉन (Si)-आधारित IGBT की तुलना में बहुत कम है। इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड डिवाइस में कोई अंतर्निर्मित वोल्टेज नहीं होता है, और इसका चालन नुकसान स्पष्ट रूप से कम होता है। इसलिए, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) में उच्च शक्ति घनत्व, हल्का वजन और उच्च परिचालन आवृत्ति होती है। हाल ही में हुए एक ऑटोमोबाइल परीक्षण में, सिलिकॉन (Si) की तुलना में, क्री की सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) तकनीक ने इन्वर्टर नुकसान को लगभग 78% तक कम कर दिया। ऑटोमोटिव क्षेत्र में, ये दक्षता सुधार पावरट्रेन समाधान, पावर कन्वर्टर्स और नॉन-ऑन-बोर्ड चार्जर और ऑन-बोर्ड चार्जर पर लागू किए जा सकते हैं। पारंपरिक सिलिकॉन (Si)-आधारित समाधानों की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC

इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) कूलिंग की ज़रूरतों को भी कम कर सकता है, जगह बचा सकता है और इसका वज़न सिलिकॉन (Si)-आधारित योजना की तुलना में हल्का है। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) फ़ास्ट चार्जर के लिए भी सहायता प्रदान कर सकता है और वर्तमान में 75 मिनट चार्ज करने के बाद बैटरी लाइफ़ को 5 मील तक बढ़ाया जा सकता है।

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) समाधानों की लागत में निरंतर कमी के कारण इसके अपनाने की दर में और वृद्धि हुई है। ऑटोमोबाइल को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, हमारा अनुमान है कि इलेक्ट्रिक वाहन में उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) घटकों का मूल्य लगभग $250 से $500 (इसकी बिजली आवश्यकताओं के आधार पर) है। बैटरी की लागत, बैटरी और इनवर्टर की मात्रा और वजन, और प्रत्येक इलेक्ट्रिक वाहन की शीतलन आवश्यकताओं के संदर्भ में ऑटोमोबाइल निर्माताओं द्वारा बचाई गई कुल लागत $2,000 जितनी अधिक हो सकती है। हालाँकि कई कारक सिलिकॉन (Si) से सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) में परिवर्तन को आगे बढ़ा रहे हैं, लेकिन यह मुख्य है।

ऑटोमोबाइल उद्योग के बाहर

ऑटोमोबाइल उद्योग की मांग क्री के सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) के 9 बिलियन डॉलर के अवसर का लगभग आधा हिस्सा है, जबकि सौर ऊर्जा, एयरोस्पेस और संचार बुनियादी ढांचे के क्षेत्र अन्य मांगों के मुख्य चालक हैं। कैनाकोर्ड जेनुइटी कंपनी के हालिया पूर्वानुमान के अनुसार, 2030 तक सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) की मांग 20 बिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक हो जाएगी।

चित्र 2. क्री 650V MOSFET

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पावर डिवाइस औद्योगिक और ऊर्जा उद्यमों को बिजली और स्थान की उपयोग दर को अधिकतम करने में भी मदद कर सकते हैं। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) उच्च-आवृत्ति औद्योगिक बिजली आपूर्ति और निर्बाध बिजली आपूर्ति को उच्च दक्षता, उच्च शक्ति घनत्व और हल्के वजन के साथ संपन्न करता है। SiC द्वारा लाए गए लाभ इसकी अपनी लागत से कहीं अधिक हैं।

इन क्षेत्रों में, उच्च दक्षता का मतलब है उच्च लाभ। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) की दक्षता सिलिकॉन (Si) की तुलना में बहुत अधिक है, और इसका पावर घनत्व सिलिकॉन (Si) से तीन गुना है, जो उच्च-वोल्टेज सिस्टम को हल्का, छोटा, अधिक कुशल और अधिक लागत प्रभावी बनाता है। यह उत्कृष्ट प्रदर्शन विस्फोटक बिंदु पर पहुंच गया है, और यदि निर्माता वर्तमान बाजार में प्रतिस्पर्धी बने रहना चाहते हैं, तो वे अब इसे अनदेखा नहीं कर सकते।

सेमीकंडक्टर भविष्य

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) को अपनाने में लागत मुख्य बाधा है। हालांकि, उत्पादन और अनुभव के निरंतर सुधार के साथ, इसकी लागत भी कम हो रही है। इसलिए, इसका निर्माण अधिक कुशल और परिष्कृत हो जाता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि ग्राहकों को यह एहसास हो गया है कि सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) का वास्तविक मूल्य डिवाइस स्तर की तुलना के बजाय सिस्टम स्तर पर है। विभिन्न उद्योगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) के निर्माण को और बढ़ावा दिया जाएगा, और उत्पादन में वृद्धि जारी रहेगी, इस प्रकार इसकी कीमत में गिरावट जारी रहेगी। क्री को एक संदर्भ के रूप में लेते हुए, क्री ने इन मांगों को पूरा करने के लिए बड़े पैमाने पर निवेश किया है, जिसमें न्यूयॉर्क राज्य में एक कारखाने का निर्माण शामिल है जो अत्याधुनिक तकनीक को अपनाता है और वाहन नियमों के मानकों को पूरा करता है, जिससे उत्पादन क्षमता 30 की तुलना में 2017 गुना से अधिक हो जाएगी।

सिलिकॉन (Si) से सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) में परिवर्तन अब यह सवाल नहीं है कि यह कब और कैसे होगा। हम पहले से ही इसमें हैं। कई उद्योगों के महान परिवर्तनों में पूरी तरह से भाग लेना रोमांचक है। इन उद्योगों का भविष्य कभी स्थिर नहीं रहेगा, और हम निश्चित रूप से अभूतपूर्व परिवर्तन देखना जारी रखेंगे। और जो निर्माता इन परिवर्तनों के साथ जल्दी से अनुकूलन कर सकते हैं, वे निश्चित रूप से फलदायी परिणाम प्राप्त करेंगे।